[发明专利]利用内部约束的中空柱单元的模块化柱系统及其建造方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及一种通过在一基础部分和一顶部部分之间堆叠至少一个预制单元而建造的模块化柱系统，以及它的一种建造方法。其中预制单元利用一种事先制造的内部约束(internally confined)的中空柱单元，且牢固地形成预制单元之间的连接部分。这样，因为不使用钢筋和钢筋形式，模块化柱系统实现了短建造周期和经济性，同时实现了对弯矩的高度抗力和预制单元横截面积和自重的减小，从而使模块化柱系统能更容易、更经济地装配，并防止预制件之间的连接部分的脆性断裂。

背景技术

通常，桥梁工事中构建的桥墩是现场浇注的混凝土结构，其中，在现场的基础坑挖掘工作完成后，将混凝土浇入安装有钢筋的模板中，硬化一段预定量时间，从而形成基础部分。

在基础部分硬化后，将钢筋条和钢筋形式安置在硬化的基础部分上，在模板中浇入混凝土并使其硬化形成桥墩。桥墩的上方部分，即支撑桥面的顶部部分，通过将支撑有台架的钢筋形式安置完毕后在第一和第二工序中浇入混凝土形成。从而完成桥墩。

有鉴于此，模板的建立和混凝土硬化后模板的拆除工作需要很长的建造周期和很大的花费。此外，依据建造位置，桥墩会发生问题。例如，在建造高架道路时，桥墩会在施工点周围产生交通堵塞。此外，在工作环境恶劣的情况下，例如在水下作业时，桥墩的建造和管理非常困难，因而增加了错误建造的可能性。

考虑到这些方面，已经开始以构造包括在地下的基础坑挖掘的建造基础部分然后制造并作为一个单元结构装配桥墩的方法在现场建造桥墩。

为了实现模块化桥墩建造的优点，因为作为各自的单元以预制的方式制造的结构，即预制单元在工厂中制造，这有利于控制混凝土的质量。另外，因为预制单元为连续制造，而有利于控制人力和形状。此外，因为预制单元可以与基础部分的建造一起制造，与现场浇注方法相比，有可能减少建造周期。

以这种方式，利用预制单元建造的模块化桥墩公开在专利号为10-99113的韩国专利(题为“模块化桥墩和柱结构及其建造方法”)中。

在该文件中，依据桥墩的高度制造多个横截面为球形、圆形或卵形的预制单元。在这些预制单元中，上方预制单元在其下端具有一凸形，而相应于上方预制单元的下方预制单元在其上端具有一凹形。然后，装配上方预制单元和下方预制单元。凸形部分和凹形部分在五个不同的位置设有适于当对上方预制单元施加弯矩时传递压力、张力、轴向力以及剪切力的抗剪键。抗剪键以从外面通过注射孔将灌浆注入其中央的抗剪键凹槽的建造方法装配。

模块化桥墩的上述建造的特点是在现场作为一个单元结构直接装配和建造桥墩结构，以及单元坚固地耐受经由抗剪键传递至那里的分力，所述抗剪键结合灌浆的注入被安装在不同的方向上。

然而，当建造这种桥墩时，为了制造具有凸形和凹形的制造单元而建立模板比较困难。实际上，由于其自重，由混凝土制成的预制单元不得不由起重机抬升，所以，当建造高的桥墩时，极大地增加了待制造的预制单元的数目。

同时，桥梁的桥墩用于当作用力向下传递时承受其上方结构的负载，并用作抵抗诸如地震的横向负载的主要部件。因此，桥墩应该设计成可以抗垂直负载、横向负载、弯矩等等。

考虑到这点，桥墩的设计基于塑胶铰链的概念，塑胶铰链能使核心混凝土抵抗强大的压缩形变而具有耗散能量的能力。这意味着桥墩具有延展性，能使可塑性形变抵抗不断的负载而不至于显著地降低抗应力或刚性。

在防地震设计中考虑的响应修正系数收到这种延展性能力的极大影响。在桥梁中，桥墩的延展能力占了整个桥梁的延展能力的大部分。

目前，道路和铁路桥的设计标准规定了横向钢筋比例，以保证地震和横向负载的桥墩塑胶铰链部分的延展能力。基于横向钢筋比例，具有实心剖面的钢筋混凝土桥墩被广泛地建造，且具有良好的负载支撑能力。

然而，实心剖面的钢筋混凝土桥墩具有许多缺点：它由于自重很难用于基础部分遇到结构问题的现场，且由于增加了混凝土材料的费用，在经济上不利，以及由于当浇注混凝土时水合热的产生，具有发生裂缝的可能性。

由于这个原因，尽管具有建造费用方面的某些缺点，人们开始关注具有良好的延展能力和较短的建造周期的钢制桥墩。

然而，钢制桥墩的宽度通常比构成桥墩的桥面的厚度相对要大，因而在地震发生时，具有易于发生局部扭曲的问题。