CN110629664A - 一种预制拼装uhpc格构式桥梁墩柱结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱组合结构及施工方法，结构包括柱顶结构、承台，墩柱由数个UHPC柱体拼装组合而成，UHPC柱体顶部穿入柱顶结构预制孔内固定、底部穿入承台预制孔内固定；各UHPC柱体间通过预制的水平设置的柱体间连接构件固定连接为一体。本发明可以解决现有预制混凝土桥墩吊装重量大，施工困难；施工质量难以控制，可检性差；抗震性能不明确；耐久性差的技术问题。

Description

一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及预制拼装桥墩体系，尤其是一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构及其施工方法。

背景技术

传统的桥梁下部结构主要采用的混凝土现浇的施工工艺，该工艺施工周期长、人工投入多、对现况交通及环境影响大，为缓解上述问题，预制拼装桥梁技术开始在桥梁建设中得到应用和发展。

目前，国内外预制拼装技术的研究和应用主要集中于上部结构，对下部结构预制拼装技术的实际应用还不太普遍，主要采用的结构形式还是钢筋混凝土结构，且大都位于非抗震区或中低烈度区。预制混凝土桥墩的主要问题有：吊装重量大，施工困难；施工质量难以控制，可检性差；抗震性能不明确；耐久性差。这一系列问题制约了该类结构的大范围应用。因此，如何能提供一种质量易保证、吊装重量小、抗震性能好的预制桥墩，将进一步拓展预制拼装桥墩结构的应用范围，尤其是在高烈度区的应用。

发明内容

为了克服上述技术的缺陷和不足，本发明提供了一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构及其施工方法，以解决现有预制混凝土桥墩吊装重量大，施工困难；施工质量难以控制，可检性差；抗震性能不明确；耐久性差的技术问题。

本发明采用以下的技术方案：

一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱组合结构，包括柱顶结构、承台，

所述墩柱由数个UHPC柱体拼装组合而成，所述UHPC柱体顶部穿入所述柱顶结构预制孔内固定、底部穿入所述承台预制孔内固定；各所述UHPC柱体间通过预制的水平设置的柱体间连接构件固定连接为一体。

所述组合墩柱包括四个所述UHPC柱体对称布设于墩柱的四个角位置，主体之间通过所述连接构件固定连接。

所述UHPC柱体顶部和底部分别在不同高度上设置多圈外凸的连接键，所述柱顶结构和承台分别在对应所述连UHPC柱体位置设置内凹的承插槽，所述承插槽内对应所述连接键设置多圈连接键一，所述UHPC柱体顶部和底部的连接键分别与所述柱顶结构和承台内设置的连接键一交错布置，并在所述承插槽内灌注UHPC浆料锚固固定。

相邻两个所述UHPC柱体之间通过柱体间连接构件连接为一体；所述UHPC柱体为为矩形或圆形柱。

所述柱体间连接构件包括型钢，横置的所述型钢两头边缘固定竖向连接法兰板，所述型钢通过连接法兰板固定在UHPC柱体上，所述连接法兰板与所述型钢之间设有多个径向的加劲肋连接。

所述UHPC柱体上预留对拉锚栓孔，所述锚栓孔内穿入对拉锚栓所述对拉锚栓两头伸出所述对拉锚栓孔；所述连接法兰板由螺母固定在对拉锚栓一头，且另一头通过螺母固定在UHPC柱体侧壁上。

所述UHPC柱体上预埋锚栓，所述连接板由螺母固定在预埋锚栓端头。

所述墩柱结构适用于桥梁中墩或公用墩。

一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构的施工方法，包括以下步骤：

1)预制UHPC柱体及其顶部和底部的连接键，运送至施工现场；

2)施工承台，设置预留孔及连接键一，将UHPC柱体吊装至施工位置，使其底部埋入承台预留孔，灌注UHPC浆料待其凝结；

3)预制柱顶结构，设置预留槽及连接键一，将施工柱顶结构吊装至施工位置，使UHPC柱体顶部插入所述柱顶结构预留槽中，灌注UHPC浆料待其凝结，完成墩柱结构。

所述柱顶结构为柱顶构造，或为盖梁。

其中，超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是现有技术。

本发明有以下积极有益效果：

本发明属于一种重量轻、强度高、施工便捷的新型装配式桥梁墩柱结构。解决了常规混凝土预制墩柱吊装重量大、衔接工艺复杂、结构耐久性差的问题。

“预制拼装UHPC格构式桥墩”由数个柱体通过格构式的连接件组拼形成，同时充分利用UHPC良好的材料性能，大大降低了预制桥墩的构件尺寸，柱体重量小，可降低吊装重量，施工便捷，吊装重量与常规混凝土预制墩柱相比可降低一半以上的吊装重量，大大降低了施工难度；利用UHPC对连接件超强的锚固连接能力进行灌注连接，设计难度简化、施工工艺简单，构件间的连接强度也易于保证，工程质量可控性强；同时，柱体间的连接构件作为耗能构件，可保护柱体在地震时的安全，且地震后修复简便，代价低；明显提高预制装配化桥墩的抗震性能；墩柱主体采用UHPC材料制作，也具有良好的耐久性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是无盖梁时柱顶构造结构示意图；

图3是图1中A位置采用对拉锚固连接大样图；

图4是图1中A位置采用预埋锚固连接大样图；

图5是本发明实施例的结构示意图；

图6是本发明连接构件与UHPC柱体的分布情况示意图；

图7是本发明连接键位置的结构示意图。

附图编号：1-UHPC柱体；2-柱体间连接构件；3-连接键；4-UHPC浆料；5-连接键一；6-柱顶构造；7-对拉锚栓；8-锚板；9-预埋锚栓；10-盖梁；11-承台；12-安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

以下实施例仅是为清楚说明本发明所作的举例，而并非对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在下述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，而这些属于本发明精神所引出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

参见各附图，一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱组合结构，包括柱顶结构、承台，

所述墩柱由数个UHPC柱体1拼装组合而成，所述UHPC柱体1顶部穿入所述柱顶结构预制孔内固定、底部穿入所述承台11预制孔内固定；各所述UHPC柱体1间通过预制的水平设置的柱体间连接构件2固定连接为一体。

所述组合墩柱包括四个所述UHPC柱体1对称布设于墩柱的四个角位置，主体之间通过所述连接构件固定连接。

所述UHPC柱体1顶部和底部分别在不同高度上设置多圈外凸的连接键3，所述柱顶结构和承台11分别在对应所述连UHPC柱体1位置设置内凹的承插槽，所述承插槽内对应所述连接键3设置多圈连接键一5，所述UHPC柱体1顶部和底部的连接键3分别与所述柱顶结构和承台11内设置的连接键一5交错布置，并在所述承插槽内灌注UHPC浆料4锚固固定。

相邻两个所述UHPC柱体1之间通过柱体间连接构件2连接为一体；所述UHPC柱体1为为矩形或圆形柱。

所述柱体间连接构件2包括型钢，横置的所述型钢两头边缘固定竖向连接法兰板，所述型钢通过连接法兰板固定在UHPC柱体1上，所述连接法兰板与所述型钢之间设有多个径向的加劲肋连接。

所述UHPC柱体1上预留对拉锚栓孔12，所述锚栓孔12内穿入对拉锚栓7所述对拉锚栓7两头伸出所述对拉锚栓孔12；所述连接法兰板由螺母固定在对拉锚栓7一头，且另一头通过螺母固定在UHPC柱体1侧壁上。

所述UHPC柱体1上预埋锚栓9，所述连接板由螺母固定在预埋锚栓9端头。

所述墩柱结构适用于桥梁中墩或公用墩。

一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构的施工方法，包括以下步骤：

1)预制UHPC柱体1及其顶部和底部的连接键3，运送至施工现场；

2)施工承台11，设置预留孔及连接键一5，将UHPC柱体1吊装至施工位置，使其底部埋入承台11预留孔，灌注UHPC浆料4待其凝结；

3)预制柱顶结构，设置预留槽及连接键一5，将施工柱顶结构吊装至施工位置，使UHPC柱体1顶部插入所述柱顶结构预留槽中，灌注UHPC浆料4待其凝结，完成墩柱结构。

所述柱顶结构为柱顶构造6，或为盖梁10。

UHPC指超高性能混凝土。

参见图1-4，本发明“预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱”包括UHPC柱体、柱体间连接构件、柱顶构造或盖梁、柱体与承台连接构造、柱体与墩柱柱顶构造或盖梁连接构造。

1)UHPC柱体是墩柱的主要受力构件，需要将上部结构产生的轴力、剪力、弯矩及扭矩传递给下部基础。柱体由UHPC材料在工厂制作完成，根据受力需要确定柱体的数量、材料性能要求及钢筋配置要求。

2)柱体间连接构件可保证各柱体的协同受力，确保墩柱的整体受力特性。同时，可根据抗震性能需求，作为耗能构件，保证柱体在地震作用下的安全。柱体间连接构件可通过UHPC上预留的安装孔连接，施工便捷，(此连接口还可作为柱体吊装时的吊装孔使用)；也可通过在柱体上提前预埋锚栓进行安装连接。

3)柱顶构造为墩柱顶不设盖梁时使用，通过此构造，可将各柱体顶部连接上整体，保证各柱体在顶板变形的一致性，同时可将上部结构支座传递的集中力分配至各个柱体。

4)柱体与承台连接构造是保证墩柱与承台间可靠传力的关键构造，包括柱体底部的连接键、承台预留槽及连接键、后灌注UHPC。承台施工时，应按要求设置槽口及连接键，柱体及连接键在工厂预制，运输至现场后安装、定位后，灌注UHPC即完成连接。由于柱体体量小，且采用UHPC高强材料灌注，因此承台槽口的平面尺寸及深度可大大减小；同时由于UHPC对连接件超强的锚固连接能力，柱体连接件与承台连接件仅需各自锚入后用UHPC灌封材料即可。

5)柱体与盖梁连接构造是保证墩柱与盖梁间可靠传力的关键构造，包括柱体顶部的连接键、盖梁预留孔及连接键、后灌注UHPC。盖梁施工时，应按要求设置预留孔及连接键，柱体及连接键在工厂预制，运输至现场后安装、定位后，灌注UHPC即完成连接。由于柱体体量小，且采用UHPC高强材料灌注，因此盖梁的空口尺寸及深度可大大减小，盖梁设计难度大大降低；同时由于UHPC对连接件超强的锚固连接能力，柱体连接件与盖梁连接件仅需各自锚入后用UHPC灌封材料即可。

应用实施例

参见图5，以某一实验工程为例进一步说明本发明的具体构造。

其工程概况：桥梁设计为一联三跨现浇混凝土连续箱梁结构，桥梁全长90m，跨径布置为3×30m，中墩固定盆式支座支撑，公用墩采用双柱盖梁支撑；单幅桥梁横向全宽16m。墩柱及盖梁均采用预制构件，墩柱采用预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱形式。

所述的主梁：

主梁采用预应力混凝土现浇连续箱梁，单箱三室，梁高1.6m，箱梁顶宽16m，底宽12m，主梁底板水平，行车道板顶面横坡度设计与桥面横坡度相同。

所述中墩：

中墩横桥向采用双柱支撑，单个墩柱采用本发明的预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱形式，每个墩柱由4肢UHPC柱体1组成，柱体采用实心矩形断面，断面尺寸为50x50cm，柱高7m，柱体间距1.5m，柱体间采用由D＝30cm的钢管制成的柱体间连接构件2连接组拼；柱体顶部通过混凝土预制构件柱顶构造6连接成一整体，柱顶构造尺寸为3.0×3.0×1.5m。所述的固定盆式支座安装在柱顶构造6上，支座上接现浇箱梁。

所述公用墩：

公用墩采用双柱盖梁支撑，盖梁上设置板式支座支撑上部结构。盖梁的单个墩柱也采用本发明的预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱形式，每个墩柱由4肢UHPC柱体1组成，柱体采用实心矩形断面，断面尺寸为50×50cm，柱体横向间距1.5m，纵桥向间距1.0m；柱体间采用由D＝35cm的钢管制成的柱体间连接构件2连接组拼。柱体上接预制混凝土盖梁，盖梁梁高1.6m，梁底对应UHPC柱体位置设置预留槽，预留槽内设置连接键槽。

本发明中所述中墩的所述柱顶结构为柱顶构造6，所述公用墩的所述柱顶结构为盖梁10。

所述的基础：

UHPC格构式桥梁墩柱基础采用桩接承台形式，承台尺寸为6.5×6.5×2.15m，下接为4根直径为1.5米的钻孔灌注桩。承台上对应UHPC柱体位置设置预留槽，预留槽内设置连接键槽，用以安装UHPC柱体。

实例证明：如采用传统的预制钢筋混凝土墩柱(D＝1.5m，H＝7.0m)，每根墩柱吊装重需至少31吨，而采用所述的UHPC格构式墩柱，单根柱体(截面50x50cm，H＝7.0m)的吊装重不到5.0吨，现场施工吊装难度大大降低。本发明采用预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱形式，降低了构件尺寸，简化了设计难度和施工工艺，构件间的连接简便，工程质量可控性强，解决了常规混凝土预制墩柱吊装重量大、衔接工艺复杂、结构耐久性差的困难。

Claims (10)

1.一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱组合结构，包括柱顶结构、承台，其特征在于：

所述墩柱由数个UHPC柱体(1)拼装组合而成，所述UHPC柱体(1)顶部穿入所述柱顶结构预制孔内固定、底部穿入所述承台(11)预制孔内固定；各所述UHPC柱体(1)间通过预制的水平设置的柱体间连接构件(2)固定连接为一体。

2.如权利要求1所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述组合墩柱包括四个所述UHPC柱体(1)对称布设于墩柱的四个角位置，主体之间通过所述连接构件固定连接。

3.如权利要求1所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述UHPC柱体(1)顶部和底部分别在不同高度上设置多圈外凸的连接键(3)，所述柱顶结构和承台(11)分别在对应所述连UHPC柱体(1)位置设置内凹的承插槽，所述承插槽内对应所述连接键(3)设置多圈连接键一(5)，所述UHPC柱体(1)顶部和底部的连接键(3)分别与所述柱顶结构和承台(1)(1)内设置的连接键一(5)交错布置，并在所述承插槽内灌注UHPC浆料(4)锚固固定。

4.如权利要求1所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，相邻两个所述UHPC柱体(1)之间通过柱体间连接构件(2)连接为一体；所述UHPC柱体(1)为为矩形或圆形柱。

5.如权利要求4所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述柱体间连接构件(2)包括型钢，横置的所述型钢两头边缘固定竖向连接法兰板，所述型钢通过连接法兰板固定在UHPC柱体(1)上，所述连接法兰板与所述型钢之间设有多个径向的加劲肋连接。

6.如权利要求5所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述UHPC柱体(1)上预留对拉锚栓孔(12)，所述锚栓孔(12)内穿入对拉锚栓(7)所述对拉锚栓(7)两头伸出所述对拉锚栓孔(12)；所述连接法兰板由螺母固定在对拉锚栓(7)一头，且另一头通过螺母固定在UHPC柱体(1)侧壁上。

7.如权利要求5所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述UHPC柱体(1)上预埋锚栓(9)，所述连接板由螺母固定在预埋锚栓(9)端头。

8.如权利要求1所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构，其特征在于，所述墩柱结构适用于桥梁中墩或公用墩。

9.一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预制UHPC柱体(1)及其顶部和底部的连接键(3)，运送至施工现场；

2)施工承台(11)，设置预留孔及连接键一(5)，将UHPC柱体(1)吊装至施工位置，使其底部埋入承台(11)预留孔，灌注UHPC浆料(4)待其凝结；

3)预制柱顶结构，设置预留槽及连接键一(5)，将施工柱顶结构吊装至施工位置，使UHPC柱体(1)顶部插入所述柱顶结构预留槽中，灌注UHPC浆料(4)待其凝结，完成墩柱结构。

10.如权利要求9所述的一种预制拼装UHPC格构式桥梁墩柱结构的施工方法，其特征在于，所述柱顶结构为柱顶构造(6)，或为盖梁(10)。