CN110700082A - 一种sma-ecc自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SMA‑ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，涉及建筑结构领域。本发明的目的是提供一种可实现桥墩和基础的安全可靠连接、具有桥墩柱的自复位功能以及施工简便的柱脚节点。一种SMA‑ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管、SMA棒材、去粘结层和基础。所述柱圆钢管内的纵筋与基础内的预埋纵筋之间通过SMA棒材进行连接，并在SMA棒材上套设去粘结层，将ECC浇筑在柱圆钢管的下部分，使SMA棒材以及SMA棒材与纵筋的连接点均位于ECC内。SMA棒材传递轴力和弯矩，震后变形可恢复。所述柱圆钢管在柱脚节点断开，不直接承担纵向荷载，可延缓甚至避免钢管的局部屈曲，提高核心混凝土强度。

Description

一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点

技术领域

本发明涉及建筑结构领域，具体涉及一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点。

背景技术

在地震防灾体系中，桥梁系统为重要的生命线，连接维护生命财产安全所需的许多重要建筑物，如医院、消防站、学校和公共避难场所等，扮演交通枢纽的角色。因此，在地震作用下，桥梁系统需维持应有的运输功能。若桥梁于地震中受损而丧失交通运输功能，除了造成生命伤亡与财产损失外，也将影响救灾重建工作。

目前传统桥梁抗震大多设计为延性设计，在延性设计理论中，桥梁结构系统根据强梁弱柱原则来设计，以桥墩塑性铰的延性来消耗地震能量。借助塑铰区钢筋屈服与混凝土的滞回变形达到所需的延性。然而，这些非弹性变形在地震过后也将造成永久残余变形。残余变形所造成的轻微损坏或许可以修复但修复后的桥墩承载力很难预测。而严重损坏的桥梁则需重建，这既费时耗力又使交通瘫痪。

因而有必要研发新的桥墩柱脚节点结构来解决上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种可实现桥墩和基础的安全可靠连接、具有桥墩柱的自复位功能以及施工简便的柱脚节点。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管、柱钢筋笼、SMA棒材、去粘结层和基础。

所述柱钢筋笼、SMA棒材和去粘结层均设置在柱圆钢管内，柱钢筋笼的截面呈圆形。所述柱钢筋笼包括若干柱纵筋Ⅰ、若干柱箍筋和两根柱纵筋Ⅱ，两根柱纵筋Ⅱ之间的距离与柱钢筋笼的直径相等。

每根所述柱纵筋Ⅰ的下端通过套筒Ⅰ与SMA棒材连接，每根SMA棒材上套设有去粘结层。

所述柱圆钢管的下方设置有基础，基础内预埋有基础预埋钢筋笼，基础预埋钢筋笼包括若干基础预埋纵筋和若干基础预埋箍筋。若干所述基础预埋纵筋伸出基础的上表面。

每根所述SMA棒材的下端通过套筒Ⅰ与基础预埋纵筋连接。每根所述柱纵筋Ⅱ通过套筒Ⅱ与基础预埋纵筋连接。

所述柱圆钢管内填充有柱混凝土Ⅰ和柱混凝土Ⅱ，柱混凝土Ⅱ的上端与柱混凝土Ⅰ连接，下端与基础的上表面连接。所述柱钢筋笼的下端、若干套筒Ⅰ、若干套筒Ⅱ、若干去粘结层和基础预埋钢筋笼的上端均位于柱混凝土Ⅱ内。

一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管、柱钢筋笼、SMA棒材、去粘结层和基础。

所述柱钢筋笼、SMA棒材和去粘结层均设置在柱圆钢管内，柱钢筋笼包括若干柱纵筋Ⅰ和若干柱箍筋。

每根所述柱纵筋Ⅰ的下端通过套筒Ⅰ与SMA棒材连接，每根SMA棒材上套设有去粘结层。

所述柱圆钢管的下方设置有基础，基础内预埋有基础预埋钢筋笼，基础预埋钢筋笼包括若干基础预埋纵筋和若干基础预埋箍筋。若干所述基础预埋纵筋伸出基础的上表面。

每根所述SMA棒材的下端通过套筒Ⅰ与基础预埋纵筋连接。

所述柱圆钢管内填充有柱混凝土Ⅰ和柱混凝土Ⅱ，柱混凝土Ⅱ的上端与柱混凝土Ⅰ连接，下端与基础的上表面连接。所述柱钢筋笼的下端、若干套筒Ⅰ、若干去粘结层和基础预埋钢筋笼的上端均位于柱混凝土Ⅱ内。

进一步，所述柱混凝土Ⅱ为塑性铰区的混凝土，柱混凝土Ⅱ为普通混凝土或ECC。

进一步，所述柱圆钢管的外径为D，所述柱混凝土Ⅱ的高度为D，D＞0。

所述SMA棒材的长度为L，0.2D≤L≤0.5D。所述SMA棒材单根轴拉承载力大于等于单根柱纵筋Ⅰ的轴拉承载力。

进一步，所述柱圆钢管的下端与基础的上表面存在间隙S，间隙S的高度为h，10mm≤h≤20mm。

进一步，所述柱纵筋Ⅰ的下端、柱纵筋Ⅱ的下端、SMA棒材的两端和基础预埋纵筋的上端均进行了套丝处理。

所述套筒Ⅰ为机械套筒，套筒Ⅱ为机械套筒或灌浆套筒。

进一步，所述去粘结层为橡胶软管、沥青涂层或PVC管。

进一步，所述基础预埋箍筋在靠近基础上表面的区域进行了加密布置。

本发明的有益效果在于：

1.本发明使用的SMA棒材可传递节点区弯矩和轴力，安全可靠，传力明确，地震后变形可恢复，不影响桥梁体系的正常使用，便于震后救灾工作的开展。

2.本发明的SMA-ECC钢管约束钢筋混凝土桥墩力学性能良好，外部钢管不直接承担纵向荷载，可最大程度发挥其侧向约束力，提高塑性铰区域混凝土的承载力和变形能力，且其可防止混凝土损伤后的剥落，保证了构件的承载力，震后仅需局部替换塑性铰区混凝土即可正常使用。

3.本发明的SMA-ECC钢管约束钢筋混凝土桥墩柱钢管在柱脚节点处断开，钢管无需埋入基础，可延缓甚至避免钢管的局部屈曲，且解决了钢管埋深大和基础钢筋布置困难的问题。

4.本发明仅在柱脚节点处局部应用SMA棒材和ECC材料，在保证节点力学性能的基础上又保证了经济性。

5.本发明中柱脚节点构造简单，无需焊接，可实现装配化施工工艺，保证施工质量。

附图说明

图1为SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点示意图；

图2为柱纵筋Ⅰ、SMA棒材和基础预埋纵筋连接示意图；

图3为A-A剖视图；

图4为B-B剖视图；

图5为C-C剖视图；

图6为D-D剖视图。

图中：柱圆钢管1、柱钢筋笼2、柱纵筋Ⅰ201、柱箍筋202、柱纵筋Ⅱ203、SMA棒材3、去粘结层4、基础5、基础预埋钢筋笼501、基础预埋纵筋5011、基础预埋箍筋5012、套筒Ⅰ6、柱混凝土Ⅰ8和柱混凝土Ⅱ9。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管1、柱钢筋笼2、SMA棒材3、去粘结层4和基础5。所述柱圆钢管1的外径为D，D＞0。

参见图1，所述柱钢筋笼2、SMA棒材3和去粘结层4均设置在柱圆钢管1内，柱钢筋笼2的截面呈圆形。

所述SMA棒材3由形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)制成，形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)具有限制的形状记忆效应和超弹性特性，可恢复变形达6％～8％，此外，形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)具有抗疲劳、耐腐性好、超低频范围内阻尼性能好等优势。

参见图3、4或5，所述柱钢筋笼2包括若干柱纵筋Ⅰ201、若干柱箍筋202和两根柱纵筋Ⅱ203，两根柱纵筋Ⅱ203之间的距离与柱钢筋笼2的直径相等。

所述柱纵筋Ⅰ201的下端、柱纵筋Ⅱ203的下端和SMA棒材3的两端均进行了套丝处理。参见图2，每根所述柱纵筋Ⅰ201的下端通过套筒Ⅰ6与SMA棒材3连接，每根SMA棒材3上套设有去粘结层4，去粘结层4为橡胶软管。所述SMA棒材3的长度为L，L＝0.2D，SMA棒材3单根轴拉承载力不小于单根柱纵筋Ⅰ201的轴拉承载力。所述套筒Ⅰ6为机械套筒。

参见图1，所述柱圆钢管1的下方设置有基础5，基础5内预埋有基础预埋钢筋笼501。所述柱圆钢管1的下端与基础5的上表面存在间隙S，间隙S的高度为10mm。参见图6，所述基础预埋钢筋笼501包括若干基础预埋纵筋5011和若干基础预埋箍筋5012。若干所述基础预埋纵筋5011伸出基础5的上表面。所述基础预埋箍筋5012在靠近基础5上表面的区域进行了加密布置。

所述基础预埋纵筋5011的上端进行了套丝处理，每根SMA棒材3的下端通过套筒Ⅰ6与基础预埋纵筋5011连接。每根所述柱纵筋Ⅱ203通过套筒Ⅱ与基础预埋纵筋5011连接，套筒Ⅱ为机械套筒。

参见图1，所述柱圆钢管1内填充有柱混凝土Ⅰ8和柱混凝土Ⅱ9，柱混凝土Ⅱ9的上端与柱混凝土Ⅰ8连接，下端与基础5的上表面连接。所述柱钢筋笼2的下端、若干套筒Ⅰ6、若干套筒Ⅱ、若干去粘结层4和基础预埋钢筋笼501的上端均位于柱混凝土Ⅱ9内。

所述柱混凝土Ⅱ9为塑性铰区的混凝土，在本实施例中，柱混凝土Ⅱ9为ECC，柱混凝土Ⅱ9的高度为D。

工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite，ECC)相比于普通混凝土具有较高的极限拉应变，较好的抗压性能、较好的抗冻融循环性能和抗伸缩性能以及较好的裂缝控制效果。

施工时，包括以下步骤：

1)在工厂完成所述柱圆钢管1、柱纵筋Ⅰ201、柱纵筋Ⅱ203、SMA棒材3、去粘结层4、基础预埋钢筋笼501、套筒Ⅰ6和套筒Ⅱ等的加工。

2)绑扎所述基础5的钢筋骨架，绑扎过程，将基础预埋钢筋笼501定位并绑扎在基础5的钢筋骨架内。

3)浇筑所述基础5的混凝土。

4)采用所述套筒Ⅰ6将柱纵筋Ⅰ201、SMA棒材3和基础预埋纵筋5011连接在一起，采用套筒Ⅱ将柱纵筋Ⅱ203和基础预埋纵筋5011连接在一起。在所述SMA棒材3上套设去粘结层4，绑扎柱钢筋笼2，并将圆钢管1套设在柱钢筋笼2上。

5)浇筑所述柱混凝土Ⅱ9。

6)浇筑所述柱混凝土Ⅰ8，完成施工。

实施例2：

本实施例公开了一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管1、柱钢筋笼2、SMA棒材3、去粘结层4和基础5。所述柱圆钢管1的外径为D，D＞0。

参见图1，所述柱钢筋笼2、SMA棒材3和去粘结层4均设置在柱圆钢管1内，柱钢筋笼2的截面呈圆形。

所述SMA棒材3由形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)制成，形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)具有限制的形状记忆效应和超弹性特性，可恢复变形达6％～8％，此外，形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)具有抗疲劳、耐腐性好、超低频范围内阻尼性能好等优势。

所述柱钢筋笼2包括若干柱纵筋Ⅰ201和若干柱箍筋202。

所述柱纵筋Ⅰ201的下端和SMA棒材3的两端均进行了套丝处理。参见图2，每根所述柱纵筋Ⅰ201的下端通过套筒Ⅰ6与SMA棒材3连接，每根SMA棒材3上套设有去粘结层4，去粘结层4为沥青涂层。所述SMA棒材3的长度为L，L＝0.5D，SMA棒材3单根轴拉承载力不小于单根柱纵筋Ⅰ201的轴拉承载力。所述套筒Ⅰ6为机械套筒。

参见图1，所述柱圆钢管1的下方设置有基础5，基础5内预埋有基础预埋钢筋笼501。所述柱圆钢管1的下端与基础5的上表面存在间隙S，间隙S的高度为20mm。参见图6，所述基础预埋钢筋笼501包括若干基础预埋纵筋5011和若干基础预埋箍筋5012。若干所述基础预埋纵筋5011伸出基础5的上表面。所述基础预埋箍筋5012在靠近基础5上表面的区域进行了加密布置。

所述基础预埋纵筋5011的上端进行了套丝处理，每根SMA棒材3的下端通过套筒Ⅰ6与基础预埋纵筋5011连接。

参见图1，所述柱圆钢管1内填充有柱混凝土Ⅰ8和柱混凝土Ⅱ9，柱混凝土Ⅱ9的上端与柱混凝土Ⅰ8连接，下端与基础5的上表面连接。所述柱钢筋笼2的下端、若干套筒Ⅰ6、若干去粘结层4和基础预埋钢筋笼501的上端均位于柱混凝土Ⅱ9内。所述柱混凝土Ⅱ9为塑性铰区的混凝土，在本实施例中，柱混凝土Ⅱ9为普通混凝土，柱混凝土Ⅱ9的高度为D。

施工时，包括以下步骤：

1)在工厂完成所述柱圆钢管1、柱纵筋Ⅰ201、SMA棒材3、去粘结层4、基础预埋钢筋笼501和套筒Ⅰ6等的加工。

2)绑扎所述基础5的钢筋骨架，绑扎过程，将基础预埋钢筋笼501定位并绑扎在基础5的钢筋骨架内。

3)浇筑所述基础5的混凝土。

4)采用所述套筒Ⅰ6将柱纵筋Ⅰ201、SMA棒材3和基础预埋纵筋5011连接在一起。在所述SMA棒材3上套设去粘结层4，绑扎柱钢筋笼2，并将圆钢管1套设在柱钢筋笼2上。

5)浇筑所述柱混凝土Ⅱ9。

6)浇筑所述柱混凝土Ⅰ8，完成施工。

实施例3：

本实施例公开了一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，包括柱圆钢管1、柱钢筋笼2、SMA棒材3、去粘结层4和基础5。

参见图1，所述柱钢筋笼2、SMA棒材3和去粘结层4均设置在柱圆钢管1内，柱钢筋笼2的截面呈圆形。参见图3、4或5，所述柱钢筋笼2包括若干柱纵筋Ⅰ201、若干柱箍筋202和两根柱纵筋Ⅱ203，两根柱纵筋Ⅱ203之间的距离与柱钢筋笼2的直径相等。

参见图2，每根所述柱纵筋Ⅰ201的下端通过套筒Ⅰ6与SMA棒材3连接，每根SMA棒材3上套设有去粘结层4。

参见图1，所述柱圆钢管1的下方设置有基础5，基础5内预埋有基础预埋钢筋笼501。参见图6，基础预埋钢筋笼501包括若干基础预埋纵筋5011和若干基础预埋箍筋5012。若干所述基础预埋纵筋5011伸出基础5的上表面。

每根所述SMA棒材3的下端通过套筒Ⅰ6与基础预埋纵筋5011连接。每根所述柱纵筋Ⅱ203通过套筒Ⅱ与基础预埋纵筋5011连接。

参见图1，所述柱圆钢管1内填充有柱混凝土Ⅰ8和柱混凝土Ⅱ9，柱混凝土Ⅱ9的上端与柱混凝土Ⅰ8连接，下端与基础5的上表面连接。所述柱钢筋笼2的下端、若干套筒Ⅰ6、若干套筒Ⅱ、若干去粘结层4和基础预埋钢筋笼501的上端均位于柱混凝土Ⅱ9内。

实施例4：

本实施例主要结构同实施例3，进一步，所述柱混凝土Ⅱ9为塑性铰区的混凝土，柱混凝土Ⅱ9为工程水泥基复合材料。

实施例5：

本实施例主要结构同实施例4，进一步，所述柱圆钢管1的外径为D，所述柱混凝土Ⅱ9的高度为D，D＞0。

所述SMA棒材3的长度为L，L＝0.35D。所述SMA棒材3单根轴拉承载力大于等于单根柱纵筋Ⅰ201的轴拉承载力。

实施例6：

本实施例主要结构同实施例5，进一步，所述柱圆钢管1的下端与基础5的上表面存在间隙S，间隙S的高度为15mm。

实施例7：

本实施例主要结构同实施例6，进一步，所述柱纵筋Ⅰ201的下端、柱纵筋Ⅱ203的下端、SMA棒材3的两端和基础预埋纵筋5011的上端均进行了套丝处理。

所述套筒Ⅰ6为机械套筒，套筒Ⅱ为灌浆套筒。

实施例8：

本实施例主要结构同实施例7，进一步，所述去粘结层4为PVC管。

实施例9：

本实施例主要结构同实施例8，进一步，所述基础预埋箍筋5012在靠近基础5上表面的区域进行了加密布置。

Claims (8)

1.一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：包括柱圆钢管(1)、柱钢筋笼(2)、SMA棒材(3)、去粘结层(4)和基础(5)；

所述柱钢筋笼(2)、SMA棒材(3)和去粘结层(4)均设置在柱圆钢管(1)内，柱钢筋笼(2)的截面呈圆形；所述柱钢筋笼(2)包括若干柱纵筋Ⅰ(201)、若干柱箍筋(202)和两根柱纵筋Ⅱ(203)，两根柱纵筋Ⅱ(203)之间的距离与柱钢筋笼(2)的直径相等；

每根所述柱纵筋Ⅰ(201)的下端通过套筒Ⅰ(6)与SMA棒材(3)连接，每根SMA棒材(3)上套设有去粘结层(4)；

所述柱圆钢管(1)的下方设置有基础(5)，基础(5)内预埋有基础预埋钢筋笼(501)，基础预埋钢筋笼(501)包括若干基础预埋纵筋(5011)和若干基础预埋箍筋(5012)；若干所述基础预埋纵筋(5011)伸出基础(5)的上表面；

每根所述SMA棒材(3)的下端通过套筒Ⅰ(6)与基础预埋纵筋(5011)连接；每根所述柱纵筋Ⅱ(203)通过套筒Ⅱ与基础预埋纵筋(5011)连接；

所述柱圆钢管(1)内填充有柱混凝土Ⅰ(8)和柱混凝土Ⅱ(9)，柱混凝土Ⅱ(9)的上端与柱混凝土Ⅰ(8)连接，下端与基础(5)的上表面连接；所述柱钢筋笼(2)的下端、若干套筒Ⅰ(6)、若干套筒Ⅱ、若干去粘结层(4)和基础预埋钢筋笼(501)的上端均位于柱混凝土Ⅱ(9)内。

2.一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：包括柱圆钢管(1)、柱钢筋笼(2)、SMA棒材(3)、去粘结层(4)和基础(5)；

所述柱钢筋笼(2)、SMA棒材(3)和去粘结层(4)均设置在柱圆钢管(1)内，柱钢筋笼(2)包括若干柱纵筋Ⅰ(201)和若干柱箍筋(202)；

每根所述柱纵筋Ⅰ(201)的下端通过套筒Ⅰ(6)与SMA棒材(3)连接，每根SMA棒材(3)上套设有去粘结层(4)；

所述柱圆钢管(1)的下方设置有基础(5)，基础(5)内预埋有基础预埋钢筋笼(501)，基础预埋钢筋笼(501)包括若干基础预埋纵筋(5011)和若干基础预埋箍筋(5012)；若干所述基础预埋纵筋(5011)伸出基础(5)的上表面；

每根所述SMA棒材(3)的下端通过套筒Ⅰ(6)与基础预埋纵筋(5011)连接；

所述柱圆钢管(1)内填充有柱混凝土Ⅰ(8)和柱混凝土Ⅱ(9)，柱混凝土Ⅱ(9)的上端与柱混凝土Ⅰ(8)连接，下端与基础(5)的上表面连接；所述柱钢筋笼(2)的下端、若干套筒Ⅰ(6)、若干去粘结层(4)和基础预埋钢筋笼(501)的上端均位于柱混凝土Ⅱ(9)内。

3.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述柱混凝土Ⅱ(9)为塑性铰区的混凝土，柱混凝土Ⅱ(9)为普通混凝土或ECC。

4.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述柱圆钢管(1)的外径为D，所述柱混凝土Ⅱ(9)的高度为D，D＞0；

所述SMA棒材(3)的长度为L，0.2D≤L≤0.5D；所述SMA棒材(3)单根轴拉承载力大于等于单根柱纵筋Ⅰ(201)的轴拉承载力。

5.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述柱圆钢管(1)的下端与基础(5)的上表面存在间隙S，间隙S的高度为h，10mm≤h≤20mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述柱纵筋Ⅰ(201)的下端、柱纵筋Ⅱ(203)的下端、SMA棒材(3)的两端和基础预埋纵筋(5011)的上端均进行了套丝处理；

所述套筒Ⅰ(6)为机械套筒，套筒Ⅱ为机械套筒或灌浆套筒。

7.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述去粘结层(4)为橡胶软管、沥青涂层或PVC管。

8.根据权利要求1或2所述的一种SMA-ECC自复位圆钢管约束钢筋混凝土桥墩的柱脚节点，其特征在于：所述基础预埋箍筋(5012)在靠近基础(5)上表面的区域进行了加密布置。

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