一種可修復自復位式鋼管混凝土柱及其實施方法和修復方法
【技術領域】
[0001 ]本發明屬于路橋領域，涉及一種可修復自復位式鋼管混凝土柱及其實施方法和修復方法。
【背景技術】
[0002]中國山川眾多，因此需要建設大量的橋梁跨越山谷與河流，但橋梁的建設需要較高的成本以及耗費較長的時間，一旦損壞無法通行，將影響交通運輸，造成巨大的損失。同時，中國地震災害頻繁，因此，地震致橋梁損壞而無法立即修復，將造成人員、物資無法及時進入災區，延誤救災時機，造成巨大社會損失。
[0003]隨著城市的快速發展，用地越來越緊張，以及環保的要求，具有較高材料強度與韌性的鋼橋逐漸被廣泛使用，而一般橋梁的結構形式較為簡單，其結構系統彎矩重分配的能力較低，在地震影響下其塑性破壞常集中于橋柱，而橋柱的破壞常發生于底部，但此處發生損壞時常造成檢測、維修及加固的困難。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種可修復自復位式鋼管混凝土柱及其實施和修復方法，其解決的技術問題為:地震災害后，橋梁破壞難以檢測、維修和加固。
[0005]本發明解決技術問題所采用的技術方案是:一種可修復自復位式鋼管混凝土柱，包括內鋼管、外鋼管和填充于所述內、外鋼管之間的混凝土，所述外鋼管由上部外鋼管、帶肋外鋼管和下部外鋼管從上至下依次連接而成，所述上部外鋼管的下端面焊接有整體式法蘭板一，所述下部外鋼管的上端面焊接有整體式法蘭板二，所述帶肋外鋼管的上端面焊接有拼接式法蘭板一，所述帶肋外鋼管的下端面焊接有拼接式法蘭板二，所述上部外鋼管和帶肋外鋼管通過所述整體式法蘭板一和拼接式法蘭板一固定連接，所述下部外鋼管和帶肋外鋼管通過所述整體式法蘭板二和拼接式法蘭板二固定連接，所述下部外鋼管的下端面及所述內鋼管的下端面均與底板固定連接，所述底板與基礎固定連接，所述帶肋外鋼管由若干冷彎內卷邊角鋼通過其內卷邊拼接而成。
[0006]在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。
[0007]進一步，所述內鋼管為圓鋼管，所述外鋼管為方鋼管。
[0008]進一步，所述帶肋外鋼管為由四塊冷彎內卷邊角鋼拼接而成的方形管，相鄰所述冷彎內卷邊角鋼之間通過內卷邊連接，所述冷彎內卷邊角鋼的橫截面為缺一角的正方形，缺角所在的兩邊為內卷邊。
[0009]進一步，相鄰所述冷彎內卷邊角鋼的內卷邊通過焊接或螺栓固定的方式連接。
[0010]進一步，所述整體式法蘭板一、拼接式法蘭板一、整體式法蘭板二和拼接式法蘭板二均為圓環形且均沿圓環周向等間隔的開設有若干與固定螺栓相匹配的螺孔。
[0011 ]進一步，所述整體式法蘭板一、拼接式法蘭板一、整體式法蘭板二和拼接式法蘭板二上的螺孔數量至少為12個。
[0012]進一步，所述拼接式法蘭板一及拼接式法蘭板二均由4塊四分之一圓環焊接而成，每塊所述四分之一圓環上至少開設有3個與固定螺栓相匹配的螺孔。
[0013]進一步，所述下部外鋼管的外壁上焊接有若干與所述底板固定連接的加勁肋。
[0014]進一步，所述內鋼管為無縫鋼管或無拼接鋼管，所述內鋼管內可灌注混凝土。可以根據橋柱剛度的需求，控制內鋼管內部是否灌注混凝土及灌注高度，充分利用材料性能，同時減輕自重，減小對基礎的壓力。
[0015]進一步，所述上部外鋼管及下部外鋼管均由Q345鋼材制成，構成所述帶肋外鋼管的所述冷彎內卷邊角鋼由Q235鋼材制成。
[0016]本發明還提供上述可修復自復位式鋼管混凝土柱的實施方法，包括以下步驟:
[0017]I)將內鋼管與底板焊接，將下部外鋼管與底板焊接；
[0018]2)將底板通過螺栓與墊片安裝到基礎上，將下部外鋼管與底板間焊接加勁肋；
[0019]3)在已安裝的下部外鋼管和內鋼管之間灌注混凝土，灌注的高度與已安裝的下部外鋼管平齊；
[0020]4)在已安裝的下部外鋼管上端面焊接整體式法蘭板二；
[0021]5)冷彎內卷邊角鋼上端面、下端面分別與拼接式法蘭板焊接，焊接后，四塊套于內鋼管外側，兩兩焊接形成內部帶肋的帶肋外鋼管和拼接式法蘭板一和拼接式法蘭板二；用螺栓將整體式法蘭板一和整體式法蘭板二分別與焊接后形成拼接式法蘭板一和拼接式法蘭板二連接；
[0022 ] 6)在上部方鋼管與內部圓鋼管之間灌注混凝土。
[0023]本發明還提供上述可修復自復位式鋼管混凝土柱的修復方法，包括以下步驟:
[0024]I)內鋼管自復位后，用千斤頂等承重裝置支撐上部外鋼管；
[0025]2)采用焰切等手段切割冷彎內卷邊角鋼和拼接式法蘭板一和拼接式法蘭板二，去掉連接螺栓，取下冷彎內卷邊角鋼與拼接式法蘭板一，掏出破碎混凝土 ；
[0026]3)將四塊新的冷彎內卷邊角鋼上端面、下端面分別焊接拼接式法蘭板的一部分，焊接后，四塊冷彎內卷邊角鋼套于內鋼管外側且兩兩焊接形成帶肋外鋼管和整個拼接式法蘭板，灌注混凝土填充原破碎混凝土部分，用螺栓將原混凝土柱中整體式法蘭板與焊接后形成拼接式法蘭板連接，完成可修復部位的修復。
[0027]通過預選塑性區的概念，期望將破壞區外移，限制塑性區位置及大小來增強抗震能力，并通過控制橋柱在地震作用時的破壞位置，方便震后橋梁的破壞檢測及維修、加固。根據上述理論原理，本發明提供一種可修復自復位式鋼管混凝土柱，所述可修復鋼管混凝土柱由內、外兩層鋼管組成，內鋼管主要承受豎向荷載，使其在地震作用時始終處于彈性狀態，地震作用后能自動恢復原有形狀，實現自復位，外鋼管主要承受水平荷載，地震作用時，主要承受彎矩與剪力;所述混凝土填充于外鋼管與內鋼管之間；所述外鋼管分為上部外鋼管、下部外鋼管以及連接兩者的帶肋外鋼管;所述上部外鋼管下端面焊接整體式法蘭板一；所述下部外鋼管上端面焊接整體式法蘭板二 ;所述冷彎內卷邊角鋼上端、下端各自與拼接式法蘭板一和拼接式法蘭板二焊接，相鄰冷彎內卷邊角鋼的內卷邊部位和拼接式法蘭板的拼接部位兩兩焊接，形成上端部與下端部焊接有法蘭板的內部帶肋的帶肋外鋼管;所述與上部外鋼管焊接整體式法蘭板一以及與下部外鋼管焊接整體式法蘭板二分別與焊接于帶肋外鋼管兩端的拼接式法蘭板通過螺栓連接。帶肋外鋼管所處區域為混凝土柱的可修復部位，在使用冷彎內卷邊角鋼的柱段因存在焊接拼接以及所用鋼材強度低于其他柱段而形成薄弱區，地震作用時，破壞發生在可修復部位。
[0028]本發明的有益效果主要有以下幾點:
[0029]I)本發明能控制橋柱在地震作用時的破壞部位。避免橋柱破壞發生在基礎與橋柱交接部位，減小了地震破壞時的經濟損失。
[0030]2)本發明通過設置兩層鋼管，內鋼管在地震作用時一直處于彈性狀態，能實現震后橋柱自復位。
[0031]3)本發明能通過冷彎內卷邊角鋼的塑性變形耗散地震作用時的能量，使橋柱具有較高的延性。
[0032]4)本發明運用夾層鋼管混凝土柱，可以根據橋柱剛度的需求，控制內鋼管內部是否灌注混凝土及灌注高度，充分利用材料性能，同時減輕自重，減小對基礎的壓力。
[0033]5)本發明預選破壞區由冷彎內卷邊角鋼焊接后，通過拼接式法蘭板分別與上部、下部外鋼管連接，形成內部帶肋外鋼管柱，可以提高鋼管與混凝土的粘接，提高了組合柱的結構性能，同時在發生塑性破壞后，能拆卸下來，并重新通過冷彎內卷邊角鋼組裝后替換破壞部分，并通過拼接式法蘭板與上部、下部外鋼管連接，實現了橋柱震后的迅速修復。
【附圖說明】
[0034]圖1為本發明提供的可修復自復位式鋼管混凝土柱的結構示意圖。
[0035]圖2為圖1所示混凝土柱上部的剖面結構圖。
[0036]圖3為上部外鋼管與整體式法蘭板一連接處的剖面結構示意圖。
[0037]圖4為冷彎內卷邊角鋼與拼接式法蘭板二連接處的剖面結構示意圖。
[0038]圖5為整體式法蘭板一的結構示意圖。
[0039]圖6為組成拼接式法蘭板二的四分之一圓環的結構示意圖。
[0040]圖7為冷彎內卷邊角鋼的結構示意圖。
[0041 ]圖8為圖1所示混凝土柱下部柱腳剖面結構示意圖。
[0042]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0043]1.上部外鋼管；2.內鋼管；3.混凝土; 4.螺孔一 ；5.螺栓一;6.整體式法蘭板一 ；7.拼接式法蘭板一;8.冷彎內卷邊角鋼;9.螺栓二 ； 10.螺孔二 ； 11.拼接式法蘭板二 ； 12.整體式法蘭板二; 13.下部外鋼管；14.加勁肋；15.螺栓三;16.螺孔三;17.底板。
【具體實施方式】
[0044]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0045]如圖1至圖8所示，本發明提供一種可修復自復位式鋼管混凝土柱，包括內鋼管2、外鋼管和填充于所述內、外鋼管之間的混凝土 3，所述外鋼管由上部外鋼管1、帶肋外鋼管和下部外鋼管13從上至下依次連接而成，所述上部外鋼管I的下端面焊接有整體式法蘭板一6，所述下部外鋼管13的上端面焊接有整體式法蘭板二 12，所述帶肋外鋼管的上端面焊接有拼接式法蘭板一 7，所述帶肋外鋼管的下端面焊接有拼接式法蘭板二 11，所述上部外鋼管I和帶肋外鋼管通過所述整體式法蘭板