一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩的制作方法

本实用新型涉及桥梁设计领域，具体涉及一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩。
背景技术：
：如图9工程实例所示，互通式立交区中的跨线桥，包括下方设计速度80km/h的双向六车道主线高速公路路基和上方跨越主线高速公路的匝道桥，匝道桥上部结构采用预应力混凝土（后张法）现浇连续箱梁，匝道桥下部结构采用钢筋混凝土三柱式桥墩，其中匝道桥的一个三柱式桥墩（2号桥墩）布设在主线高速公路的中央分隔带内。中央分隔带宽度2m，2号桥墩直径1.2m，桥墩两侧中央分隔带采用分设式gr-am-2e波形梁护栏。《公路交通安全设施设计规范》（jtgd81-2017）和《公路交通安全设施设计细则》（jtg/td81-2017）（下文简称：新交安设计规范）于2018年1月1日实施。在“新交安设计规范”实施前，依据设计规范规定，设计速度80km/h的双向6车道主线高速公路中央分隔带护栏应采用分设式gr-am-2e波形梁护栏，护栏厚度26.4cm，包括立柱直径14cm、梁板厚度8.5cm和托架厚度3.9cm。因为建筑限界边界线和匝道桥2号桥墩的距离为15cm，大于波形梁护栏梁板厚度8.5cm；波形梁护栏立柱间距2m，大于2号桥墩直径1.2m，所以gr-am-2e波形梁护栏和2号桥墩位置不冲突，可以施工，外观表现为波形梁护栏和2号桥墩紧贴在一起，见图10（a）。在“新交安设计规范”实施后，依据设计规范规定：①对双向6车道高速公路，或未设置左侧硬路肩的双向8车道及以上高速公路，或对双向6车道及以上一级公路，中央分隔带宽度小于2.5m并采用分设式护栏形式，同时中央分隔带内设有车辆不能安全穿越的障碍物的路段，事故严重程度等级为中，路基护栏防护等级应采用四（sb、sbm）级。②设计交通量中，总质量大于或等于25t的车辆自然数所占比例大于20%时，导致事故发生可能性增加或后果更严重的路段，路基护栏防护等级宜提高1个等级。③大型车辆所占比例较大的路段，除位于冬季风雪较大的地区外，中央分隔带护栏宜使用混凝土护栏。考虑到该高速公路工程是《国家公路网规划（2013年～2030年）》的组成部分，中长期（2022年~2041年）预测大型车辆所占比例41.7%~52.5%，跨线桥所处地理位置位于积雪线以下且冬季暴风雪不严重，100年重现期风速值为27.4m/s。依据“新交安设计规范”规定，中央分隔带护栏应采用分设式sam级加强型混凝土护栏。若2号桥墩仍然采用钢筋混凝土三柱式桥墩，由于桥墩直径1.2m，分设式sam级加强型混凝土护栏厚度50.3cm，则混凝土护栏和2号桥墩位置重合23.1cm，无法施工，见图10（b）。对于正在建设的公路工程，为避免此问题，可以采用匝道桥单跨跨越主线路基的方案，但是会造成匝道桥上部结构尺寸变大，已采购箱梁模板需要退换，工程量增大，工程造价变动较大。如果下部桩基已经施工，则会出现报废工程，工期加长。随着我国公路交通网的不断建设完善，今后建设和正在建设的高速公路和一级公路，必然面临大量不同等级公路之间相互跨线的情况，如果仅考虑单跨跨越的桥式方案，会导致工程量增加，工程造价增大。表1跨线桥的单跨跨越主线路基方案和钢-混组合板式墩方案比选设计方案互通式立交纵断面桥梁跨径/m中分带设墩中分带护栏形式报废工程/万元工程造价/万元钢-混组合板式墩不变20+2×25+20是sam级加强型混凝土护栏038.2单跨跨越主线路基调整a~e匝道25+46+25否gr-am-2e波形梁43.8182.9基于上述考虑，本实用新型公开了一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与传统的钢筋混凝土柱式桥墩相比，桥墩厚度大幅减小，可用于高速公路和一级公路中央分隔带宽度较小的场景中。与单跨跨越的桥式方案相比，工程造价较小（在工程实例中，节省造价约190余万元，见表1）。同时，可以避免跨线桥中央分隔带内传统的钢筋混凝土桥墩和波形梁护栏两者紧贴的难看外观，外形轻巧美观，与中央分隔带的混凝土护栏搭配自然协调，见图11。技术实现要素：针对上述现有技术的不足，本实用新型公开了一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与传统的钢筋混凝土柱式桥墩相比，桥墩厚度大幅减小，可用于中央分隔带宽度较小的场景中，较大幅度降低了工程造价，并且还可避免跨线桥中央分隔带内传统的钢筋混凝土桥墩和波形梁护栏两者紧贴的难看外观，外形轻巧美观，与中央分隔带的混凝土护栏搭配自然协调。为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案：一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，墩身段由顶板、侧板、加劲肋和开孔板构成，墩身段内灌注混凝土，墩身侧板包括沿墩身宽度方向的墩身第一侧板和沿墩身厚度方向的墩身第二侧板。在墩身厚度方向，墩身第一侧板的内侧设置有由混凝土和开孔板组成的第一类pbl剪力键，所述第一类pbl剪力键用于连接墩身内侧混凝土。优选地，墩身由上至下包括扩头段和中间段，在扩头段和中间段，两个墩身第一侧板平行正对竖向设置，墩身厚度保持不变；在扩头段与中间段之间的扩头过渡段，两个墩身第一侧板由上至下向墩身厚度截面中心线对称倾斜，墩身厚度逐渐减小。优选地，墩身段沿厚度方向，在墩身内侧间隔设置多根加劲肋，加劲肋两端分别与两个墩身第一侧板相连。优选地，多块第一类pbl剪力键沿墩身宽度方向间隔设置在墩身第一侧板上，每块第一类pbl剪力键沿墩身高度方向焊接在墩身第一侧板上。优选地，相对的两块第一类pbl剪力键之间沿墩身高度方向间隔设置有多根加劲肋，每根加劲肋横向设置，且两端分别与两块相对的第一类pbl剪力键上相对的位置相连。优选地，在墩身侧板与底板相连处，墩身侧板外侧设置多块墩脚加劲板。优选地，墩身底板设置在混凝土承台上，墩身底板下表面竖向阵列设置有多块由混凝土、开孔板和贯穿钢筋组成的第二类pbl剪力键，所述第二类pbl剪力键用于连接混凝土承台。优选地，混凝土承台横向钢筋从第二类pbl剪力键的顶部、中部和底部的圆孔中穿过。综上所述，与现有技术相比，本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，具有以下技术效果：（1）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与传统的柱式钢筋混凝土桥墩相比，桥墩顺桥向尺寸大幅减小，可以避免跨线桥中央分隔带内传统的钢筋混凝土桥墩和波形梁护栏两者紧贴的难看外观，该桥墩外形轻巧美观，与中央分隔带的混凝土护栏搭配自然协调。（2）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，有效解决了传统的钢筋混凝土桥墩和中央分隔带分设式混凝土护栏位置冲突的问题，符合“新交安设计规范”的规定。该桥墩适用范围广，可用于中央分隔带宽度小于2.5m并采用分设式护栏形式的大部分在建和未建的双向6车道高速公路、未设置左侧硬路肩的双向8车道及以上高速公路和双向6车道及以上一级公路。（3）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与单跨跨越的桥式方案相比，具有可减少上部结构尺寸、大幅降低工程造价、避免出现报废工程、工厂批量制作和有效节省工期等优势。（4）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，该桥墩受力性能良好，满足抗震设计规范的规定，可适用于高烈度地震山区。附图说明为了使实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述，其中：图1至图3分别为本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩的正视图、侧视图及俯视图；图4为墩身段和墩底段的开孔板结构示意图；图5至图7分别为墩底段和承台的正视图、侧视图及俯视图；图8为钢-混组合板式桥墩的有限元模型；图9为中央分隔带和上跨主线匝道桥平面关系示意图；图10（a）为匝道桥2号桥墩和gr-am-2e波形梁护栏位置关系示意图；图10（b）为匝道桥2号桥墩和sam级加强型混凝土护栏位置关系示意图；图11为钢-混组合板式桥墩和混凝土护栏位置关系示意图。附图标记说明：底板1、墩身第一侧板201、墩身第二侧板202、顶板3、第一类pbl剪力键5、圆孔6、扩头段7、扩头过渡段8、中间段9、加劲肋10、墩脚加劲板11、混凝土承台12、第二类pbl剪力键13、承台横向钢筋14。具体实施方式下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。如附图1至附图3所示，本实用新型公开了墩身段由顶板3、侧板、加劲肋10和开孔板构成，墩身段内灌注混凝土，墩身侧板包括沿墩身宽度方向的墩身第一侧板和沿墩身厚度方向的墩身第二侧板202。在墩身厚度方向，墩身第一侧板的内侧设置有由混凝土和开孔板组成的第一类pbl剪力键5，所述第一类pbl剪力键5用于连接墩身内侧混凝土。与现有技术相比，本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，具有以下技术效果：（1）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与传统的柱式钢筋混凝土桥墩相比，桥墩顺桥向尺寸大幅减小，可以避免跨线桥中央分隔带内传统的钢筋混凝土桥墩和波形梁护栏两者紧贴的难看外观，该桥墩外形轻巧美观，与中央分隔带的混凝土护栏搭配自然协调。（2）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，有效解决了传统的钢筋混凝土桥墩和中央分隔带分设式混凝土护栏位置冲突的问题，符合“新交安设计规范”的规定。该桥墩适用范围广，可用于中央分隔带宽度小于2.5m并采用分设式护栏形式的大部分在建和未建的双向6车道高速公路、未设置左侧硬路肩的双向8车道及以上高速公路和双向6车道及以上一级公路。（3）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，与单跨跨越的桥式方案相比，具有可减少上部结构尺寸、大幅降低工程造价、避免出现报废工程、工厂批量制作和有效节省工期等优势。（4）本实用新型公开的一种用于跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩，该桥墩受力性能良好，满足抗震设计规范的规定，可适用于高烈度地震山区。具体实施时，墩身段由上至下包括扩头段7、扩头过渡段8和中间段9。在扩头段7和中间段9，两个墩身第一侧板201平行正对竖向设置，墩身厚度保持不变；在扩头过渡段8，两个墩身第一侧板201由上至下向墩身厚度截面中心线对称倾斜，墩身厚度逐渐减小。如附图2所示，墩身由上至下包括扩头段7和中间段9，在扩头段7和中间段9，两个墩身第一侧板201平行正对竖向设置，墩身厚度保持不变；在扩头段7与中间段9之间的扩头过渡段8，两个墩身第一侧板201由上至下向墩身厚度截面中心线对称倾斜，墩身厚度逐渐减小。在采用这种设置时，如图4所示，针对扩头段7、扩头过渡段8和中间段9的不同高度，可以灵活设置不同长度的分段式第一类pbl剪力键5的开孔板，从而降低第一类pbl剪力键5的制造难度。具体实施时，墩身段沿厚度方向，在墩身内侧间隔设置多根加劲肋10，加劲肋10两端分别与墩身两个墩身第一侧板201焊接相连。在墩身内部设置与两个墩身第一侧板201相连的加劲肋10，能够保证墩身的整体性，进一步增强结构的强度和刚度。具体实施时，在墩身厚度方向（顺桥向），墩身第一类侧板的内侧间隔设置多块第一类pbl剪力键5（由混凝土和开孔板组成），每块第一类pbl剪力键5的开孔板沿墩身高度方向焊接在墩身第一侧板201上。为了使混凝土与侧板稳固连接，因此，如图1至图3所示，选择面积较大的墩身第一侧板201，在墩身第一侧板201朝向墩身内侧间隔设置多块第一类pbl剪力键5，将第一类pbl剪力键5竖向间隔设置。具体实施时，相对的两块第一类pbl剪力键5之间沿墩身高度方向间隔设置有多根加劲肋10，每根加劲肋10横向设置，且两端分别与两块相对的第一类pbl剪力键5上相对的位置相连。为了便于加劲肋10的安装，可将加劲肋10两端焊接在两块相对的第一类pbl剪力键5的对应位置。具体实施时，在墩身侧板与底板1相连处，墩身侧板外侧设置多块墩脚加劲板11。墩脚加劲板11可以进一步增强墩身的稳固程度，使墩身不易倾倒。具体实施时，墩身通过底板1固定在混凝土承台12上，底板1下表面竖向阵列设置有多块第二类pbl剪力键13。如图5至7所示，本实用新型中，墩身通过底板1固定安装在混凝土承台12上，为了提高墩身安装的牢固程度因此设置竖向的第二类pbl剪力键13。具体实施时，混凝土承台12内横向阵列设置有多根承台横向钢筋14，承台横向钢筋14沿墩身厚度方向设置且穿过第二类pbl剪力键13开孔板的顶部、中部和底部的圆孔6。使承台横向钢筋14穿过第二类pbl剪力键13，可进一步提高墩身安装的牢固程度。以墩身高度7.5m、宽度11.56m、厚墩0.6m的桥墩为工程实例，采用本实用新型公开的用于一种跨线桥中央分隔带内的钢-混组合板式桥墩的结构，墩身内灌注c50自密实自补偿收缩混凝土，墩顶采用jpz(ⅱ)7.0型盆式橡胶支座，墩身顶板3、侧板、底板1、加劲肋10和pbl剪力键的开孔板采用q345qdnh钢，钢板厚度24mm，墩身侧板分为扩头段7、扩头过渡段8和中间段9，内焊接圆柱头焊钉（焊钉也用于连接内侧混凝土），型号φ16×150mm，间距300×300mm，单侧面焊钉纵桥向布设39个、横桥向布设2个，墩身共1560个。墩身内灌注c50自密实自补偿收缩混凝土，墩身侧板与灌注混凝土采用第一类pbl剪力键5连接。第一类pbl剪力键5连接中的开孔板因长度不同，分为a、b和c三类。在墩身扩头段7和扩头过渡段8，设置a、b两类开孔板，长度分别为0.8m和1.1m，每间隔0.5m设一道加劲肋10，肋条尺寸1430×90mm；在墩身中间段9为c类开孔板，长度5.7m，每间隔1m竖向设一道加劲肋10，肋条尺寸530×90mm。第一类pbl剪力键5纵桥向间距0.5m，横桥向间距0.37m~1.27m，开孔板宽度0.09m，板上设一排φ50mm圆孔6，孔间距0.1m。墩脚加劲板11为梯形截面，纵桥向间距0.5m，横桥向间距0.3m，长度0.3m，宽度0.2m。墩身侧板与顶、底板1的连接焊缝采用全熔透对接焊，质量等级一级，使用引弧板，沿受力方向打磨平齐，两侧施焊，实施无损检测。墩身侧板扩头段7和扩头过渡段8的对接焊缝采用ⅰ级单侧坡口熔透焊，需对起焊/终焊位置进行焊后处理，确保修复效果。开孔板与侧板、加劲肋10，墩脚加劲板11与侧板、墩底钢板的连接焊缝采用ⅱ级双面贴角焊，焊脚尺寸不小于10mm，应仔细打磨焊缝端部，除去咬边。墩底钢板长度12.16m、宽度1.2m，厚度24mm，钢板上设置一排φ40mm椭圆形状的通气孔，气孔尺寸160mm×80mm、间距1.01m。承台采用钢筋混凝土，长度13.76m、宽度2.8m，高度2.2m。墩底钢板和承台采用pbl剪力键连接，纵桥向间距0.08m，横桥向间距0.168m或0.176m。承台开孔板共384个，长度1.4m、宽度0.11m，厚度24mm，板上设置一排φ50mm圆孔6，孔间距0.1m。承台横向钢筋14从开孔板顶部、中部和底部的圆孔6中穿过，纵向钢筋和开孔板位置冲突时应调整钢筋位置。墩底钢板与开孔板的连接焊缝采用全焊透t形连接焊，质量等级一级，应仔细打磨焊缝端部，除去咬边。钢-混组合板式桥墩分为扩头段7、扩头过渡段8、中间段9和墩底段。墩底钢板和开孔板，墩身侧板和开孔板，墩身侧板和顶板3的焊接均在工厂制作完成，墩身侧板和底板1的焊接在工地现场的临时工作棚内完成。在工厂制作完成后，采用大平板车运输至工地现场进行安装。在运输过程中，应保护好焊钉，避免焊钉触碰脱落，同时加强桥墩的防护和支撑，固定牢固，防止变形和倾覆。桥墩安装完成后，墩身内灌注c50自密实自补偿收缩混凝土，应灌注至通气孔匀速冒出混凝土骨料，且持续冒出2分钟以上时，方可停止灌注操作。在灌注过程中，应在墩身侧板外壁采用木槌敲击或者其它无损方式振捣，确保密实。墩身表面涂装见表2：如图8所示，基于上述桥墩，采用桥梁专用有限元软件midas/civil2019建立计算模型，桥墩和箱梁结合部位采用弹性连接模拟，桥台支座采用一般支承模拟，约束竖向、横桥向线位移。考虑的荷载有恒载、收缩徐变、汽车荷载、制动力、风荷载和温度作用等。静力计算结果表明：（1）在荷载效应组合下，钢-混组合板式桥墩外侧钢板最大压应力为25.4mpa，混凝土最大压应力4.32mpa，未出现拉应力。（2）在正常使用极限状态，钢-混组合板式桥墩墩顶水平位移为1.6mm，小于l/300=8.3mm。（3）全桥整体一阶线弹性稳定系数为46.1，大于4，失稳模态为桥墩纵桥向弯曲失稳。根据《公路桥梁抗震设计细则》（jtg/tb02-01-2008）的规定，a匝道2#桥的结构属于b类桥梁，采用e1地震作用（50年超越概率40%）和e2地震作用（50年超越概率2%）两种地震动水平进行抗震设防。抗震计算采用“非线性动力时程分析方法”进行桥梁减隔震动力分析。结合《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（jtg／td64-01-2015）和地方标准《公路波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥设计规范》（db41/t643-2010）的规定，进行桥墩承台钢-混结合段（墩底钢板和pbl剪力键）局部计算。抗震计算结果表明：（1）在e1地震作用下，钢-混组合板式桥墩外侧钢板处于弹性阶段，其正应力109mpa，小于容许应力270mpa，剪应力21.4mpa，小于容许剪应力155mpa。（2）在e2地震作用下，钢-混组合板式桥墩外侧钢板处于弹性阶段，其正应力254mpa，小于容许应力270mpa，剪应力63mpa，小于容许剪应力155mpa。（3）在e2地震作用下，支座纵桥向最大位移0.12m，横桥向最大位移0.11m，均小于容许位移0.15m。（4）在e2地震作用下，钢-混组合板式桥墩墩底钢-混结合段（墩底钢板和pbl剪力键）的纵桥向弯矩12314.7kn·m，横桥向弯矩11734.3kn·m，小于抗弯承载力20015.4kn·m；纵桥向剪力1221.4kn，横桥向剪力857kn，小于抗剪承载力29462.4kn。最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过参照本实用新型的优选实施例已经对本实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围。当前第1页1 2 3 

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