CN110777661B - 法兰连接预制拼装桥墩结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种法兰连接预制拼装桥墩结构及其施工方法。该结构包括承台(1)、预制节段(2)、预制盖梁(3)、预应力筋(4)及法兰构件。4个预制节段(2)的两端面对齐，依次垂直叠放在承台(1)上，预制盖梁(3)设置在预制节段(2)上，承台(1)、预制节段(2)、预制盖梁(3)通过预应力筋(4)连接形成整体，预应力筋的非张拉锚固端(5)预埋在承台(1)内，预应力筋的张拉锚固端(6)设置在预制盖梁(3)顶部，承台(1)与底部预制节(2)段之间、各预制节段(2)之间、顶部预制节段(2)与预制盖梁(3)之间通过法兰构件进行连接，法兰构件包括节段预埋法兰(7)、承台/盖梁预埋法兰(8)与外置法兰(9)。本发明利用软钢耗能能力强、弹簧自复位性能稳定等优点，可以有效地提高桥墩的被动耗能能力与自复位能力。

Description

法兰连接预制拼装桥墩结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建筑技术领域，尤其涉及一种法兰连接预制拼装桥墩结构及其施工方法。

背景技术

预制拼装桥墩是指通过在工厂分节段预制，并在施工现场通过节段间连接构造拼装成整体的预应力钢筋混凝土桥墩。传统的现浇钢筋混凝土桥梁不可避免地会出现施工工期长、混凝土质量不易保证、干扰城市既有交通等问题。预制拼装技术凭借其简单快速的施工操作和高质量的施工保证，可以有效地解决传统现浇混凝土桥梁存在的问题。此外，国家出台一系列与预制拼装结构相关的新政策，促使了预制拼装技术在桥梁建设上的应用。有关桥梁上部结构的预制拼装技术已日趋成熟，而预制拼装桥梁的下部结构由于耗能能力较低，导致其不易在高烈度地震区推广使用。因此，研究适用于高烈度地震区的桥梁下部结构预制拼装技术，具有重要的科学意义和现实应用价值。

针对预制拼装桥墩在接缝处不连续，致使其在地震作用下出现耗能能力差、桥墩侧向位移较大等问题，在混凝土节段之间设置橡胶减震垫、预埋耗能钢筋是提高桥墩耗能能力的有效措施。

现有技术中的桥梁下部结构预制拼装方案包括：

1、耗能技术方案

(1)橡胶垫层：在预制混凝土桥墩节段的拼接缝之间预留空间，现场组装时将减震橡胶垫设置在预留空间内，必要时可对橡胶进行防腐处理，最后进行密封。

(2)耗能钢筋：在预制混凝土桥墩节段之间预埋一定数量的贯通纵向钢筋，通过合理的设计可以达到增加桥墩的耗能能力、提高桥墩延性的效果。

2、拼接技术方案

(3)平接缝干连接：桥墩沿竖向分割成若干个节段，纵向受力钢筋及横向箍筋在接缝处不连续，接缝表面平整且不增加其他任何材料或措施，单纯依靠后张预应力筋的方式将节段纵向串联成整体的连接形式。

(4)混凝土剪力键连接：预制桥墩节段端面设置相应的对接凸键和凹键，剪力键形状可制成棱台形、圆柱形或圆台形，现场拼接时需将凸键与凹键对接安装，起到防止节段相互滑移的作用。

上述现有技术中的桥梁下部结构预制拼装方案的缺点为：

(1)橡胶垫层：橡胶随着使用年限的增加会出现老化现象，进而逐渐丧失减震功能。

(2)耗能钢筋：耗能钢筋严重屈服后会引起过大的残余位移，导致预制拼装桥墩自复位能力降低，桥墩震后修复困难。

(3)平接缝干连接：接缝区域连接薄弱，桥墩在横向荷载作用下，节段间易于发生相对错动或转动。

(4)混凝土剪力键连接：在荷载作用下剪力键周围容易出现应力集中现象，导致混凝土局部压溃或破碎，严重时导致凸键剪断破坏，凹键周围混凝土出现严重的斜裂缝而破坏。

发明内容

本发明的实施例提供了一种法兰连接预制拼装桥墩结构及其施工方法，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种法兰连接预制拼装桥墩结构，包括：承台1、预制节段2、预制盖梁3、预应力筋4、预应力筋非张拉锚固端5、预应力筋张拉锚固端6、节段预埋法兰7、承台/盖梁预埋法兰8和外置法兰9；

4个预制节段2的两端面对齐，并且依次垂直叠放在承台1上，预制盖梁3设置在预制节段2上，承台1、预制节段2、预制盖梁3通过预应力筋4连接形成整体，预应力筋的非张拉锚固端5预埋在承台1内，预应力筋的张拉锚固端6设置在预制盖梁3顶部，所述承台1与底部预制节段2之间、各预制节段2之间、顶部预制节段2与预制盖梁3之间均通过法兰构件进行连接，所述法兰构件包括节段预埋法兰7、承台/盖梁预埋法兰8与外置法兰9。

优选地，预应力筋4为无粘结预应力钢绞线，位于预制节段2的横截面中央。

优选地，承台1为矩形或方形截面的钢筋混凝土结构，承台1顶部设置承台预埋法兰8，承台预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成，承台预埋法兰8 的第一环形钢板16的底面与承台1的顶面平齐，预埋钢管15的一部分埋入承台1内部，另一部分伸出承台1，混凝土浇筑后该伸出承台1的部分形成局部钢管约束混凝土；承台1的中央布置预应力筋4的预留孔道，预应力筋的非张拉锚固端5预埋在承台1内；6根预埋螺栓12 沿周向均匀分布在第一环形钢板16上，预埋螺栓12的螺纹杆部分外露、其余部分预埋在承台1内部，承台预埋法兰8的中心线垂直于承台1顶面。

优选地，承台1顶部设置承台预埋法兰8，承台预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成，承台预埋法兰8的第一环形钢板16的底面与承台1的顶面平齐，承台预埋法兰8的中心线垂直于承台1顶面。

优选地，预制节段2为圆形或矩形截面的钢筋混凝土结构，预应力筋4从预制节段2的中央穿过，法兰预埋钢管15的底面与预制节段2底面平齐，且预埋钢管15的外径与预制节段2 的直径相等；预埋钢管15的顶面与预制节段2的顶面平齐，且法兰预埋钢管15的外径与预制节段2的直径相等。

优选地，预制节段2的两端设置节段预埋法兰7，节段预埋法兰7由法兰预埋钢管15、焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16、6个与钢管外壁及第一环形钢板垂直焊接的三角形加劲肋17组成，6个预留螺栓孔18均匀分布在第一环形钢板16上，预留螺栓孔18与加劲肋17相间分布，节段预埋法兰7的中心线与预制节段2端面垂直。

优选地，预制盖梁3为矩形截面的钢筋混凝土结构，预制盖梁3的中央布置预应力筋4)的预留孔道，预应力筋张拉锚固端6设置在预制盖梁3的顶部。

优选地，预制盖梁3的底部设置盖梁预埋法兰8，盖梁预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成，盖梁预埋法兰8的第一环形钢板16的顶面与预制盖梁3 的底面平齐，预埋钢管15一部分埋入预制盖梁3内部，另一部分伸出盖梁3，混凝土浇筑后该伸出盖梁3的部分形成局部钢管约束混凝土；6根预埋螺栓12沿周向均匀分布在第一环形钢板16上，预埋螺栓12的螺纹杆部分外露、其余部分预埋在预制盖梁3内部；盖梁预埋法兰 8的中心线垂直于承台1顶面。

优选地，所述外置法兰9的第一类设计方案由外置钢管19、焊接在钢管两端外壁上的第二环形钢板25、软钢片10、内置弹簧20及预留螺栓孔18组成；2个第二环形钢板25上均匀分布12个预留螺栓孔18，且上下端对应的预留螺栓孔18的圆心连线与第二环形钢板25垂直；内置弹簧20采用挤压弹簧，内置弹簧20与上下端的第二环形钢板25焊接为一体，6个弹簧均匀分布在外置法兰9的内部，且内置弹簧20与预留螺栓孔18相间分布；软钢片10采用X型软钢薄板，软钢片10与上下端的第二环形钢板25焊接为一体，在预留螺栓孔18与内置弹簧20之间分布1个软钢片10，共计12个软钢片，将密封钢板21与接缝处的法兰构件焊接为一体。

优选地，所述外置法兰9的第二类设计方案由“匚”形钢套板、软钢片10、内置弹簧20 及预留螺栓孔18组成；外置法兰9的上下端钢板分布4个预留螺栓孔18；内置弹簧20采用挤压弹簧，内置弹簧20的上下端与钢套板焊接为一体，且内置弹簧20分布在相邻预留螺栓孔 18之间；软钢片10采用X型软钢薄板，软钢片10与上下端的钢板焊接为一体，在预留螺栓孔 18与内置弹簧20之间分布1个软钢片10，共计2个软钢片，将密封钢板21与接缝处的法兰构件焊接为一体。

根据本发明的一个方面，提供了一种所述的法兰连接预制拼装桥墩结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：完成承台1、预制节段2与预制盖梁3的预制工作；各构件绑扎钢筋笼、安放预埋法兰及预埋螺栓、预应力筋预留管道，定位后浇筑混凝土；预制承台1时将预应力筋非张拉锚固端5和预应力筋4一同预埋；预制盖梁3时在顶部预留预应力筋张拉锚固端6凹槽；

步骤2：承台1与底部预制节段之间装配，将外置法兰9吊装至对应预埋螺栓12上方，外露的螺纹杆与外置法兰9下侧的预留螺栓孔18一一对应，之后对接安装；将预制节段2吊装至对应的外置法兰9上方，节段预埋法兰7的预留螺栓孔18与外置法兰9上侧的预留螺栓孔18 一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤3：各预制节段之间装配，将外置法兰9吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰7 上的预留螺栓孔18与外置法兰9下侧的螺栓预留孔18一一对应，之后对接安装；将下一节段吊装至外置法兰上方，此时节段预埋法兰7的预留螺栓孔18与外置法兰9上侧的螺栓预留孔 18一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤4：顶部预制节段与预制盖梁3之间装配，将外置法兰9吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰7上的预留螺栓孔18与外置法兰9下侧的螺栓预留孔18一一对应，之后对接安装；将预制盖梁3吊装至对应的外置法兰9上方，预制盖梁外露的螺纹杆与外置法兰9上侧的预留螺栓孔18一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤5：待各构件安装完成后，在墩顶通过千斤顶对无粘结预应力筋4进行张拉，张拉完成后用水泥砂浆对预制盖梁顶部凹槽进行浇筑、填实；

步骤6：待桥墩组装完成后，对法兰和螺栓构件涂抹防锈漆，进行防锈蚀处理，再将密封钢板21与接缝处的法兰构件焊接为一体。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例可以有效解决桥墩接缝处设置的橡胶减震垫因老化而丧失减震功能、耗能钢筋严重屈服后导致预制拼装桥墩自复位功能降低等问题。上下节段通过法兰构件紧密连接，在地震作用下，法兰构件内的软钢片发生屈服变形，以提供额外的耗能，同时，内置的弹簧能有效地复位节段间张合的接缝，有效地提高了桥墩的自复位能力。所有法兰构件采用外置式设计，损坏后易于修复或更换。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种具有耗能及自复位功能的法兰连接预制拼装桥墩结构的装配实例示意图；

图2为本发明的装配实例A-A剖面图；

图3为本发明的装配实例B-B剖面图；

图4为本发明的装配实例相邻节段装配前示意图；

图5为本发明的装配实例相邻节段装配后示意图；

图6为本发明的节段预埋法兰大样图，其中：(a)为节段预埋法兰正立面图，(b)为节段预埋法兰侧立面图，(c)为节段预埋法兰平面图

图7为本发明的第一类设计方案中外置法兰大样图，其中：(a)为外置法兰正立面图， (b)为外置法兰侧立面面图，(c)为外置法兰平面图，(d)为C-C断面图；

图8为本发明的第二类设计方案中外置法兰大样图，其中：(a)为外置法兰正立面图， (b)为外置法兰侧立面面图，(c)为外置法兰平面图，(d)为D-D断面图；

图中标号说明：

1-承台、2-预制节段、3-预制盖梁、4-预应力筋、5-预应力筋非张拉锚固端、6-预应力筋张拉锚固端、7-节段预埋法兰、8-承台(盖梁)预埋法兰、9-外置法兰、10-软钢片、 11-高强螺栓、12-预埋螺栓、13-垫圈、14-螺帽、15-预埋钢管、16-第一环形钢板、17-加劲肋、18-预留螺栓孔、19-外置钢管、20-内置弹簧、21-密封钢板、22-“匚”形钢套板、 23-纵筋、24-箍筋、25-第二环形钢板。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例为克服现有技术存在的上述缺陷，利用软钢耗能能力强、弹簧自复位性能稳定等优点，提高桥墩的被动耗能能力与自复位能力；组装各构件的高强螺栓，能提供稳定的抗剪能力，有效防止节段桥墩的侧向滑移。法兰上的预留螺栓孔和预埋螺栓，可以起到定位作用，加快现场施工效率。整个装置使用传统建筑材料制成，便于制造、维护和保养。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种具有耗能及自复位功能的法兰连接预制拼装桥墩结构的装配实例示意图，图2为本发明的装配实例的A-A剖面图，图3为本发明的装配实例的B-B剖面图。包括承台1、预制节段2、预制盖梁3、预应力筋4、预应力筋非张拉锚固端5、预应力筋张拉锚固端6、节段预埋法兰7、承台(盖梁)预埋法兰8和外置法兰9。所述外置法兰9根据桥墩截面尺寸的不同有两种设计方案。采用钢管混凝土的桥墩可采用第一类设计方案，普通钢筋混凝土桥墩采用第二类设计方案。

4个预制节段2的两端面对齐，并且依次垂直叠放在承台1上，预制盖梁3设置在预制节段2上，承台1、预制节段2、预制盖梁3通过预应力筋4连接形成整体；预应力筋4为无粘结预应力钢绞线，位于预制节段2的横截面中央；预应力筋的非张拉锚固端5预埋在承台1内，预应力筋的张拉锚固端6设置在预制盖梁3顶部；法兰构件分为节段预埋法兰7、承台(盖梁)预埋法兰8与外置法兰9，上述的承台1与底部预制节段之间、各预制节段之间、顶部预制节段与预制盖梁3之间均通过法兰构件进行连接。

所述承台1为矩形或方形截面的钢筋混凝土结构，承台1顶部设置承台预埋法兰8，承台预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成，承台预埋法兰的第一环形钢板16的底面与承台1的顶面平齐，预埋钢管15的一部分埋入承台1内部，另一部分伸出承台1，混凝土浇筑后该伸出承台1的部分形成局部钢管约束混凝土；承台1的中央布置预应力筋4的预留孔道，预应力筋的非张拉锚固端5预埋在承台1内；6根预埋螺栓12沿周向均匀分布在第一环形钢板16上，预埋螺栓12的螺纹杆部分外露，其余部分预埋在承台1内部；承台预埋法兰8的中心线垂直于承台1顶面。

图4为本发明的装配实例相邻节段装配前示意图，图5为本发明的装配实例相邻节段装配后示意图，图6为本发明的节段预埋法兰大样图，其中：(a)为节段预埋法兰正立面图， (b)为节段预埋法兰侧立面图，(c)为节段预埋法兰平面图。所述预制节段2为圆形或矩形截面的钢筋混凝土结构，预应力筋4从预制节段2的中央穿过；预制节段2的底部设置节段预埋法兰7，节段预埋法兰7由预埋钢管15、焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16、6个与钢管外壁及第一环形钢板垂直焊接的三角形加劲肋17组成，6个预留螺栓孔18均匀分布在第一环形钢板16上，预留螺栓孔18与加劲肋17相间分布，该法兰预埋钢管15的底面与预制节段2底面平齐，且法兰预埋钢管15的外径与预制节段2直径相等；预制节段2顶部设置节段预埋法兰 7，节段预埋法兰7由预埋钢管15、焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16、6个与钢管外壁及第一环形钢板垂直焊接的三角形加劲肋17组成，6个预留螺栓孔18均匀分布在第一环形钢板 16上，预留螺栓孔18与加劲肋17相间分布，上述法兰预埋钢管15的顶面与预制节段2的顶面平齐，且法兰预埋钢管15的外径与预制节段2直径相等；节段预埋法兰7的中心线与预制节段2端面垂直。

所述预制盖梁3为矩形或方形截面的钢筋混凝土结构，预制盖梁3的中央布置预应力筋4 的预留孔道，预应力筋张拉锚固端6设置在预制盖梁3顶部，预制盖梁3的顶部设置张拉锚固端的预留空间；预制盖梁3的底部设置盖梁预埋法兰8，盖梁预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成，盖梁预埋法兰8的第一环形钢板16顶面与预制盖梁3 底面平齐，预埋钢管15一部分埋入预制盖梁3内部，另一部分伸出盖梁3，混凝土浇筑后该伸出盖梁3的部分形成局部钢管约束混凝土；6根预埋螺栓12沿周向均匀分布在第一环形钢板16上，预埋螺栓12的螺纹杆部分外露，其余部分预埋在预制盖梁3内部；盖梁预埋法兰8 的中心线垂直于承台1顶面。盖梁预埋法兰8预埋在盖梁中，承台预埋法兰8预埋在承台中，两者的构造形式、尺寸、材料完全相同。

图7为本发明的第一类设计方案中外置法兰大样图，其中：(a)为外置法兰正立面图， (b)为外置法兰侧立面面图，(c)为外置法兰平面图，(d)为C-C断面图。所述外置法兰9的第一类设计方案由外置钢管19、焊接在钢管两端外壁上的第二环形钢板25、软钢片10、内置弹簧20及预留螺栓孔18组成；2个第二环形钢板25上均匀分布12个预留螺栓孔18，且上下端对应的预留螺栓孔18的圆心连线与第二环形钢板25垂直；内置弹簧20采用挤压弹簧，内置弹簧20与上下端的第二环形钢板25焊接为一体，6个弹簧均匀分布在外置法兰9的内部，且内置弹簧20与预留螺栓孔18相间分布；软钢片10采用X型软钢薄板，软钢片10与上下端的第二环形钢板25焊接为一体，在预留螺栓孔18与内置弹簧20之间分布1个软钢片10，共计12个软钢片；整个装置都需涂抹防锈漆，进行防锈蚀处理。

承台(盖梁)预埋法兰8由预埋钢管15和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16组成；6 根预埋螺栓12沿周向均匀分布在第一环形钢板16上。

节段预埋法兰7由预埋钢管15、焊接在钢管外壁上的第一环形钢板16、6个与钢管外壁及第一环形钢板垂直焊接的三角形加劲肋17组成；6个预留螺栓孔18均匀分布在第一环形钢板16上，预留螺栓孔18与加劲肋17相间分布。

图8为本发明的第二类设计方案中外置法兰大样图，其中：(a)为外置法兰正立面图， (b)为外置法兰侧立面面图，(c)为外置法兰平面图，(d)为D-D断面图。外置法兰9的第二类设计方案由“匚”形钢套板、软钢片10、内置弹簧20及预留螺栓孔18组成；外置法兰9的上下端钢板分布4个预留螺栓孔18；内置弹簧20采用挤压弹簧，内置弹簧20的上下端与钢套板焊接为一体，且内置弹簧20分布在相邻预留螺栓孔18之间；软钢片10采用X型软钢薄板，软钢片10与上下端的钢板焊接为一体，在预留螺栓孔18与内置弹簧20之间分布1个软钢片10，共计2个软钢片；整个装置都需涂抹防锈漆，进行防锈蚀处理。

在实际应用中，预应力筋的截面布置形式为对称布置或四周布置，其数量可以为2根、 3根甚至更多；外置法兰、预埋法兰构件内的预留螺栓孔的布置方式、数量可以根据截面作相应的调整，数量可以呈偶数倍形式增减，例如10个、12个甚至更多；外置法兰内的软钢、内置弹簧的布置方式、数量可以根据桥墩截面作相应的调整，数量可以增加为9个、10个甚至更多；外置法兰构件内的软钢薄板可以为三角形、菱形、带有菱形穿孔的软钢片，软钢的布置方式、数量可以根据实际需要作出相应的调整。

实施例二

上述一种具有耗能及自复位功能的法兰连接预制拼装桥墩结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：完成承台1、预制节段2与预制盖梁3的预制工作。各构件绑扎钢筋笼、安放预埋法兰及预埋螺栓、预应力筋预留管道，定位后浇筑混凝土；预制承台1时需将预应力筋非张拉锚固端5和预应力筋4一同预埋；预制盖梁3时应在顶部预留预应力筋张拉锚固端6凹槽。

步骤2：承台1与底部预制节段之间装配，将外置法兰9吊装至对应预埋螺栓12上方，此时外露的螺纹杆与外置法兰9下侧的预留螺栓孔18应一一对应，之后对接安装；将预制节段 2吊装至对应的外置法兰9上方，此时节段预埋法兰7的预留螺栓孔18与外置法兰9上侧的预留螺栓孔18应一一对应，之后对接安装螺栓。

步骤3：各预制节段之间装配，将外置法兰9吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰7 上的预留螺栓孔18与外置法兰9下侧的螺栓预留孔18应一一对应，之后对接安装；将下一节段吊装至外置法兰上方，此时节段预埋法兰7的预留螺栓孔18与外置法兰9上侧的螺栓预留孔18应一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤4：顶部预制节段与预制盖梁3之间装配，将外置法兰9吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰7上的预留螺栓孔18与外置法兰9下侧的螺栓预留孔18应一一对应，之后对接安装；将预制盖梁3吊装至对应的外置法兰9上方，此时预制盖梁外露的螺纹杆与外置法兰9 上侧的预留螺栓孔18应一一对应，之后对接安装螺栓。

步骤5：待各构件安装完成后，在墩顶通过千斤顶对无粘结预应力筋4进行张拉，张拉完成后用水泥砂浆对预制盖梁顶部凹槽进行浇筑、填实。

步骤6：待桥墩组装完成后，对法兰和螺栓等构件涂抹防锈漆，进行防锈蚀处理；最后，将密封钢板21与接缝处的法兰构件焊接为一体，起到保护内部装置的作用。

综上所述，本发明实施例的法兰连接预制拼装桥墩结构具有如下的有益效果：

(1)在地震作用时，内置的软钢发生屈服变形以提供额外的耗能，有效地提高了桥墩的耗能能力；同时，内置的弹簧能有效地复位节段间张合的接缝，有效地提高了桥墩的自复位能力；

(2)混凝土构件之间采用螺栓连接，螺栓能稳定地传递剪力，有效地防止桥墩节段的相互错动；

(3)外置法兰和预埋法兰构件制作简单、施工与维护方便，使用年限长，减震效果稳定；

(4)法兰构件的设计和预埋的螺栓使节段在施工装配时可以起到很好的定位对接作用，加快现场施工效率；

(5)本发明中大量采用传统建筑材料，造价低廉，性能稳定，可规模化生产；

(6)本发明施工方法简单，操作方便，施工效率高，结构耐久性好，提高耐久性的措施主要为外置法兰焊接密封钢板、预应力筋张拉锚固端浇筑水泥砂浆以及法兰涂抹防锈漆；

(7)本发明采用外置式设计，易于更换；

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种法兰连接预制拼装桥墩结构，其特征在于，包括：承台(1)、预制节段(2)、预制盖梁(3)、预应力筋(4)、预应力筋非张拉锚固端(5)、预应力筋张拉锚固端(6)、节段预埋法兰(7)、承台/盖梁预埋法兰(8)和外置法兰(9)；

4个预制节段(2)的两端面对齐，并且依次垂直叠放在承台(1)上，预制盖梁(3)设置在预制节段(2)上，承台(1)、预制节段(2)、预制盖梁(3)通过预应力筋(4)连接形成整体，预应力筋的非张拉锚固端(5)预埋在承台(1)内，预应力筋的张拉锚固端(6)设置在预制盖梁(3)顶部，所述承台(1)与底部预制节段(2)之间、各预制节段(2)之间、顶部预制节段(2)与预制盖梁(3)之间均通过法兰构件进行连接，所述法兰构件包括节段预埋法兰(7)、承台/盖梁预埋法兰(8)与外置法兰(9)；

所述外置法兰(9)的第一类设计方案由外置钢管(19)、焊接在外置钢管两端外壁上的第二环形钢板(25)、软钢片(10)、内置弹簧(20)及预留螺栓孔(18)组成；2个第二环形钢板(25)上均匀分布12个预留螺栓孔(18)，且上下端对应的预留螺栓孔(18)的圆心连线与第二环形钢板(25)垂直；内置弹簧(20)采用挤压弹簧，内置弹簧(20)与上下端的第二环形钢板(25)焊接为一体，6个弹簧均匀分布在外置法兰(9)的内部，且内置弹簧(20)与预留螺栓孔(18)相间分布；软钢片(10)采用X型软钢薄板，软钢片(10)与上下端的第二环形钢板(25)焊接为一体，在预留螺栓孔(18)与内置弹簧(20)之间分布1个软钢片(10)，共计12个软钢片，将密封钢板(21)与接缝处的法兰构件焊接为一体；

所述外置法兰(9)的第二类设计方案由“匚”形钢套板、软钢片(10)、内置弹簧(20)及预留螺栓孔(18)组成；外置法兰(9)的上下端钢板分布4个预留螺栓孔(18)；内置弹簧(20)采用挤压弹簧，内置弹簧(20)的上下端与钢套板焊接为一体，且内置弹簧(20)分布在相邻预留螺栓孔(18)之间；软钢片(10)采用X型软钢薄板，软钢片(10)与上下端的钢板焊接为一体，在预留螺栓孔(18)与内置弹簧(20)之间分布1个软钢片(10)，共计2个软钢片，将密封钢板(21)与接缝处的法兰构件焊接为一体。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，预应力筋(4)为无粘结预应力钢绞线，位于预制节段(2)的横截面中央。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，承台(1)为矩形截面的钢筋混凝土结构，承台(1)顶部设置承台预埋法兰(8)，承台预埋法兰(8)由预埋钢管(15)和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板(16)组成，承台预埋法兰(8)的第一环形钢板(16)的底面与承台(1)的顶面平齐，预埋钢管(15)的一部分埋入承台(1)内部，另一部分伸出承台(1)，混凝土浇筑后该伸出承台(1)的部分形成局部钢管约束混凝土；承台(1)的中央布置预应力筋(4)的预留孔道，预应力筋的非张拉锚固端(5)预埋在承台(1)内；6根预埋螺栓(12)沿周向均匀分布在第一环形钢板(16)上，预埋螺栓(12)的螺纹杆部分外露、其余部分预埋在承台(1)内部，承台预埋法兰(8)的中心线垂直于承台(1)顶面。

4.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，承台(1)顶部设置承台预埋法兰(8)，承台预埋法兰(8)由预埋钢管(15)和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板(16)组成，承台预埋法兰(8)的第一环形钢板(16)的底面与承台(1)的顶面平齐，承台预埋法兰(8)的中心线垂直于承台(1)顶面。

5.根据权利要求3所述的结构，其特征在于，预制节段(2)为圆形或矩形截面的钢筋混凝土结构，预应力筋(4)从预制节段(2)的中央穿过，预埋钢管(15)的底面与预制节段(2)底面平齐，且预埋钢管(15)的外径与预制节段(2)的直径相等；预埋钢管(15)的顶面与预制节段(2)的顶面平齐，且预埋钢管(15)的外径与预制节段(2)的直径相等。

6.根据权利要求5所述的结构，其特征在于，预制节段(2)的两端设置节段预埋法兰(7)，节段预埋法兰(7)由预埋钢管(15)、焊接在钢管外壁上的第一环形钢板(16)、6个与钢管外壁及第一环形钢板垂直焊接的三角形加劲肋(17)组成，6个预留螺栓孔(18)均匀分布在第一环形钢板(16)上，预留螺栓孔(18)与加劲肋(17)相间分布，节段预埋法兰(7)的中心线与预制节段(2)端面垂直。

7.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，预制盖梁(3)为矩形截面的钢筋混凝土结构，预制盖梁(3)的中央布置预应力筋(4)的预留孔道，预应力筋张拉锚固端(6)设置在预制盖梁(3)的顶部。

8.根据权利要求7所述的结构，其特征在于，预制盖梁(3)的底部设置盖梁预埋法兰(8)，盖梁预埋法兰(8)由预埋钢管(15)和焊接在钢管外壁上的第一环形钢板(16)组成，盖梁预埋法兰(8)的第一环形钢板(16)的顶面与预制盖梁(3)的底面平齐，预埋钢管(15)一部分埋入预制盖梁(3)内部，另一部分伸出盖梁(3)，混凝土浇筑后该伸出盖梁(3)的部分形成局部钢管约束混凝土；6根预埋螺栓(12)沿周向均匀分布在第一环形钢板(16)上，预埋螺栓(12)的螺纹杆部分外露、其余部分预埋在预制盖梁(3)内部；盖梁预埋法兰(8)的中心线垂直于承台(1)顶面。

9.一种权利要求1至8任一项所述的法兰连接预制拼装桥墩结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：完成承台(1)、预制节段(2)与预制盖梁(3)的预制工作；各构件绑扎钢筋笼、安放预埋法兰及预埋螺栓、预应力筋预留管道，定位后浇筑混凝土；预制承台(1)时将预应力筋非张拉锚固端(5)和预应力筋(4)一同预埋；预制盖梁(3)时在顶部预留预应力筋张拉锚固端(6)凹槽；

步骤2：承台(1)与底部预制节段之间装配，将外置法兰(9)吊装至对应预埋螺栓(12)上方，外露的螺纹杆与外置法兰(9)下侧的预留螺栓孔(18)一一对应，之后对接安装；将预制节段(2)吊装至对应的外置法兰(9)上方，节段预埋法兰(7)的预留螺栓孔(18)与外置法兰(9)上侧的预留螺栓孔(18)一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤3：各预制节段之间装配，将外置法兰(9)吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰(7)上的预留螺栓孔(18)与外置法兰(9)下侧的螺栓预留孔(18)一一对应，之后对接安装；将下一节段吊装至外置法兰上方，此时节段预埋法兰(7)的预留螺栓孔(18)与外置法兰(9)上侧的螺栓预留孔(18)一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤4：顶部预制节段与预制盖梁(3)之间装配，将外置法兰(9)吊装至上一节段上方，此时节段预埋法兰(7)上的预留螺栓孔(18)与外置法兰(9)下侧的螺栓预留孔(18)一一对应，之后对接安装；将预制盖梁(3)吊装至对应的外置法兰(9)上方，预制盖梁外露的螺纹杆与外置法兰(9)上侧的预留螺栓孔(18)一一对应，之后对接安装螺栓；

步骤5：待各构件安装完成后，在墩顶通过千斤顶对无粘结预应力筋(4)进行张拉，张拉完成后用水泥砂浆对预制盖梁顶部凹槽进行浇筑、填实；

步骤6：待桥墩组装完成后，对法兰和螺栓构件涂抹防锈漆，进行防锈蚀处理，再将密封钢板(21)与接缝处的法兰构件焊接为一体。

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