一种钢柱-混凝土基础用预埋法兰、连接结构及施工方法与流程

1.本发明属于桥梁领域，涉及钢柱与混凝土基础的连接，具体涉及一种钢柱-混凝土基础用预埋法兰、连接结构及施工方法。


背景技术：

2.目前城市桥梁下部结构施工仍以现场浇筑为主，由于施工工艺比较落后，施工周期较长，造成了大量交通拥堵、环境污染等制约经济和社会发展的问题，给城市交通和居民生活带来了一系列问题。装配式下部结构有着施工高效、工业化程度高，绿色环保、经济性好等显著优点而被国家所倡导。目前我国城市桥梁上部结构较多地实现了预制装配化施工，并且其生产安装己初步形成产业化，而桥梁下部结构的装配化仍处在起步发展阶段。
3.现有桥梁下部结构的装配化开始实施，且均为混凝土下部结构的装配化，其墩柱与基础的连接采用以下三种方法实现：1、有粘结后张预应力筋联接构造；2、灌浆金属波纹管连接构造；3、灌浆套筒连接构造。第一种方法导致墩身造价相对传统现浇混凝土桥墩要高许多，施工工艺复杂，且施工时间较长；第二种方法目前国外已有少数桥梁使用，高地震危险区域内应用较少，其抗震性能需研究；第三种方法造价略高，国外已有少数桥梁使用，正常使用条件下的力学性能与传统现浇混凝土桥墩类似，抗震性能需研究，且以上三种方法施工工艺复杂，装配化施工速度慢。
4.以上三种方法均为混凝土墩柱与基础的连接，未能解决钢柱与混凝土基础的连接问题，随着我国钢材产量和质量的提高，钢柱所具有的轻质高强且绿色环保可回收便于运输等优点尤为突出，更应该用于装配式结构，而我国对钢柱与混凝土基础的连接还未能提出可靠的方法，因此本发明提出了一种用于钢柱-混凝土基础连接用开孔加劲板预埋法兰及其施工方法，可解决钢柱与混凝土基础的连接问题，加快装配化施工速度。


技术实现要素：

5.为了解决了现有技术中存在的问题，本发明公开了一种用于钢柱-混凝土基础连接用开孔加劲板预埋法兰及其施工方法，可以有效的连接钢柱与混凝土基础，保证其受力性能，有效实现钢柱与混凝土基础的装配化施工。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，包括预埋钢板法兰和多个pbl开孔加劲板，pbl开孔加劲板沿预埋钢板法兰周向均匀布置，pbl开孔加劲板垂直焊接在预埋钢板法兰的下表面，预埋钢板法兰和pbl开孔加劲板的焊缝强度高于母材强度，预埋钢板法兰中部开孔；预埋钢板法兰整体为矩形或圆形；预埋钢板法兰中心开孔，开孔形状与预埋钢板法兰形状相同。
7.预埋钢板法兰的一周布置有多个竖向的连接钢筋。
8.pbl开孔加劲板外侧布置多条横向的箍筋。
9.本发明也提供一种钢柱-混凝土基础连接结构，基于本发明所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，独柱钢墩与桩基连接，预埋钢板法兰整体为圆形，预埋钢板法兰与桩基主
筋固定连接，pbl开孔加劲板伸入桩基上部，钢柱底部与法兰钢板顶部固定连接。
10.桩顶以下0.5m长的桩基、预埋法兰钢板、独柱钢墩地面以下埋置段在长效防腐的基础上整体外包两层sbs改性沥青防水卷材。
11.本发明钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，包括以下步骤：
12.步骤1，桩基3顶部2m范围内先期不浇筑，待桩基3检测合格后，凿除顶面浮浆，拉毛吹净；
13.步骤2，将预埋法兰钢板101焊接固定在桩基主筋4上，预埋法兰钢板101及pbl开孔加劲板102工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范，探伤合格后进入下道工序；
14.步骤3，支模，后浇桩基3顶部2m范围内桩基混凝土，浇筑过程中保证预埋钢法兰板101顶部水平，振捣密实；
15.步骤4，对桩基、预埋法兰钢板101以及立柱地面以下埋置段进行防水防腐；
16.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，独柱钢墩底部与法兰钢板101顶部进行开坡口焊接。
17.本发明还提供一种钢柱-混凝土基础连接结构，基于本发明所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，钢墩与承台连接，预埋钢板法兰整体为矩形，预埋钢板法兰连接承台的顶层钢筋网，pbl开孔加劲板整体伸入承台，钢墩底部的外表面钢板与预埋钢板法兰固定连接，钢墩内部浇注混凝土。
18.预埋钢板法兰上开设多个预埋钢筋孔，预埋连接钢筋穿过预埋钢筋孔预埋在承台中，在预埋钢板法兰上焊接固定，预埋钢筋上部伸入钢墩中。
19.本发明所述钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，包括以下步骤：
20.步骤1，预埋钢板法兰及pbl开孔加劲板工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范探伤合格；
21.步骤2，预埋钢板法兰开一圈钢筋孔，在预埋钢板法兰上焊接固定，然后将开孔加劲板预埋法兰焊接固定在顶层钢筋网上；
22.步骤3，将预埋连接钢筋穿过预埋钢板法兰预埋在承台内，在预埋钢板法兰上焊接固定；
23.步骤4，支模，浇筑承台，浇筑过程中在法兰钢板中央开孔部位振捣密实，确保预埋钢板法兰顶部水平，预埋钢板法兰顶面与承台混凝土顶面平齐；
24.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，在钢墩底部的外表面钢板与预埋钢板法兰顶部进行开坡口焊接，然后在预制钢墩底部第一节段顶灌注混凝土，漫过预埋钢筋。
25.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：施工速度快，装配化程度高，为钢柱-混凝土基础连接创造了连接面，成功解决了装配化钢柱与混凝土基础的连接问题，这是传统的装配化墩柱与基础的连接三大方法中不能实现的；根据相关研究(有限元模拟及理论研究)表明，pbl剪力键在钢混组合结构中的结构静力、疲劳性能以及抗滑移性能都优于剪力钉和普通钢筋，尤其对于钢柱与混凝土基础连接过渡处本处于潜在塑性铰区(如墩底位置)，在钢材和混凝土材料在弹性模量、泊松比、线膨胀系数等内在差异下，本会使得该处结构受力及变形要求更高更易发生应力突变和应力集中，钢法兰承压板与pbl剪力键形成的基础连接结构其应力过渡更为平缓，剪力传递效率较以上三种传统墩柱连接方法更高，其抗剪抗震性能更优，施工速度更快，装配化程度更高，提高了钢混连接的承载力及安
全系数。
26.进一步的，在开孔pbl加劲板的作用下，采用将连接装置与基础一体浇筑有效的提高了连接装置与混凝土的粘结力，使连接装置更加稳定。
27.进一步的，桩基通过预留钢筋，实现连接件、新旧混凝土的结合；承台通过植筋后浇筑墩底混凝土加强钢墩与承台的内混凝土的连接，有效提高了墩底(塑性铰区)截面抗力。
28.进一步的，该装置中开洞法兰钢板截面形式灵活，根据墩底截面或承台截面进行调整，以避免pbl剪力键在环向布置时与墩内或承台内钢筋发生冲突，影响结构受力性能。
29.进一步的，相比于采用大量钢套筒后压浆技术实现混凝土墩柱与基础间的连接，pbl连接件更省钢材，降低造价，不仅能实现混凝土墩柱与基础间的连接，更适用于钢柱与混凝土基础间的连接，应用范围更广。
附图说明
30.图1为本发明一种可实施的独柱钢墩与桩基连接开孔加劲板预埋法兰图。
31.图2为本发明一种可实施的钢柱与桩接头大样图。
32.图3为本发明一种可实施的钢柱与桩接头断面图。
33.图4为本发明一种可实施的pbl开孔加劲板大样图。
34.图5为本发明一种可实施的钢墩与承台连接开孔加劲板预埋法兰图。
35.图6为本发明一种可实施的钢墩与承台连接立面图。
36.图7为本发明一种可实施的钢墩与承台连接开孔加劲板预埋法兰平面图。
37.图8为本发明一种可实施的钢墩墩底截面图。
38.附图中，101-预埋钢板法兰，102-pbl开孔加劲板，103-预埋钢筋孔，3-桩基，4-桩基纵向主筋，5-桩基箍筋，6-钢墩外表面钢板，7-钢墩加劲板，8-承台，9-预埋钢筋，10-混凝土。
具体实施方式
39.遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
40.参考图1和图4，一种钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，包括预埋钢板法兰101和多个pbl开孔加劲板102，pbl开孔加劲板102沿预埋钢板法兰101周向均匀布置，pbl开孔加劲板102垂直焊接在预埋钢板法兰101的下表面，预埋钢板法兰101和pbl开孔加劲板102的焊缝强度高于母材强度，预埋钢板法兰101中部开孔；预埋钢板法兰101整体为矩形或圆形；预埋钢板法兰101中心开孔，开孔形状与预埋钢板法兰101形状相同。
41.预埋钢板法兰101的一周布置有多个竖向的连接钢筋9。
42.pbl开孔加劲板102外侧布置多条横向的箍筋。
43.本发明也提供一种钢柱-混凝土基础连接结构，基于本发明所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，独柱钢墩与桩基连接，预埋钢板法兰101整体为圆形，预埋钢板法兰101与桩基主筋4固定连接，pbl开孔加劲板102伸入桩基上部，钢柱底部与法兰钢板101顶部固定
连接。
44.桩顶以下0.5m长的桩基、预埋法兰钢板101、独柱钢墩地面以下埋置段在长效防腐的基础上整体外包两层sbs改性沥青防水卷材。
45.本发明钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，包括以下步骤：
46.步骤1，桩基3顶部2m范围内先期不浇筑，待桩基3检测合格后，凿除顶面浮浆，拉毛吹净；
47.步骤2，将预埋法兰钢板101焊接固定在桩基主筋4上，预埋法兰钢板101及pbl开孔加劲板102工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范，探伤合格；
48.步骤3，支模，后浇桩基3顶部2m范围内桩基混凝土，浇筑过程中保证预埋钢法兰板101顶部水平，振捣密实；
49.步骤4，对桩基、预埋法兰钢板101以及立柱地面以下埋置段进行防水防腐；
50.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，独柱钢墩底部与法兰钢板101顶部进行开坡口焊接。
51.本发明还提供一种钢柱-混凝土基础连接结构，基于本发明所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，钢墩与承台连接，预埋钢板法兰101整体为矩形，预埋钢板法兰101连接承台8的顶层钢筋网，pbl开孔加劲板102整体伸入承台8，钢墩底部的外表面钢板6与预埋钢板法兰101固定连接，钢墩内部浇注混凝土；参考图7和图8，
52.预埋钢板法兰101上开设多个预埋钢筋孔103，预埋连接钢筋9穿过预埋钢筋孔103预埋在承台8中，在预埋钢板法兰101上焊接固定，预埋钢筋9上部伸入钢墩中。
53.本发明所述钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，包括以下步骤：
54.步骤1，预埋钢板法兰101及pbl开孔加劲板102工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范探伤合格；
55.步骤2，预埋钢板法兰101开一圈钢筋孔103，在预埋钢板法兰101上焊接固定，然后将开孔加劲板预埋法兰焊接固定在顶层钢筋网上；
56.步骤3，将预埋连接钢筋9穿过预埋钢板法兰101预埋在承台8内，在预埋钢板法兰101上焊接固定；
57.步骤4，支模，浇筑承台8，浇筑过程中在法兰钢板中央开孔部位振捣密实，确保预埋钢板法兰101顶部水平，预埋钢板法兰101顶面与承台混凝土顶面平齐；
58.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，在钢墩底部的外表面钢板6与预埋钢板法兰101顶部进行开坡口焊接，然后在预制钢墩底部第一节段顶灌注混凝土10，漫过预埋钢筋9。
59.如图1、图2所示，一种用于钢柱-混凝土基础连接用开孔加劲板预埋法兰，设计有独柱钢墩与桩基连接开孔加劲板预埋法兰1和钢墩与承台连接开孔加劲板预埋法兰2。其中，所述独柱钢墩与桩基连接开孔加劲板预埋法兰1包括一个开孔预埋钢板法兰101和多个pbl开孔加劲板102；pbl开孔加劲板102焊接在开孔预埋钢板法兰101的下表面，pbl开孔加劲板102上开设多个预埋钢筋孔103；
60.参考图1、图2和图3，用于钢柱-混凝土基础连接用开孔加劲板预埋法兰的施工方法，包括以下步骤：
61.所述独柱钢墩与桩基的连接用开孔加劲板预埋法兰及其施工方法具体施工步骤
如下：
62.步骤1，桩基3顶部2m范围内先期不浇筑，待桩基超声波检测通过后，凿除顶面浮浆，拉毛吹净；
63.步骤2，将预埋钢板法兰101焊接固定在桩基主筋4上，预埋钢板法兰101及其pbl开孔加劲板102工厂整体预制，要求焊缝强度高于母材并按规范进行超声波探伤合格。
64.步骤3，支模，后浇桩基3顶部2m范围内桩基混凝土。浇筑过程中保证预埋钢法兰板101顶部水平，振捣密实。
65.步骤4，桩顶以下0.5m长桩基、桩顶预埋钢板法兰101、立柱地面以下埋置段(如有石材装修则包于装修外侧)在长效防腐的基础上整体外包两层sbs改性沥青防水卷材，防水卷材使用寿命及更换周期根据设计要求防水等级选定。
66.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，钢柱底部与预埋钢板法兰101顶部进行开坡口焊接。
67.参考图5和图6(图中未体现横向箍筋)，所述钢墩与混凝土承台的连接用开孔加劲板预埋法兰及其施工方法具体施工步骤如下：
68.步骤1，周围pbl开孔加劲板102焊接在预埋钢板法兰101四周，预埋钢板法兰101及其pbl开孔加劲板102工厂整体预制，要求焊缝强度高于母材并按规范进行超声波探伤合格。
69.步骤2，预埋钢板法兰101开一圈钢筋孔103，在预埋钢板法兰101上焊接固定，然后将开孔加劲板预埋法兰焊接固定在顶层钢筋网上；
70.步骤3，将预埋连接钢筋9长度的一半左右穿过预埋钢板法兰101预埋在承台8内，在预埋钢板法兰101上焊接固定；
71.步骤4，支模，浇筑承台8。浇筑过程中可在法兰钢板中央开孔部位振捣密实，注意保证预埋钢板法兰101顶部水平，保证预埋钢板法兰101顶面与承台混凝土顶面平齐。
72.步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，在钢墩底部的外表面钢板6与法兰钢板顶部进行开坡口焊接，然后预制钢墩底部第一节段顶灌注混凝土10，漫过预埋钢筋9。

技术特征：
1.一种钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，其特征在于，包括预埋钢板法兰(101)和多个pbl开孔加劲板(102)，pbl开孔加劲板(102)沿预埋钢板法兰(101)周向均匀布置，pbl开孔加劲板(202)垂直焊接在预埋钢板法兰(101)的下表面，预埋钢板法兰(101)和pbl开孔加劲板(202)的焊缝强度高于母材强度，预埋钢板法兰(101)中部开孔；预埋钢板法兰(101)整体为矩形或圆形；预埋钢板法兰(101)中心开孔，开孔形状与预埋钢板法兰(101)形状相同。2.根据权利要求1所述的钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，其特征在于，预埋钢板法兰(101)的一周布置有多个竖向的连接钢筋(9)。3.根据权利要求1所述的钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，其特征在于，pbl开孔加劲板(202)外侧布置多条横向的箍筋。4.一种钢柱-混凝土基础连接结构，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，独柱钢墩与桩基连接，预埋钢板法兰(101)整体为圆形，预埋钢板法兰(101)与桩基主筋(4)固定连接，pbl开孔加劲板(102)伸入桩基上部，钢柱底部与法兰钢板(101)顶部固定连接。5.根据权利要求4所述的钢柱-混凝土基础连接结构，其特征在于，桩顶以下0.5m长的桩基、预埋法兰钢板(101)、独柱钢墩地面以下埋置段在长效防腐的基础上整体外包两层sbs改性沥青防水卷材。6.权利要求5所述钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，桩基(3)顶部2m范围内先期不浇筑，待桩基(3)检测合格后，凿除顶面浮浆，拉毛吹净；步骤2，将预埋法兰钢板(101)焊接固定在桩基主筋(4)上，预埋法兰钢板(101)及pbl开孔加劲板(102)工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范，探伤合格后进入下道工序；步骤3，支模，后浇桩基(3)顶部2m范围内桩基混凝土，浇筑过程中保证预埋钢法兰板(101)顶部水平，振捣密实；步骤4，对桩基、预埋法兰钢板(101)以及立柱地面以下埋置段进行防水防腐；步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，独柱钢墩底部与法兰钢板(101)顶部进行开坡口焊接。7.一种钢柱-混凝土基础连接结构，其特征在于，基于权利要求1-3中任一项所述钢柱-混凝土基础连接用预埋法兰，钢墩与承台连接，预埋钢板法兰(101)整体为矩形，预埋钢板法兰(101)连接承台(8)的顶层钢筋网，pbl开孔加劲板(102)整体伸入承台(8)，钢墩底部的外表面钢板(6)与预埋钢板法兰(101)固定连接，钢墩内部浇注混凝土。8.根据权利要求7所述的钢柱-混凝土基础连接结构，其特征在于，预埋钢板法兰(101)上开设多个预埋钢筋孔(103)，预埋连接钢筋(9)穿过预埋钢筋孔(103)预埋在承台(8)中，在预埋钢板法兰(101)上焊接固定，预埋钢筋(9)上部伸入钢墩中。9.权利要求8所述钢柱-混凝土基础连接结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，预埋钢板法兰(101)及pbl开孔加劲板(102)工厂整体预制，焊缝强度高于母材并按规范探伤合格；步骤2，预埋钢板法兰(101)开一圈钢筋孔(103)，在预埋钢板法兰(101)上焊接固定，然后将开孔加劲板预埋法兰焊接固定在顶层钢筋网上；步骤3，将预埋连接钢筋(9)穿过预埋钢板法兰(101)预埋在承台(8)内，在预埋钢板法
兰(101)上焊接固定；步骤4，支模，浇筑承台(8)，浇筑过程中在法兰钢板中央开孔部位振捣密实，确保预埋钢板法兰(101)顶部水平，预埋钢板法兰(101)顶面与承台混凝土顶面平齐；步骤5，待混凝土满足设计强度要求后，在钢墩底部的外表面钢板(6)与预埋钢板法兰(101)顶部进行开坡口焊接，然后在预制钢墩底部第一节段顶灌注混凝土(10)，漫过预埋钢筋(9)。

技术总结
本发明公开了一种钢柱-混凝土基础用预埋法兰、连接结构及施工方法，包括预埋钢板法兰和多个PBL开孔加劲板，PBL开孔加劲板沿预埋钢板法兰周向均匀布置，PBL开孔加劲板垂直焊接在预埋钢板法兰的下表面，预埋钢板法兰和PBL开孔加劲板的焊缝强度高于母材强度，预埋钢板法兰中部开孔；预埋钢板法兰整体为矩形或圆形；预埋钢板法兰中心开孔，开孔形状与预埋钢板法兰形状相同；施工速度快，装配化程度高，钢法兰承压板与PBL剪力键形成的基础连接结构其应力过渡更为平缓，剪力传递效率较以上三种传统墩柱连接方法更高，其抗剪抗震性能更优，为钢柱-混凝土基础连接创造连接面，是传统的装配化墩柱与基础的连接三大方法中不能实现的。配化墩柱与基础的连接三大方法中不能实现的。配化墩柱与基础的连接三大方法中不能实现的。


技术研发人员：龙刚 封伟 高中俊 王社平 刘耀荣 吴峰 郭强 樊泽 付诚俊 戚圣强
受保护的技术使用者：西安市政设计研究院有限公司
技术研发日：2021.11.30
技术公布日：2022/3/8