专利名称：门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构及其施工方法
技术领域：
本发明涉及土木工程的桥梁结构，具体的说，是涉及一种天桥结构中的钢墩柱与混凝土承台的节点构造形式及其施工方法。
背景技术：
人行天桥是城市景观的重要组成部分，在满足人行交通功能的基础上，逐渐向结构轻巧、造型独特、跨度较大、承载力高、安装便利的综合性要求迈进，钢结构已逐步取代混凝土成为人行天桥的主要材料。目前的人行天桥大多采用简支钢箱梁的结构形式。根据城市人行天桥与人行地道设计规范(CJJ 69-95)，当简支钢箱梁的人行天桥主跨跨径较大时，梁高也会随之增大。例如当主跨跨径为50m时，要使结构竖向振动基频满足规范中大于3Hz的要求，梁高至少要达到2. 3m。而采用如此大的梁高，会带来一系列弊端结构厚重、景观效果不佳；在满足桥下4. 5米净空的前提下，天桥需设置的台阶阶数增 力口，不够人性化。
发明内容
本发明要解决的是现有简支钢箱梁天桥结构存在的技术问题，提供一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构及其施工方法，其结构简单、施工方便、受力合理，能够为新型的门式刚架天桥结构安全可靠地传递计算荷载产生的内力和变形，增加结构的冗余自由度，保证结构更安全，并降低结构自振频率，从而使门式刚架天桥结构的梁高降低，提升景观效果，减少工程投资。为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，包括钢墩柱和混凝土承台，所述钢墩柱底部埋入所述混凝土承台中，所述钢墩柱底端设置有中部开孔的柱脚预埋板，所述柱脚预埋板与所述钢墩柱之间设置有加劲肋板，所述钢墩柱内设置有中部开孔的上预埋板，所述上预埋板的顶面与所述混凝土承台顶面齐平，所述钢墩柱内填充有柱内混凝土，所述柱内混凝土顶面高于所述混凝土承台顶面，所述钢墩柱侧壁焊接有设置在所述混凝土承台与所述柱内混凝土中的剪力钉。所述钢墩柱底部埋入所述混凝土承台中的深度为所述钢墩柱截面高度的2. O
2.5 倍。所述柱内混凝土顶面高于所述混凝土承台顶面的高度为所述钢墩柱截面高度的
I.O I. 5 倍。所述柱脚预埋板外边长大于所述钢墩柱的横截面外边长的长度为所述钢墩柱截面高度的I. O I. 5倍。所述柱内混凝土采用微膨胀混凝土。一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构的施工方法，包括如下步骤a.预制钢墩柱，并在钢墩柱上完成上预埋板以及剪力钉的焊接施工；
b.混凝土承台垫层施工；c.进行混凝土承台底板钢筋绑扎与焊接；d.在钢墩柱底端安装柱脚预埋板，柱脚预埋板四周焊接加劲肋板；e.浇筑柱脚预埋板以下混凝土；f.混凝土达到设计强度的80%以上时，吊装钢墩柱并与柱脚预埋板焊接牢固；安装时控制钢墩柱的定位准确及垂直度；
g.绑扎及焊接混凝土承台钢筋并与钢墩柱连接，浇筑混凝土承台；h.混凝土浇筑完毕并养护结束后，浇注柱内混凝土至设计高度。本发明的有益效果是(一)本发明能够将新型的门式刚架天桥结构中固结侧钢墩柱由于各种计算荷载产生的内力和位移安全可靠地传递给混凝土承台，再由混凝土承台传递给桩基础，保证了整体门式刚架天桥结构一侧钢墩柱柱底固结的计算模式与实际受力模式的一致性，从而达到了降低天桥结构的自振频率，降低主梁梁高的目的，最终大大的减少了上部工程量的投入，降低了工程投资。(二)本发明在钢墩柱底部设置柱脚预埋板，确保了柱底弯矩应力有效的扩散，避免了应力集中造成混凝土承台中的混凝土抗压破坏，同时确保了墩柱弯矩应力更有效可靠的传递到混凝土承台，再传递到桩基础。(三)本发明的钢墩柱内填充有柱内混凝土，既保证了混凝土在钢墩柱内外的连续性，又避免了钢墩柱的屈曲破坏，具有良好的抗疲劳性能和耐久性。(四)本发明通过钢墩柱内外侧壁焊接的剪力钉，确保了钢墩柱所受轴力均匀有效的传递到混凝土承台的混凝土中，钢墩柱的焊接加工在工厂完成，既保证了结构质量，同时构造简单，制作安装方便。综上所述，本发明结构简单、传力可靠、耐久性好、减少工程投资，可使结构设计、施工和应用更趋合理，并在结构全寿命周期内具有较强的综合经济指标，其成为人行天桥门式刚架结构中重要组成构件的前景广阔。
图I是本发明所提供的钢墩柱与承台固结结构的横桥向剖面图；图2是本发明所提供的钢墩柱与承台固结结构的顺桥向剖面图；图3是本发明所提供的钢墩柱与承台固结结构的水平剖面图。图中1，钢墩柱；2，柱内混凝土 ；3，上预埋板；4，混凝土承台；5，构造钢筋；6，加劲肋板；7，柱脚预埋板；8，剪力钉。
具体实施例方式为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下采用一侧固结一侧铰接的整体门式刚架天桥结构形式，代替传统的简支钢箱梁天桥结构，可以显著提高天桥上部结构竖向振动基频，避免共振，大大降低梁高，提升景观效果。一侧的钢墩柱与承台固结结构，作为门式刚架天桥结构中钢墩柱结构和混凝土承台之间的重要连接构件，需可靠地将上部结构的所有内力传递到承台。如图I至图3所示，本实施例披露了一种门式刚架天桥结构钢墩柱与承台固结结构，包括钢墩柱I、混凝土承台4、上预埋板3、柱脚预埋板7、加劲肋板6、剪力钉8以及柱内混凝土 2。钢墩柱I底部埋入混凝土承台4中，埋入深度为钢墩柱I截面高度的2. O 2. 5倍。在混凝土承台4中的钢墩柱I外围绑扎有连接成网状的构造钢筋5。其中，钢墩柱I的截面高度是指钢墩柱I截面顺桥向的长度。钢墩柱I内灌注填充有柱内混凝土 2，柱内混凝土 2的材料为微膨胀C30细石混凝土，并且柱内混凝土 2在钢墩柱I内延伸到一定高度，使柱内混凝土 2的顶面高于混凝土承台4的顶面，高出的高度为钢墩柱I截面高度的I. O I. 5倍，以避免应力集中，达到应力扩散的目的。钢墩柱I的底部设置有20mm厚的钢板作为柱脚预埋板7，保证钢墩柱I柱底钢板 应力均匀扩散。柱脚预埋板7的外边长大于钢墩柱I的横截面外边长，其差值为钢墩柱I截面高度的I. O I. 5倍，以保证柱脚预埋板7的压应力小于混凝土承台4中混凝土的抗压设计强度。柱脚预埋板7中部开孔，开孔尺寸略小于钢墩柱I尺寸，只要保证柱脚预埋板7和钢墩柱I底预留足够的焊接尺寸即可。柱脚预埋板7的开孔保证了钢墩柱I中的柱内混凝土 2与混凝土承台4的连续性，同时避免应力集中，实现应力扩散。柱脚预埋板7与钢墩柱I之间设置有多个加劲肋板6，用以支撑和固定钢墩柱1，并且增强钢墩柱I与混凝土承台4的锚固强度。钢墩柱I内还设置有上预埋板3，上预埋板3的顶面与混凝土承台4顶面齐平。上预埋板3开有两个直径为200mm的圆孔，以保证上预埋板3上下柱内混凝土 2的连贯性。钢墩柱I的侧壁内外两面均布地焊接有多个Φ22πιπι的剪力钉8，钢墩柱I与混凝土承台4以及柱内混凝土 2通过剪力钉8传力。本实施例的门式刚架天桥结构钢墩柱与混凝土承台固结构造在施工之前，首先可以采用MIDAS CIVIL2006版软件对门式刚架天桥结构进行分析计算，内容主要包括恒载、二期铺装、人群荷载、整体升降温、满人荷载、雪荷载、风荷载、地震荷载等，通过分析计算得到钢墩柱与混凝土承台固结构造节点最不利荷载组合值。其中，群桩基础对上部结构的弹性支撑作用，可按单位力作用下位移相等的原则简化为弹性支撑。然后根据各项最不利荷载组合值对钢墩柱与混凝土承台固结构造的各个构件进行受力分析，进而确定出保证钢墩柱I与混凝土承台4之间实现刚接的构件尺寸及要求。本实施例中钢墩柱I的截面高度为1200_，首先确定钢墩柱I埋入混凝土承台4中的深度，埋深取值为2500_ ;然后根据最不利钢墩柱轴力，计算确定柱脚预埋板7的尺寸，其外边长大于钢墩柱I的横截面外边长650_，计算确定加劲肋板6的个数和厚度，以及加劲肋板6与钢墩柱I和柱脚预埋板7之间的焊缝高度；然后根据最不利钢墩柱组合弯矩，计算确定柱脚预埋板7的厚度；最后根据钢墩柱I的最不利组合轴力，计算所需剪力钉8的个数。涉及的所有焊接构件均在工厂加工完成，在现场定位后进行浇注混凝土，混凝土需保证烧注质量。一、施工准备在工厂根据设计预制钢墩柱I，一并在钢墩柱I上完成上预埋板3以及剪力钉8的焊接施工。同时由测量人员根据施工图纸放出混凝土承台4的边线，基坑的几何尺寸按照混凝土承台4尺寸外扩80cm进行施放。基坑四周开挖排水沟，对角设置两口集水井，内置抽水泵，保证地下水位不高于基坑底。在垫层施工时，在垫层混凝土中预埋10根预埋板定位钢筋。承台垫层浇筑完毕后，在混凝土承台4上放出承台中轴线，用墨线弹出承台四边线，及柱脚预埋板7四角边线。二、混凝土承台4底板钢筋绑扎与焊接底板钢筋使用铅丝绑扎，绑扎点按梅花型布置。主筋焊接及短柱钢筋遇到钢墩柱I处截断与钢墩柱I焊接时，均采用双面焊接，焊接长度严格按规定不小于5d把握，焊口处应敲打干净，保证混凝土与钢筋连接紧密。
三、柱脚预埋板7的安装底板钢筋绑扎与焊接完毕后，安装柱脚预埋板7。柱脚预埋板7采用20_厚钢板，并沿四周焊接一圈16个加劲肋板6，用以临时支撑和固定钢墩柱1，并且增强钢墩柱I与混凝土承台4的锚固强度。柱脚预埋板7底部焊接500mm长、Φ20钢筋20根，焊缝采用双面焊，焊缝长度为5d，焊口处应敲打干净，保证混凝土与钢筋连接紧密，并与承台垫层内预埋的定位钢筋焊接，用以固定柱脚预埋板7。控制柱脚预埋板7的位置及四角高程差在2_以内。四、柱脚预埋板7下混凝土的浇筑绑扎承台钢筋以及结构钢筋，浇筑柱脚预埋板7以下70cm混凝土，浇筑前应将基底湿润后再浇筑砼。浇筑时应加强振捣，保证密实度，并且严禁触碰柱脚预埋板7的支撑钢筋。采用薄膜覆盖等方法加强混凝土养护。柱脚预埋板7以下混凝土应加强振捣，防止出现漏空和密实度不足现象。五、钢墩柱I的安装待混凝土达到设计强度的80%以上时，吊装钢墩柱I并与柱脚预埋板7以及构造钢筋焊接牢固。安装时采用两台全站仪和垂准仪控制钢墩柱I的定位准确及垂直度。采用横移千斤顶配合吊车进行微调，当满足规范要求后进行焊接。焊接采用对称满焊，焊角尺寸满足设计要求。六、钢墩柱与混凝土承台固结构造中混凝土部分施工绑扎及焊接混凝土承台钢筋并与钢墩柱I可靠的联结。浇筑混凝土承台4，特别注意钢墩柱I根部及周边的混凝土施工质量。接茬处采用凿毛处理及采用高标号砂浆涂刷接茬面。混凝土承台4结构的混凝土强度等级为C30，混凝土浇筑采用泵车浇筑，用插入式振捣器进行振捣，混凝土分层浇筑、分层振捣，每层浇筑厚度不得大于500mm。振捣器间距40cm插一次棒，振捣时间20s左右，直至无气泡为止，不得过振和漏振。振捣上一层时，振捣器应插入下面一层混凝土内，保证上下两层混凝土能很好的结合。钢墩柱I周边应加强振捣，确保其密实度。混凝土浇筑完毕后，用木抹子和铁抹子三次收浆抹面，保证混凝土承台4表面平整。上用土工布覆盖，勤洒水，同时外罩塑料薄膜保温保湿养护，避免承台表面出现收缩裂缝。混凝土养护7天后，可拆除模板。浇注完混凝土承台4中的混凝土 7天后，即可浇注柱内混凝土 2，一直浇注到柱内混凝土 2的设计高度为止，设计为柱内混凝土 2顶面高于混凝土承台4顶面1200_。柱内混凝土 2采用微膨胀C30细石混凝土，浇注过程中加强振捣，确保柱内混凝土 2的密实度。当柱内混凝土 2达到设计强度后方可进行主梁的安装施工。 尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，包括钢墩柱和混凝土承台，其特征在于，所述钢墩柱底部埋入所述混凝土承台中，所述钢墩柱底端设置有中部开孔的柱脚预埋板，所述柱脚预埋板与所述钢墩柱之间设置有加劲肋板，所述钢墩柱内设置有中部开孔的上预埋板，所述上预埋板的顶面与所述混凝土承台顶面齐平，所述钢墩柱内填充有柱内混凝土，所述柱内混凝土顶面高于所述混凝土承台顶面，所述钢墩柱侧壁焊接有设置在所述混凝土承台与所述柱内混凝土中的剪力钉。
2.根据权利要求I所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，其特征在于，所述钢墩柱底部埋入所述混凝土承台中的深度为所述钢墩柱截面高度的2. O 2. 5倍。
3.根据权利要求I所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，其特征在于，所述柱内混凝土顶面高于所述混凝土承台顶面的高度为所述钢墩柱截面高度的I. O I. 5倍。
4.根据权利要求I所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，其特征在于，所述柱脚预埋板外边长大于所述钢墩柱的横截面外边长的长度为所述钢墩柱截面高度的I.O I. 5 倍。
5.根据权利要求I所述的一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构，其特征在于，所述柱内混凝土采用微膨胀混凝土。
6.—种如权利要求I所述门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤 a.预制钢墩柱，并在钢墩柱上完成上预埋板以及剪力钉的焊接施工； b.混凝土承台边线放样，混凝土承台垫层施工； c.进行混凝土承台底板钢筋绑扎与焊接； d.在钢墩柱底端安装柱脚预埋板，柱脚预埋板四周焊接加劲肋板； e.浇筑柱脚预埋板以下混凝土； f.混凝土达到设计强度的80%以上时，吊装钢墩柱并与柱脚预埋板焊接牢固；安装时控制钢墩柱的定位准确及垂直度； g.绑扎及焊接混凝土承台钢筋并与钢墩柱连接，浇筑混凝土承台； h.混凝土浇筑完毕并养护结束后，浇注柱内混凝土至设计高度。
全文摘要
本发明公开了一种门式刚架天桥钢墩柱与承台固结结构及其施工方法，钢墩柱底部埋入混凝土承台中，钢墩柱底端设置有中部开孔的柱脚预埋板，柱脚预埋板与钢墩柱之间设置有加劲肋板，钢墩柱内设置有中部开孔的上预埋板，上预埋板的顶面与混凝土承台顶面齐平，钢墩柱内填充有柱内混凝土，柱内混凝土顶面高于混凝土承台顶面，钢墩柱侧壁焊接有设置在混凝土承台与柱内混凝土中的剪力钉。本发明结构简单，制作安装方便，造价低，能够有效可靠的传递内力，具有良好的抗疲劳性能和耐久性，大大的减少了门式刚架天桥结构上部工程量的投入，从而降低了工程投资，可使结构设计、施工和应用更趋合理，在结构全寿命周期内具有较强的综合经济指标。
文档编号E01D21/00GK102839601SQ201210334518
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月11日 优先权日2012年9月11日
发明者周莉, 曹景, 张洪海, 刘旭锴, 胡江, 李芝水, 田川, 刘志才, 杜鹏, 赵伟 申请人:天津市市政工程设计研究院