CN104164834A - 摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置。取消传统节段拼装桥墩连接装置中的预应力筋。采用钢管混凝土的形式对连接区域进行局部加固。连接的两端钢管混凝土钢管分别采用直径较大的外套管和直径略小的内套管。节段拼接时内外钢管套接，在内钢管和外钢管之间打入自锁销，使内外套管之间形成摩擦自锁，保证节段之间的紧密连接。通过合理设计外套管厚度和自锁销坡度，可以使连接结构在多遇地震时保持弹性，而在罕遇地震时发生滑动摩擦，耗散地震能量。

Description

摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置

技术领域

本发明涉及一种预制节段拼装桥墩连接，适用于各种有快速建造需求的桥梁工程。

技术背景

随着城市交通和跨海大桥建设的推进，对有限场地内桥梁快速建设的需求逐步增加。而传统的现浇混凝土桥梁建造方法不可避免地需要等待混凝土凝结，导致工期较长。而且现浇混凝土质量受现场环境影响，难以保证在恶劣环境下的耐久性能。预制拼装技术是解决这一矛盾的可行手段。目前桥梁上部结构的预制技术已经趋于成熟，而桥梁下部结构特别是墩柱的预制拼装技术应用较少。在国内已应用该技术的工程实例有东海大桥、杭州湾大桥等，都位于低烈度区域。由于节段连接装置的抗震性能尚有待研究，限制了该技术在高烈度区的应用。

对于节段拼接桥墩的抗震性能，国内外学者进行了大量的研究。研究证明合理的设计节段连接能使节段拼装桥墩获得常规桥墩没有的抗震特性，其中重要的一点就是节段拼装桥墩具有自我复位能力。在1995年日本阪神地震中，有约1/5的常规钢筋混凝土桥梁损伤程度尚未达到重建的程度，但由于残余位移过大而无法继续使用。在阪神地震后，日本对桥梁抗震设计做了严格的规定：并将残余位移与地震荷载下的最大位移一起作为验算要求加入到规范之中。虽然我国规范尚未将残余位移列入验算要求，但是抗震性能设计已经成为趋势。所以预制节段拼装桥墩的自我复位能力尤为可贵。

已有的预制桥墩连接装置基本都采用贯通墩柱全长各个节段的无粘结预应力筋保证拼接缝在地震等水平作用力下的承载性能。而该技术使得桥墩除了承受桥梁上部结构传来的重力外还要承受额外的预应力荷载。为了保证节段混凝土在抵抗地震作用时不至于被严重压碎，须采用钢管或FRP材料对整段节段进行加固或采用高标号特种混凝土，导致造价较高。而且仅设置无粘结预应力筋的节段连接耗能性能较差，为了保证连接的耗能性能通常需要保证一定数量的耗能钢筋穿过拼接缝。但耗能钢筋会增大残余位移，减弱节段拼装桥墩的自复位性能，并导致施工较为麻烦。

发明内容

本发明意在提供一种有较强耗能性能和自复位能力兼顾施工方便和造价低廉的新型桥墩节段连接装置。利用本发明，可以克服传统连接存在的上述不足。

具体技术方案如下：

摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，包括外套管(1)、内套管(2)、内自锁销(3)，以及外自锁销(4)。内套管(2)作为预埋件浇筑于上预制节段下端，形成钢管混凝土，外套管(1)同样作为预埋件浇筑于下预制节段上端，且外套管(1)距端部留有一段中空与内套管(2)套接。内套管(2)与外套管(1)之间通过内自锁销(3)和外自锁销(4)连接，内自锁销(3)和外自锁销(4)之间形成摩擦自锁。

所述的外自锁销(4)和内自锁销(3)为高强度的楔形块。

外套管(1)的厚度在5-20mm范围内。

内自锁销(3)的坡度在在5度到40度范围内，外自锁销(4)的坡度在5度到40度范围内。

外套管(1)外包覆FRP材料，提高环向约束能力。

内套管与外套管对核心混凝土起到约束作用，对本发明所述连接装置范围内的节段局部加强。内套管与外套管之间通过内自锁销和外自锁销形成摩擦自锁保证连接可靠。

有益效果

首先，发生罕遇地震时内外自锁销之间发生摩擦参与耗能，耗能机制明确，设计理论简单朴素，非常有利于投入实用。而且作为摩擦耗能装置，由于摩擦面只在发生地震提供耗能时被压紧，所以不存在紧固件松弛和摩擦面相互渗透导致耗能性能不稳定的问题，保证装置实际耗能性能稳定可靠。其次，加载时耗散能量的摩擦力随着位移的增大而增大，使滞回曲线趋于饱满，获得较强的耗能性能。同时保证连接装置的响应进入非线性之后刚度始终为正，不会突然丧失承载能力。而卸载时摩擦力随着位移趋于零点逐渐减小，使桥墩可以在上部结构重力的作用下自行复位。滞回曲线趋于理想的旗帜形，残余位移较小。再次，取消了传统连接中的预应力筋，桥墩不再同时承受上部结构重力和竖向预应力。仅需要针对连接区域局部加固，非连接区域的桥墩截面无需设计特殊材料和截面，一定程度上降低造价。最后，节段之间采用自锁销摩擦自锁连接，除了吊装外仅需轻便工具即可完成安装，没有张拉竖向预应力筋等工序，现场安装方便。

附图说明

图1本发明所述连接装制示意图，

图2预制拼装桥墩摩擦自锁连接装制实例纵剖面图，

图3预制拼装桥墩摩擦自锁连接装制实例横剖面图。

其中，1、外套管，2、内套管，3、内自锁销，4、外自锁销，5上预制节段，6、下预制节段，7、纵筋，8、橡胶垫环，9、注浆管，10、密封环

具体实施方式

以下结合实例作进一步详述。具体实例如图2、图3所示。图中包括外套管、内套管、内自锁销、外自锁销、上预制节段、下预制节段、纵筋、橡胶垫环、注浆管、密封环。为方便说明拼装过程以下将位于正在拼装的连接上方的预制节段称为上预制节段，将位于正在拼装的连接下方的预制节段称为下预制节段。

混凝土预制节段采用圆形截面。内套管和外套管为大口径钢管。浇筑混凝土上预制节段时将内套管预埋于上预制节段下端。外套管预埋于下预制节段上端，分别形成局部钢管混凝土构造，加固混凝土上、下预制节段端部。上预制节段内纵筋下端焊接于内套管外侧，下预制节段内纵筋上端焊接于外套管内侧，保证连接牢固同时作为内自锁销、外自锁销的定位措施。

内套管直径比上预制节段外径稍小，外套管直径与混凝土下预制节段直径相同。

施工时吊装上预制节段，使内套管与外套管套接，上预制节段的底面放置在下预制节段的顶面上。上预制节段底面上带有的橡胶垫环具有一定弹性，使上预制节段与下预制节段在存在一定制造误差的情况下也能保证轴线重合安装。在完成上预制节段进行垂直度矫正后，在外套管和内套管之间打入多对自锁销，使连接牢固。然后通过注浆管向橡胶垫环内的空腔中注入环氧树脂砂浆找平偏差，并防止橡胶垫环在上预制节段承担后续荷载时被压缩使外自锁销和内自锁销发生松动。再用密封环封闭外套管和内套管之间的缝隙。防止灰尘与水汽进入污染外自锁销和内自锁销之间的摩擦面，保证装置耗能性能稳定。最后用防水砂浆覆盖外露的内套管，填至桥墩外径抹平，保证连接外表美观和使用耐久性。

每对自锁销包含外自锁销和内自锁销，分别贴着外套管和内套管，朝向相对打入外套管和内套管之间的间隙。外自锁销和内自锁销为高强度的楔形块，与外套管和套管接触的面上横向刻痕并淬火，保证受压后刻入外套管和内套管管壁不发生滑动。外自锁销和内自锁销之间的接触面为设计摩擦面。

本例中外套管采用20mm厚、外径1200mm钢管，外粘贴5mmFRP材料提高外套管的环向约束能力，并同时解决外露外套管的防腐耐久问题。内套管采用10mm厚、外径1080mm钢管。自锁销采用45号工具钢并淬火，坡度为10度。

在正常使用无横向作用时，由上预制节段的底面和下预制节段的顶面接触传递竖向轴力，承载上部结构重力。

在汽车制动力、风荷载和多遇地震等横向作用下，连接装置承受弯矩。截面受拉一侧的内自锁销在内套管传来的弯矩作用下形成向上运动的趋势，但是由于内自锁销和外自锁销之间的接触面有一定坡度，内自锁销向上的运动趋势使接触面之间产生接触力增大的趋势，阻止接触面滑动，形成摩擦自锁。保证连接装置的响应为线性。

在罕遇地震作用下。外套管在截面受拉一侧的内自锁销传来的接触压力下发生环向变形，截面受拉一侧的内自锁销在内套管传来的弯矩作用下向上运动。但是随着滑动距离的增大外套管的约束力增大，进而使摩擦力随之相应增大。保证了连接装置进入非线性后刚度依然为正，不至于突然丧失承载能力。卸载时复位力会随着位移趋于平衡位置逐渐减小，而连接装置阻止复位的摩擦力也会随着位移减小而减小，不会使结构产生较大的残余位移，具有较强的自复位能力。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，其特征在于：包括外套管(1)、内套管(2)、内自锁销(3)，以及外自锁销(4)，内套管(2)置于外套管(1)内，且内套管(2)与外套管(1)之间通过内自锁销(3)和外自锁销(4)连接，内自锁销(3)和外自锁销(4)之间形成摩擦自锁。

2.根据权利要求1所述的摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，其特征在于：所述的外自锁销(4)和内自锁销(3)为高强度的楔形块。

3.根据权利要求1所述的摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，其特征在于：外套管(1)的厚度在5‐20mm范围内。

4.根据权利要求1所述的摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，其特征在于：内自锁销(3)的坡度在5度到40度范围内，外自锁销(4)的坡度在5度到40度范围内。

5.根据权利要求1所述的摩擦自锁式预制节段拼装桥墩连接装置，其特征在于：外套管(1)外包覆FRP材料，提高环向约束能力。