CN110359363B - 一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点及方法 - Google Patents

一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点及方法,包括墩柱,所述墩柱的主体由混凝土形成,所述墩柱的下端插入基础中并与基础固定连接,上端与盖梁固定连接;所述墩柱中设有预应力筋,所述墩柱的中心轴线与预应力筋的中心轴线重合,所述预应力筋的下端随墩柱插入基础中,中部设置于墩柱中,上端穿出墩柱并插入盖梁中;所述预应力筋的下端与墩柱黏结并固定,上端与盖梁黏结并固定,中部设置于墩柱的预应力筋孔道中,所述预应力筋孔道的上端贯穿墩柱,下端处于墩柱中;所述预应力筋的下端通过一个锚固件与墩柱固定连接接。本发明能够避免设置体外耗能元件及后张拉施加预应力造成的施工周期长、成本高的缺点;减少墩柱发生脆性破坏的概率。

Description

一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点及方法
技术领域
本发明属于土木工程技术领域,具体涉及一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点及方法。
背景技术
装配式桥梁结构具有工业化程度高、节省材料、现场湿作业量少等优点。对于装配式混凝土桥梁结构来说,墩柱、墩柱-基础节点以及墩柱-盖梁节点的抗震性能及施工效率是其推广应用的关键。
发明人了解到,目前针对可恢复功能的装配式混凝土桥梁结构的研究较少,工程中的桥梁墩柱仍以现浇混凝土为主,缺少成熟、高效的装配式节点构造。同时,现有的等同现浇的装配式墩柱节点构造,在较大地震作用下墩柱柱脚节点极易出现严重的破坏,造成修复困难,甚至难以修复,功能中断时间过长等问题。
发明人认为,现有可恢复功能的装配式桥梁结构具有下述缺点:
1)由于常规的预应力自复位结构采用施工现场后张拉的方法,对施工顺序影响很大,降低了装配式桥梁结构的施工效率。
2)为提高墩柱的耗能能力,通常需设置体外耗能元件,进一步降低了现场装配效率,并且增加了桥梁建造成本。
3)对全长无黏结预应力结构,在地震荷载的反复作用下,预应力筋的锚固体系极易出现疲劳破坏,锚固体系的破坏使得预应力筋无法发挥作用,墩柱结构容易发生脆性破坏甚至造成局部坍塌,给整个结构的安全带来隐患。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,能够避免设置体外耗能元件及后张拉施加预应力造成的施工周期长、成本高的缺点;减少锚固体系因疲劳破坏的概率,进而减少墩柱发生脆性破坏的概率。
本发明的第二目的是提供一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点的施工方法,基于上述部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,指导桥梁墩柱及墩柱与盖梁、基础间的施工。
一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,包括墩柱,所述墩柱的主体由混凝土形成,所述墩柱的下端插入基础中并与基础固定连接,上端与盖梁固定连接。
所述墩柱中设有预应力筋,所述墩柱的中心轴线与预应力筋的中心轴线重合,所述预应力筋的下端随墩柱插入基础中,中部设置于墩柱中,上端穿出墩柱并插入盖梁中;
所述预应力筋的下端与墩柱黏结并固定,上端与盖梁黏结并固定,中部设置于墩柱的预应力筋孔道中,所述预应力筋孔道的上端贯穿墩柱,下端处于墩柱中;所述预应力筋的下端通过第一锚固件与墩柱固定连接,上端通过第二锚固件与墩柱实现临时锚固。
进一步,所述墩柱中设有多根抗震钢筋,所述抗震钢筋为普通强度的钢筋,所述抗震钢筋与预应力筋的轴线平行,抗震钢筋沿预应力筋均布环绕设置,所述抗震钢筋的下端随墩柱插入基础中,上端穿出墩柱并插入盖梁中,所述抗震钢筋与墩柱及盖梁中的混凝土黏结并固定。
进一步,所述墩柱包括从上到下依次设置的上墩柱段、下墩柱段和芯柱段,所述上墩柱段与下墩柱段的横截面积相同,所述芯柱段的横截面积小于上墩柱段;所述下墩柱段插入基础中,所述芯柱段位于基础的上方;所述芯柱段的外部套设有弹性垫层,弹性垫层在中心和周圈抗震钢筋位置处开孔,所述抗震钢筋及芯柱段分别穿过所述弹性垫层。
进一步,所述墩柱的下部设有防压屈套筒,所述防压屈套筒分别套设在抗震钢筋外部,所述防压屈套筒的上端插入弹性垫层上方的上墩柱段中并固定,下端通过弹性垫层下方的下墩柱段实现支撑。
一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点的施工方法,包括以下步骤:
步骤1,墩柱在工厂预制时,将防压屈套筒套设在抗震钢筋下部,在预应力筋外部套设波纹管,将预应力筋和抗震钢筋穿过弹性垫层,多根抗震钢筋之间形成钢筋笼,预应力筋通过第一锚固件及第二锚固件在钢筋笼中预定位,弹性垫层及防压屈套筒在钢筋笼中预定位。
步骤2,在钢筋笼中灌注混凝土以实现墩柱的浇筑,墩柱达到设定强度后,对预应力筋进行张拉,通过第二锚固件与墩柱实现临时锚固。
步骤3,预制盖梁在工厂预制时,应在墩柱中抗震钢筋及预应力筋5投影位置预埋波纹管,并临时封堵,避免盖梁混凝土浇筑时进入波纹管内。
步骤4,现场装配时,将预制墩柱吊放至基础的上端杯口中,墩柱垂直度、处于基础中的位置等满足设计及规范要求后,进行刚性黏结层的施工,形成刚接柱脚。
步骤5,将盖梁吊至墩柱上方,将墩柱中抗震钢筋和预应力筋5插入盖梁预埋的波纹管内,并在盖梁的波纹管内浇筑水泥基灌浆料。
本发明的有益效果:
1)本发明提供的装配式桥梁,现场湿作业量少,并且不需要现场施加预应力,可加快桥梁建造速度,提升桥梁施工质量。
2)预应力筋的张拉在构件预制工厂完成,可有效保障预应力筋张拉施工的质量和效率。同时,由于在施工现场没有预应力张拉作业,降低了现场施工难度,紧后作业不受张拉施工的影响,极大的提高了现场装配施工效率。
3)预应力筋在柱墩中心处设置,并设有黏结段和无黏结段,利用无黏结段预应力筋的高弹性,使柱墩在震后具备自复位能力。同时,由于预应力筋在下端段和盖梁段有黏结,极大的降低了预应力筋在大震作用下由于锚具(夹具)失效带来的风险,避免由于锚具(夹具)失效造成结构的脆性破坏。
4)墩柱底部设置弹性垫层,使柱墩的损伤变形集中于一处,从而减小墩柱在地震作用下的破坏和损伤,有利于震后修复。普通强度的抗震钢筋在基础顶设置防压屈套筒,避免抗震钢筋在地震作用下被压屈,可充分利用普通强度的抗震钢筋延性好的优点,使柱墩在具有低损伤、自复位优点的同时,还具有较好的耗能能力。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例中整体结构的主视图;
图2是图1中A-A视向的剖面视图;
图3是图1中B-B视向的剖面视图;
图4是图1中C-C视向的剖面视图;
图5是本发明实施例中防压屈套筒的剖面视图。
图中,1、墩柱;2、基础;3、盖梁;4、桥面箱梁;5、预应力筋;6、预应力筋孔道;7、弹性垫层;8、防压屈套筒;9、刚性黏结层;10、挤压套筒;11、锚固钢板;12、螺旋箍筋;13、芯柱箍筋;14、抗震钢筋;15、凹槽;16、第二锚固件;17、波纹管;18、灌浆料;19、座浆层;20、芯柱段;
1A、上墩柱段;1B、下墩柱段。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术中所说,现有的装配式柱脚节点以等同现浇的装配式整体混凝土结构为主,以构件的破坏和结构的损伤为代价耗散地震能量,在较大地震作用下构件及节点极易出现严重的破坏,造成修复困难。
需要指出的是,本实施例中的“杯口”指的是杯状的开口,其开口的上端横截面积大于下端横截面积。
本发明的一种典型实施方式中,如图1-5所示,一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱1节点,包括墩柱1,所述墩柱1的主体由混凝土形成,所述墩柱1的下端插入基础2中并与基础2固定连接,上端与盖梁3固定连接;所述墩柱中设有预应力筋5,所述墩柱1的中心轴线与预应力筋5的中心轴线重合,所述预应力筋5的下端随墩柱1插入基础2中,中部设置于墩柱1中,上端穿出墩柱1并插入盖梁3中。
具体的,所述盖梁与墩柱之间设有座浆层19,所述座浆层19由浆料浇筑形成并与盖梁波纹管内灌浆料一同浇筑,座浆层19用于实现盖梁下端面与墩柱上端面之间的连接。
所述预应力筋5的下端与墩柱1黏结并固定,上端与盖梁3黏结并固定,中部设置于墩柱1的预应力筋孔道6中,所述预应力筋孔道6的上端贯穿墩柱1,下端处于墩柱1中;所述预应力筋5的下端通过第一锚固件与墩柱1固定连接,上端通过第二锚固件与墩柱1实现临时锚固。
具体的,所述预应力筋5为高强低松弛钢绞线,在墩柱1底部的预应力筋位置形成内埋固定端,所述的第一锚固件为挤压套筒10,将挤压套筒10套设在内埋固定端外部并通过挤压实现二者的固定。通过挤压套筒10和预应力筋5与混凝土的黏结实现可靠锚固;
第二锚固件16采用锥塞式锚具、支承式锚具、夹片式锚具等锚具实现临时锚固,临时锚固时第二锚固件16设置于墩柱上端的凹槽15中,不浇筑混凝土。预应力筋5应预留出在预制盖梁3内的锚固长度。所述预应力筋5无黏结段孔道采用预埋波纹管成孔。
所述墩柱1中设有多根抗震钢筋14,所述抗震钢筋14与预应力筋5的轴线平行,抗震钢筋14沿预应力筋5均布环绕设置,所述抗震钢筋14的下端随墩柱1插入基础2中,上端穿出墩柱1并插入盖梁3中,所述抗震钢筋14与墩柱1及盖梁3中的混凝土黏结并固定。
具体的,所述抗震钢筋14为普通强度的抗震钢筋14,其延展性好,抗拉能力好,但是抗压能力相对较差,抗震钢筋14的下端一直处于墩柱1中,不穿出墩柱1,因此抗震钢筋14不会直接与基础2接触。抗震钢筋14与墩柱1中及盖梁3中的混凝土黏结以实现固定。
需要指出的是,普通强度的抗震钢筋,其具体强度范围属于本领域公知常识,此处不再赘述。
所述墩柱1包括从上到下依次设置的上墩柱段1A、下墩柱段1B和芯柱段20,所述上墩柱段1A与下墩柱段1B的横截面积相同,所述芯柱段20的横截面积小于上墩柱段;
所述下墩柱段1B插入基础2中,所述芯柱段20位于基础2的上方;
所述芯柱段20的外部套设有弹性垫层7,弹性垫层7在中心和周圈抗震钢筋14位置处开孔,所述抗震钢筋14及芯柱段20分别穿过所述弹性垫层7。
所述墩柱1的下部设有防压屈套筒8,所述防压屈套筒8分别套设在抗震钢筋14外部,所述防压屈套筒8的上端插入弹性垫层7上方的上墩柱段1A中并固定,下端通过弹性垫层7下方的下墩柱段1B实现支撑。
具体的,弹性垫层7的外侧面与上墩柱段1A及下墩柱段1B的外侧面平齐,弹性垫层7能够填充芯柱段20处因横截面积减少而形成的空间。
具体的,墩柱1在弹性垫层7处未设置混凝土,即弹性垫层7上方的墩柱1通过防压屈套筒、弹性垫层7和芯柱段共同承担。弹性垫层7上设有用于抗震钢筋14通过的开孔,抗震钢筋14贯穿整个墩柱1设置。
具体的,防压屈套筒采用无缝钢管截锯,也可采用铸钢套筒或切削加工套筒。套筒与抗震钢筋14之间紧密装配或者注入结构胶实现固定。
所述芯柱段20中设有芯柱箍筋13,所述芯柱箍筋13环绕预应力筋5布置,所述芯柱箍筋13的上端伸入上墩柱段1A,下端伸入下墩柱段1B中。
此处的芯柱箍筋13指的是设置于芯柱段中的箍筋。
所述芯柱段的中心设有通孔,所述预应力筋孔道的下端与芯柱段中的通孔连通。
具体的,弹性垫层7中的底面作为预应力筋5黏结段与无黏结段的分界,弹性垫层7下方的预应力筋5为黏结段,弹性垫层7的开孔处及上方的预应力筋5为无黏结段。
所述墩柱1上端面的中心位置设有凹槽15,所述凹槽15中设有用于固定预应力筋5的第二锚固件。
具体的,此处的第二锚固件为锥塞式锚具、支承式锚具、夹片式锚具等部件,通过锚固件实现预应力筋5顶端与墩柱1间的临时锚固,临时锚固是为了保持预应力筋5的预应力。
具体的,预应力筋下部采用挤压套筒10、锚固钢板11和螺旋箍筋12进行锚固。所述基础2为混凝土结构,基础2的上端设有杯口,所述杯口用于插入墩柱1,所述基础2与墩柱1之间通过刚性黏结层9固定。
需要指出的是,在第一锚固件及第二锚固件16位置均设有锚固钢板11和螺旋箍筋12,其能够加强锚固位置的混凝土结构强度,减少因混凝土破坏造成的锚固失效。
具体的,所述基础2上端的杯口与墩柱1的的中心轴线重合,所述杯口的上端面积大于下端面积,以方便墩柱1的插入。
具体的,在基础2中杯口的内侧壁与杯口的外侧壁之间设置有刚性黏结层9,所述刚性黏结层9采用微膨胀细石混凝土、微膨胀砂浆、无收缩灌浆料18或ECC材料浇筑。
所述盖梁3中设有预留孔道,所述预留孔道用于穿过抗震钢筋14和预应力筋5,所述抗震钢筋14及预应力筋5分别通过灌浆料18与盖梁3固定。
一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱1节点的施工方法,利用了上述部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱1节点,包括以下步骤:
步骤1,墩柱1在工厂预制时,将防压屈套筒8套设在抗震钢筋14下部,在预应力筋5外部套设波纹管,将预应力筋5和抗震钢筋14穿过弹性垫层7,多根抗震钢筋14之间形成钢筋笼,预应力筋5通过第一锚固件及第二锚固件在钢筋笼中预定位,弹性垫层7及防压屈套筒8在钢筋笼中预定位。
步骤2,在钢筋笼中灌注混凝土以实现墩柱1的浇筑,墩柱1达到设定强度后,对预应力筋5进行张拉,通过第二锚固件16和锚固钢板11实现预应力筋5上端与墩柱1的临时锚固。
步骤3,预制盖梁3在工厂预制时,应在墩柱1中抗震钢筋14和预应力筋5的投影位置预埋波纹管17,并临时封堵,避免盖梁3混凝土浇筑时进入波纹管17内。抗震钢筋投影位置指的是在使用时,盖梁3中与墩柱中抗震钢筋在竖直方向的投影重合的部分,该部分用于实现抗震钢筋的安装。
步骤4,现场装配时,将预制墩柱1吊放至基础2的上端杯口中,墩柱1垂直度、处于基础2中的位置等满足设计及规范要求后,进行刚性黏结层9的施工,形成刚接柱脚。
步骤5,将盖梁3吊至墩柱1上方,将墩柱1中抗震钢筋14和预应力筋5插入盖梁3预埋的波纹管17内,并在盖梁3的波纹管17内浇筑高强无收缩的水泥基灌浆料18。
在完成步骤5之后,可以在盖梁3的上部安装桥面箱梁4。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,包括,
墩柱,所述墩柱的主体由混凝土形成,所述墩柱的下端插入基础中并与基础固定连接,上端与盖梁固定连接;
所述墩柱中设有预应力筋,所述墩柱的中心轴线与预应力筋的中心轴线重合,所述预应力筋的下端采用内锚固并随墩柱插入基础中,中部设置于墩柱中,上端穿出墩柱并插入盖梁中;
所述预应力筋的下端与墩柱黏结并固定,上端与盖梁黏结并固定,中部设置于墩柱的预应力筋孔道中,所述预应力筋孔道的上端贯穿墩柱,下端处于墩柱中;
所述预应力筋的下端通过第一锚固件与墩柱固定连接,上端通过第二锚固件与墩柱实现临时锚固;
所述墩柱中设有多根抗震钢筋,所述抗震钢筋与预应力筋的轴线平行,抗震钢筋沿预应力筋均布环绕设置,所述抗震钢筋的下端随墩柱插入基础中,上端穿出墩柱并插入盖梁中,并通过后注浆实现在盖梁内的锚固;
所述墩柱包括从上到下依次设置的上墩柱段、下墩柱段和芯柱段,所述上墩柱段与下墩柱段的横截面积相同,所述芯柱段的横截面积小于上墩柱段;
所述下墩柱段插入基础中,所述芯柱段位于基础的上方;
所述芯柱段的外部套设有弹性垫层,弹性垫层在中心和周圈抗震钢筋位置处开孔,所述抗震钢筋及芯柱段分别穿过所述弹性垫层;
所述墩柱在弹性垫层处未设置混凝土,即弹性垫层上方的墩柱通过防压屈套筒、弹性垫层和芯柱段共同承担;
所述墩柱上端面的中心位置设有凹槽,所述凹槽中设有用于固定预应力筋的第二锚固件。
2.根据权利要求1所述的部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,所述墩柱的下部设有防压屈套筒,所述防压屈套筒分别套设在抗震钢筋外部,所述防压屈套筒的上端插入弹性垫层上方的上墩柱段中并固定,下端通过弹性垫层下方的下墩柱段实现支撑。
3.根据权利要求1所述的部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,所述芯柱段中设有芯柱箍筋,所述芯柱箍筋环绕预应力筋布置,所述芯柱箍筋的上端伸入上墩柱段,下端伸入下墩柱段中。
4.根据权利要求3所述的部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,所述芯柱段的中心设有通孔,所述预应力筋孔道的下端与芯柱段中的通孔连通。
5.根据权利要求1所述的部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,所述基础为混凝土结构,基础的上端设有杯口,所述杯口用于插入墩柱,所述基础与墩柱之间通过刚性黏结层固定。
6.根据权利要求1所述的部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,所述盖梁中设有预留孔道,所述预留孔道用于穿过抗震钢筋和预应力筋,所述抗震钢筋及预应力筋分别通过灌浆料与盖梁固定。
7.一种部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点的施工方法,利用了权利要求1中所述部分黏结预应力装配式自复位桥梁墩柱节点,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,墩柱在工厂预制时,将防压屈套筒套设在抗震钢筋下部,在预应力筋外部套设波纹管,将预应力筋和抗震钢筋穿过弹性垫层,多根抗震钢筋之间形成钢筋笼,预应力筋通过第一锚固件及第二锚固件在钢筋笼中预定位,弹性垫层及防压屈套筒在钢筋笼中预定位;
步骤2,在钢筋笼中灌注混凝土以实现墩柱的浇筑,墩柱达到设定强度后,对预应力筋进行张拉,并通过第二锚固件与墩柱实现临时锚固;
步骤3,预制盖梁在工厂预制时,应在墩柱中抗震钢筋及预应力筋的投影位置预埋波纹管,并临时封堵,避免盖梁混凝土浇筑时进入波纹管内;
步骤4,现场装配时,将预制墩柱吊放至基础的上端杯口中,墩柱垂直度、处于基础中的位置等满足设计及规范要求后,进行刚性黏结层的施工,形成刚接柱脚;
步骤5,将盖梁吊至墩柱上方,将墩柱中抗震钢筋及预应力筋插入盖梁预埋的波纹管内,并在盖梁的波纹管内浇筑水泥基灌浆料。
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