本發(fā)明涉及高架橋鋼立柱與混凝土承臺(tái)錨固的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種預(yù)制拼裝高架橋鋼立柱的錨固結(jié)構(gòu)，能更有效地把高架橋鋼立柱錨固在混凝土承臺(tái)上，并且實(shí)現(xiàn)預(yù)制裝配的功能。

背景技術(shù)：

以往的高架橋立柱基本都是混凝土的，隨著經(jīng)濟(jì)水平及技術(shù)水平的提高，加上國家大力提倡裝配式建筑，鋼立柱的使用情況也越來越多，鋼立柱的錨固結(jié)構(gòu)也就越來越受到重視，現(xiàn)有的錨固結(jié)構(gòu)一般有以下兩種形式：（1）直接插入式，（2）預(yù)埋鋼筋或預(yù)應(yīng)力索錨固。

這兩種錨固結(jié)構(gòu)形式，在鋼立柱受力不太大的情況下能勉強(qiáng)使用，當(dāng)一些重要的結(jié)構(gòu)比如高架橋梁立柱，柱基部受力大而復(fù)雜，這兩種錨固結(jié)構(gòu)形式就不能很好地適應(yīng)了，例如直接插入式在柱基部受到大的彎矩時(shí)一側(cè)與混凝土結(jié)合部容易開裂，預(yù)埋鋼筋或預(yù)應(yīng)力索錨固式在柱基部受到大的軸力同時(shí)受到大的彎矩時(shí)承臺(tái)混凝土接觸面受力面積小，容易導(dǎo)致承臺(tái)混凝土屈服。

因此需要有一種更加高效的錨固結(jié)構(gòu)來適應(yīng)鋼立柱的應(yīng)用發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)制拼裝高架橋鋼立柱的錨固結(jié)構(gòu)的施工方法，能更高效地把高架橋鋼立柱錨固在混凝土承臺(tái)上、同時(shí)實(shí)現(xiàn)能夠預(yù)制裝配的功能。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種預(yù)制拼裝高架橋鋼立柱的錨固結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

1）預(yù)制上法蘭、下法蘭、錨桿螺栓和柱基部法蘭；

2）在鋼立柱底部焊接設(shè)置柱基部法蘭；

3）預(yù)先綁扎混凝土承臺(tái)的鋼筋；

4）混凝土承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋上法蘭、下法蘭和錨桿螺栓，所述錨桿螺栓的下端連接上法蘭，所述錨桿螺栓的中部連接下法蘭，所述錨桿螺栓的上端延伸至混凝土承臺(tái)上方；

5）澆筑承臺(tái)混凝土；

6）把鋼立柱吊裝到位，錨桿螺栓插入柱基部法蘭螺栓孔；

7）擰緊螺母，完成錨固。

優(yōu)選地，所述柱基部法蘭由上下兩層鋼板和中間的加勁結(jié)合立柱鋼板組成，極大增強(qiáng)了法蘭的剛度，避免因單層鋼板平面內(nèi)剛度不足產(chǎn)生法蘭局部失穩(wěn)的情況。

由于混凝土的強(qiáng)度只有鋼的幾分之一，在相同受力條件下，必須增大混凝土的受力面積才能避免混凝土先行屈服的情況，優(yōu)選地，所述預(yù)埋在承臺(tái)混凝土中的設(shè)置至少兩層法蘭，上法蘭和下法蘭，每層法蘭由上下兩層鋼板和中間的腹板及加勁組成，既增加了法蘭與承臺(tái)混凝土的接觸面積，增強(qiáng)了鋼和混凝土的結(jié)合力，使得內(nèi)力在鋼和混凝土之間傳達(dá)更順暢，也大大增加了法蘭自生的剛度，避免因單層鋼板平面內(nèi)剛度不足產(chǎn)生法蘭局部失穩(wěn)的情況。

進(jìn)一步地，為了防止法蘭局部失穩(wěn)的現(xiàn)象，在步驟1）中初步設(shè)定上法蘭、下法蘭、錨桿螺栓和柱基部法蘭尺寸后，對所述錨固結(jié)構(gòu)根據(jù)以下步驟進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，以確定最終尺寸，其中鋼立柱四邊分別設(shè)置若干根錨桿螺栓：

a、錨桿螺栓應(yīng)力驗(yàn)算，計(jì)算一根錨桿螺栓所受最大軸力p=(nx/n)+(my/wy1)，nx為柱頂受壓力，n為錨桿螺栓數(shù)量，my為柱底受彎矩，wy1為斷面系數(shù)，計(jì)算錨桿螺栓應(yīng)力δs=p/σas，σas為全部錨桿螺栓有效面積，并判斷錨桿螺栓應(yīng)力是否小于應(yīng)力閾值；

b、柱基部法蘭應(yīng)力驗(yàn)算，

b1、按照對應(yīng)壓應(yīng)力驗(yàn)算法蘭加勁厚度

計(jì)算tr1.req=p/(2*be*δba)，并判斷是否小于設(shè)計(jì)法蘭加勁厚度；

b2、法蘭加勁壓應(yīng)力計(jì)算

計(jì)算δb=p/(2*be*tr)，并判斷是否小于壓縮容許應(yīng)力；

b3、按照對應(yīng)剪應(yīng)力，驗(yàn)算法蘭加勁厚度

計(jì)算tr2.req=p/{2(hb-2*rs)*δa}，并判斷是否小于設(shè)計(jì)法蘭加勁厚度；

b4、法蘭加勁剪應(yīng)力計(jì)算

計(jì)算τb=p/{2(hb-2*rs)*tr}，并判斷是否小于允許剪應(yīng)力；

b5、法蘭鋼板的應(yīng)力驗(yàn)算

計(jì)算上鋼板的應(yīng)力δu=m*yu/i，并判斷是否小于壓縮容許應(yīng)力；

計(jì)算下鋼板的應(yīng)力δl=m*yl/i，并判斷是否小于壓縮容許應(yīng)力；

其中，be為加勁受壓的有效長，δba為壓縮容許應(yīng)力，tr為法蘭加勁厚度，hb為加勁高度，rs為過焊孔高度，yu為上鋼板到中立軸的距離，yl為下鋼板到中立軸的距離，i為斷面剛度；

c、上法蘭應(yīng)力驗(yàn)算

c1、對應(yīng)混凝土的容許壓應(yīng)力，驗(yàn)算上法蘭鋼板寬度

計(jì)算bf.req=p/(δca*l)，并判斷是否小于設(shè)計(jì)寬度；

c2、驗(yàn)算實(shí)際混凝土應(yīng)力，

計(jì)算δb=p/(bf*l)，并判斷是否小于混凝土的容許壓應(yīng)力；

c3、按照對應(yīng)剪應(yīng)力，驗(yàn)腹板厚度算

計(jì)算tw.req=p/(4*τa*hw)，判斷是否小于設(shè)計(jì)厚度；

c4、上法蘭鋼板厚度驗(yàn)算

計(jì)算δc=p/{2*(tw*bw+tr*bd)}，判斷是否小于壓縮容許應(yīng)力；

其中δca為混凝土的容許壓應(yīng)力，l為錨桿螺栓間距，bf為上法蘭鋼板寬度，tw為腹板厚度，bw為腹板與螺母相對應(yīng)的有效受力長度，tr為法蘭加勁厚度，bd為加勁與螺母相對應(yīng)的有效受力長度。

本發(fā)明通過各法蘭和錨桿螺栓組成的錨固系統(tǒng)，把鋼立柱受到的大而且復(fù)雜的力分別從柱基部法蘭、上法蘭、下法蘭三個(gè)與混凝土接觸的面分散傳遞到混凝土承臺(tái)中。本發(fā)明能更高效地把高架橋鋼立柱錨固在混凝土承臺(tái)上的技術(shù)、同時(shí)實(shí)現(xiàn)能夠預(yù)制裝配的功能，并且在受偏心軸壓和彎矩較大時(shí)，不易損壞。

附圖說明

圖1是為現(xiàn)有的一種錨固結(jié)構(gòu)簡圖。

圖2是現(xiàn)有的另一種錨固結(jié)構(gòu)簡圖。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的受力示意圖。

圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的柱基部法蘭結(jié)構(gòu)的立面示意圖。

圖6為圖5的平面布置圖。

圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的上法蘭或下法蘭結(jié)構(gòu)的立面示意圖。

圖8為圖7的平面布置圖。

圖中包括：鋼立柱1，混凝土承臺(tái)2，柱基部法蘭3，錨桿螺栓4，上法蘭5，下法蘭6，鋼筋或預(yù)應(yīng)力索7，鋼板8，腹板9，加勁10。

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例并結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明亦可通過其它不同的具體實(shí)例加以施行或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)亦可基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在不背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾與變更。

本發(fā)明為一種預(yù)制拼裝高架橋鋼立柱的錨固結(jié)構(gòu)，主要包括鋼立柱1和混凝土承臺(tái)2，柱基部法蘭3，錨桿螺栓4，上法蘭5，下法蘭6，其特征在于在鋼立柱1底部焊接設(shè)置柱基部法蘭3，在混凝土承臺(tái)2中預(yù)埋設(shè)置上法蘭5和下法蘭6，上法蘭和下法蘭設(shè)置相應(yīng)的螺栓孔，上法蘭5和下法蘭6之間通過錨桿螺栓4連接，錨桿螺栓4下端與下法蘭螺栓孔連接，錨桿螺栓4中部與上法蘭螺栓孔連接，所述錨桿螺栓4上端延伸至混凝土承臺(tái)2上方，柱基部法蘭3也設(shè)置有相應(yīng)的螺栓孔，所述錨桿螺栓4穿入柱基部法蘭3的螺栓孔后，擰緊螺母，實(shí)現(xiàn)柱基部法蘭3與所述錨桿螺栓4連接。

鋼立柱1頂部受到橋梁上部結(jié)構(gòu)通過支座傳遞過來的反力，通過鋼立柱1自身柱體傳遞到鋼立柱1基部，再通過柱基部法蘭3把力一部分傳遞到混凝土承臺(tái)2頂面，一部分傳遞到錨桿螺栓4，傳遞到錨桿螺栓4的力通過錨桿螺栓4自身傳遞到上法蘭5和下法蘭6，最后通過上法蘭5和下法蘭6與混凝土承臺(tái)2的接合面?zhèn)鬟f混凝土承臺(tái)2，最終的目的都是把橋梁上下部結(jié)構(gòu)的力都傳遞到大地中。

在本發(fā)明的各實(shí)施例中，優(yōu)選地，使用柱基部法蘭3、錨桿螺栓4、上法蘭5、下法蘭6組成的錨固結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來把鋼立柱錨固到混凝土承臺(tái)中。

如圖5和圖6所示，所述柱基部法蘭由上下兩層鋼板8和設(shè)置在上下兩層鋼板之間的加勁結(jié)合立柱鋼板10組成，極大增強(qiáng)了法蘭的剛度，避免因單層鋼板平面內(nèi)剛度不足產(chǎn)生法蘭局部失穩(wěn)的情況。

柱基部法蘭上設(shè)置有若干個(gè)螺栓孔每一螺栓孔的兩側(cè)對稱設(shè)置有加勁結(jié)合立柱鋼板。

如圖7和圖8所示，所述預(yù)埋在承臺(tái)混凝土中的設(shè)置至少兩層法蘭，上法蘭和下法蘭，每層法蘭包括上下兩層鋼板8和設(shè)置在上下兩層鋼板之間的腹板9以及與所述腹板垂直設(shè)置的加勁結(jié)合立柱鋼板10。

由于鋼具有很多優(yōu)點(diǎn)，如抗拉抗壓強(qiáng)度都高、相對自重輕、工廠制作方便，工藝成熟、可回收利用等，因此鋼立柱在今后會(huì)越來越多的使用到，特別是現(xiàn)在國家提倡裝配式建筑，鋼立柱在裝配式橋梁上具有很高的運(yùn)用價(jià)值，也能在一些施工場地條件限制非常高的地方使用，為解決工程中的難點(diǎn)提供方案。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，一種預(yù)制拼裝高架橋鋼立柱的錨固方法，其特征在于其特征在于所述方法包括以下步驟：

1）預(yù)制上法蘭、下法蘭、錨桿螺栓和柱基部法蘭；

2）在鋼立柱底部焊接設(shè)置柱基部法蘭，

3）預(yù)先綁扎混凝土承臺(tái)的鋼筋；

4）混凝土承臺(tái)內(nèi)預(yù)埋上法蘭、下法蘭和錨桿螺栓，所述錨桿螺栓的下端連接上法蘭，所述錨桿螺栓的中部連接下法蘭，所述錨桿螺栓的上端延伸至混凝土承臺(tái)上方；

5）澆筑承臺(tái)混凝土；

6）把鋼立柱吊裝到位，錨桿螺栓插入柱基部法蘭螺栓孔；

7）將螺母擰入螺栓，擰緊螺母，完成錨固。

本發(fā)明通過各法蘭和錨桿螺栓4組成的錨固系統(tǒng)，把鋼立柱1受到的大而且復(fù)雜的力分別從柱基部法蘭3、上法蘭5、下法蘭6三個(gè)與混凝土接觸的面分散傳遞到混凝土承臺(tái)2中。

當(dāng)鋼立柱1受偏心軸壓n和彎矩m時(shí)，各部位受力模型如圖4所示?？梢钥吹?，柱基部的力通過多個(gè)法蘭與錨桿螺栓組成的錨固系統(tǒng)，分散地傳遞到了混凝土承臺(tái)中，受力機(jī)理明確，傳遞路徑清晰。因此這個(gè)錨固系統(tǒng)很好地解決了不同特性的材料---鋼與混凝土之間的受力傳遞。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，假定鋼立柱為1.5mx1.5m，鋼立柱四邊各設(shè)置6根m80(s45cn)錨桿螺栓，柱頂受壓力15000kn，柱底受彎矩2800kn、剪力250kn。

（a）本錨固結(jié)構(gòu)的錨桿螺栓應(yīng)力驗(yàn)算如下式：

全部錨桿螺栓有效面積σas=12*43.948+12*43.948=1054.753cm²

斷面系數(shù)wy1=1320.4cm

錨桿螺栓一根所受最大軸力

p=(nx/n)+(my/wy1)

=(15000/24)+(2800/13.20)

=625+211.8

=836.8（kn）

δs=p/σas=836800/4394.8=190.4

<σsa=210.0(n/mm2)安全

（b）本錨固結(jié)構(gòu)的柱基部法蘭驗(yàn)算如下式：

法蘭加勁厚度要求（對應(yīng)壓應(yīng)力）

tr1.req=p/(2*be*δba)=15.2mm<tr=20mm

法蘭加勁壓應(yīng)力計(jì)算

δb=p/(2*be*tr)=140.4(n/mm2)<δba=185(n/mm2)安全

法蘭加勁厚度要求（對應(yīng)剪應(yīng)力）

tr2.req=p/{2(hb-2*rs)*τa}=12.7mm<tr=20mm

法蘭加勁剪應(yīng)力計(jì)算

τb=p/{2(hb-2*rs)*tr}=66.6<τa=105(n/mm2)安全

這里，一根錨桿螺栓一根所受最大軸力p=836.8kn/根

螺母直徑dw=180mm

加勁間距br=130mm

加勁與螺母相對應(yīng)的有效受力長度bw=99mm

加勁受壓的有效長be=bw+50mm=149mm

法蘭鋼板厚度tbu=20mm

加勁高度hb=400mm

過焊孔高度rs=40mm

鋼的壓縮容許應(yīng)力δba=185.0n/mm2

鋼的容許剪應(yīng)力τa=105.0n/mm2

法蘭加勁厚度tr=20mm

法蘭鋼板的應(yīng)力驗(yàn)算

偏心量e=125mm

彎矩m=p*e=836.8*125=104600kn·mm

斷面剛度i=22067cm4

上鋼板到中立軸的距離yu=22.0cm

下鋼板到中立軸的距離yl=22.0cm（中立軸是上鋼板和下鋼板之間的中線）

上鋼板的應(yīng)力δu=m*yu/i=106.2n/mm2<δba=185n/mm2安全

下鋼板的應(yīng)力δl=m*yl/i=106.2n/mm2<δba=185n/mm2安全

（c）本錨固結(jié)構(gòu)的上法蘭的驗(yàn)算如下式：

上法蘭鋼板寬度要求（對應(yīng)混凝土的容許壓應(yīng)力）

bf.req=p/(δca*l)=836800/(20.0*260.0)=160.9mm

實(shí)際使用寬度bf=300mm>160.9mm安全

實(shí)際混凝土應(yīng)力

δb=p/(bf*l)=10.7n/mm2<20.0n/mm²

腹板厚度驗(yàn)算（對應(yīng)剪應(yīng)力）

tw.req=p/(4*τa*hw)=836800/(4*105.0*250)=8.0mm

實(shí)際使用厚度tw=16mm

τ=p/(4*tw*hw)=53.3n/mm2<105.0n/mm2安全

上法蘭鋼板厚度驗(yàn)算

δc=p/{2*(tw*bw+tr1*bd)}=836800/{2*(16*125+20*125)}

=92.9n/mm2<δba=185.0n/mm2安全

這里，一根錨桿螺栓一根所受最大軸力p=836.8kn/根

上法蘭鋼板寬度bf=300mm

上法蘭下層受壓側(cè)鋼板厚度tf=30mm

鋼的壓縮容許應(yīng)力δba=185.0n/mm2容

錨桿螺栓間距l(xiāng)=260mm

鋼的容許剪應(yīng)力τa=105.0n/mm2

腹板高度hw=250mm

中間加勁板厚tr1=20mm

腹板與螺母相對應(yīng)的有效受力長度bw=125mm

加勁與螺母相對應(yīng)的有效受力長度bd=125mm

腹板厚度tw=16mm

混凝土的容許壓應(yīng)力δca=20.0n/mm²

（d）本錨固結(jié)構(gòu)的下法蘭的驗(yàn)算與上法蘭相似。