CN111335153A - 一种拼装式空心墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁工程，特别设计一种拼装式空心墩及其施工方法，拼装式空心墩包括：承台，该承台设置于空心墩的下端；空心墩主体；盖梁，设置于空心墩主体上端；空心墩主体主要由空心墩单元拼接而成；空心墩还包括预应力钢筋；预应力钢筋上端与盖梁固定连接，下端固结于承台下方或承台上。空心墩单元包括：插入部，该拼装部设置于单元主体的一端；接入部，该接入部设置于单元主体的领一端。插入部上分布有向空心墩单元外凸出的剪力键；接入部上分布有与剪力键对应的剪力槽。本发明的拼装式空心墩通过设置上述的预应力钢筋和上述剪力键的设置，使本拼装式空心墩不仅具有良好自复位能力、耗能能力又具有较强抗剪切和扭转能力。

Description

一种拼装式空心墩及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程，特别设计一种拼装式空心墩及其施工方法。

背景技术

目前我国正努力在西部高烈度震区推广节段拼装桥墩技术，而具有节省圬工、减轻结构自重等优点的空心墩，其在一定程度上具有降低地震惯性力提高桥梁整体安全性的能力，故预制节段拼装空心墩连接技术将是未来西部高烈度震区桥梁工程建设的一个重要发展方向。对于高烈度震区的节段拼装桥墩，除具有良好的自复位能力和较强的耗能能力外，还应具备足够的抗剪能力和抗扭能力。既有的连接措施中，现在的拼装桥墩具有一定自复位能力和耗能能力，但均不能同时满足抗剪切和抗扭转的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有良好自复位能力、耗能能力又具有较强抗剪切和扭转能力的拼装式空心墩。

为了实现上述目的，本申请采用的技术方案是一种拼装式空心墩，其特征在于，包括：

承台，该承台设置于所述空心墩的下端；

空心墩主体，该空心墩主体支撑于承台上；

盖梁，该盖梁设置于空心墩主体上端；

其中，所述空心墩主体主要由竖向堆叠的空心墩单元拼接而成；

所述空心墩还包括依次穿过空心墩单元、位于空心墩单元内侧的预应力钢筋；

所述预应力钢筋上端与盖梁固定连接，下端固结于承台下方或承台上。

所述空心墩单元包括：

插入部，该拼装部设置于单元主体的一端；

接入部，该接入部设置于单元主体的领一端，用于与相邻的空心墩单元的插入部对接。

所述插入部上分布有向空心墩单元外凸出的剪力键；所述接入部上分布有与所述剪力键对应的剪力槽。

本发明的拼装式空心墩通过设置上述的预应力钢筋和上述剪力键的设置，使本拼装式空心墩不仅具有良好自复位能力、耗能能力又具有较强抗剪切和扭转能力，设置剪力键使得节段之间的拼装实现嵌入式承插。

进一步地是，所述剪力键沿空心墩单元的一端边沿环向分布。

进一步地是，所述插入部为空心的锥体结构，所述剪力键为分布于锥面上的棱柱体。这里的棱柱体可以是长方体、正方体或多棱柱体等。

进一步地是，所述预应力钢筋设置于空心墩主体轴心位置，该预应力钢筋周围分布有位于空心墩单元内侧的第一辅助筋，所述第一辅助筋与预应力钢筋平行设置，设置第一辅助筋以使本拼装式空心墩有更高的强度，即让空心墩单元之间更加稳固。

进一步地是，所述预应力钢筋周围分布有位于空心墩单元内侧的第二辅助筋，所述第二辅助筋与第一辅助筋交错分布。

进一步地是，所述第二辅助筋为纤维增强聚合物形成的钢筋。纤维增强聚合物筋，利用其弹性极限强度明显高于耗能钢筋的本构特性，确保桥墩承载力在耗能钢筋屈服后依然有效增加，从而有效提高桥墩屈服后的抗侧刚度。这里的纤维增强聚合物可以是聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、芳纶纤维中的任意一种或多种的组合。

进一步地是，所述承台上设置有凹槽，该凹槽用于收纳位于空心墩主体底端的空心墩单元下端部分；所述位于空心墩主体底端的空心墩单元与凹槽内壁之间预留有用于浇筑混凝土的接缝。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种拼装式空心墩施工方法，包括以下步骤：

S1、准备盖梁、空心墩单元、预应力钢筋、热轧带肋钢筋、纤维增强聚合物筋；所述盖梁、空心墩单元均预留孔道；这里的孔道可以采用波纹孔道；

S2、现场浇筑承台并将无粘结的预应力钢筋的下端锚固于承台中；

S3、吊装支撑于承台上的空心墩单元并精确定位，使空心墩单元下部位于承台内并预留用于浇筑混凝土的接缝；

S4、现浇混凝土与接缝中，使位于承台内的空心墩单元固结于承台中；

S5、依次吊装其他空心墩单元，使空心墩单元拼接成空心墩主体；

S6、热轧带肋钢筋和纤维增强聚合物筋放置到预留的孔道内；

S7、吊装盖梁并使热轧带肋钢筋、纤维增强聚合物筋和预应力钢筋穿设在盖梁中预留的孔道内；

S8、对预留孔道进行分段压力灌浆并确保灌浆充满密实；

S9、采用环氧树脂或聚合物砂浆胶结材料对拼接缝处进行密封；

S10、张拉预应力钢筋，封锚。

采用本拼装式空心墩施工方法建造的拼装式空心墩不仅具有良好自复位能力、耗能能力还具有较强抗剪切和扭转能力。

具体的是，步骤S5、S6、S8循环进行直至到达预设高度后进行步骤S7。对于施工较高桥墩时，优选的采用该方式进行施工。

本发明的有益效果是：

本拼装式空心墩通过混合布置纤维增强聚合物筋和热轧带肋钢筋能充分发挥钢材的抗拉性能，且新型齿型剪力键的设计又能充分利用混凝土的抗压性能。相对既有的连接方式，本发明既具有良好自复位能力及耗能能力又具有较强抗剪切能力和抗扭转能力，满足高烈度震区预制节段拼装桥墩的抗震性能需求。同时，采用该新型连接构造的节段墩拼装时无需设计附属装置及繁杂设备，因而构造简单、施工便捷，即迎合了节段拼装桥墩建造技术的快速施工、环境友好、降低施工作业人员的危险性以及降低建造成本等优点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分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

构成本发明的一部分的附图用来辅助对本发明的理解，附图中所提供的内容及其在本发明中有关的说明可用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为用于说明实施例中拼装式空心墩的结构示意图；

图2为用于说明实施例中预制混凝土矩形空心墩中间节段的仰视斜视示意图；

图3为用于说明实施例中预制混凝土矩形空心墩中间节段的俯视斜视示意图；

图4为用于说明实施例中预制混凝土矩形空心墩中间节段的仰视示意图；

图5为用于说明实施例中预制混凝土矩形空心墩底部节段的俯视斜视示意图；

图6为用于说明实施例中预制混凝土矩形空心墩底部节段的仰视示意图；

图7为用于说明实施例中盖梁的仰视斜视示意图；

图8为用于说明实施例中盖梁的俯视斜视示意图；

图9为用于说明实施例中承台的示意图；

图10为用于说明实施例中拼装式空心墩的将盖梁分离的结构示意图；

图11为用于说明实施例中拼装式空心墩的施工步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行清楚、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：

本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。

此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一分部的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

关于本发明中术语和单位。本发明的说明书和权利要求书及有关的部分中的术语“包括”以及它的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

如图1-10，本实施例中提供了一种即具有良好自复位能力及耗能能力又具有较强抗剪切能力和抗扭转能力的拼装式空心墩。本发明在充分利用混凝土抗压性能的基础上，结合预应力钢筋及耗能钢筋的混合布置，以满足高烈度震区桥墩自复位、高耗能及弯剪扭性能良好的抗震需求。

预制节段拼装桥墩因其具有工厂化、模块化、施工质量高、施工周期短、降低桥梁的全寿命成本及降低对周围交通的干扰，同时减小施工对桥下和周围环境或环境敏感地区的影响和提高在高空、海上、高速公路等危险地带施工作业人员安全等特点，相对传统的现浇施工技术具有明显的优越性。

本拼装空心墩包括承台1，盖梁2，预制混凝土矩形空心墩底部节段3，预制混凝土矩形空心墩中间节段4，预应力钢筋5，耗能钢筋即普通热轧带肋钢筋6，自复位钢筋即纤维增强聚合物筋7，预制节段齿型剪力键8，现浇混凝土9。预制节段齿型剪力键8环形分布在预制混凝土矩形空心墩底部节段3和预制混凝土矩形空心墩中间节段4上。

盖梁2、预制混凝土矩形空心墩底部节段3和预制混凝土矩形空心墩中间节段4均预留有预应力钢筋5的孔道、耗能钢筋即普通热轧带肋钢筋6的孔道和自复位钢筋即纤维增强聚合物筋7的孔道。即前述预应力钢筋5的孔道位于盖梁2和承台1上，耗能钢筋即普通热轧带肋钢筋6的孔道和自复位钢筋即纤维增强聚合物筋7的孔道除设置于盖梁2、承台1上以外，还设置在预制混凝土矩形空心墩底部节段3和预制混凝土矩形空心墩中间节段4上的预制节段齿型剪力键8上。盖梁2上端、承台1下端上均设置凹槽，预应力钢筋5的上端、下端分别收纳于前述的盖梁2上端、承台1下端的凹槽内，并且在预应力钢筋5的上端、下端设置弹性件抵接在凹槽内，

预应力筋5下端锚固并浇筑于承台中1。预制混凝土矩形空心墩底部节段3与承台1之间通过现浇混凝土9进行承插式连接，承插式深度可参照不低于矩形空心墩短边长度的1.5倍执行，外露长度与预制混凝土矩形空心墩中间节段4长度相同。相邻预制混凝土矩形空心墩中间节段4之间以及预制混凝土矩形空心墩中间节段4和预制混凝土矩形空心墩底部节段3、盖梁2之间由普通热轧带肋钢筋6和纤维增强聚合物筋7贯穿预留孔道并通过压力灌浆连接，潜在塑性铰区普通热轧带肋钢筋6和纤维增强聚合物筋7的数量根据不同抗震等级及桥墩抗震需求计算确定。

通过张拉预应力筋5提供节段拼装桥墩整体稳定性。预制混凝土矩形空心墩底部节段3和预制混凝土矩形空心墩中间节段4外露的预制节段齿型剪力键8用来提高相邻预制混凝土矩形空心墩中间节段4之间以及预制混凝土矩形空心墩中间节段4和预制混凝土矩形空心墩底部节段3、盖梁2之间的抗剪和抗扭能力，齿型剪力键8采用高强混凝土>C50且强度应大于节段混凝土强度，同时齿型剪力键8外露高度不超过矩形空心墩的壁厚并布置一定量的构造钢筋。普通热轧带肋钢筋6和纤维增强聚合物筋7用来提高节段拼装桥墩的自复位能力和耗能能力。当普通热轧带肋钢筋6和纤维增强聚合物筋7需要接长时，采用焊接接头或钢筋机械连接接头对普通热轧带肋钢筋6进行接长，采用纤维增强聚合物筋7的相应连接器对其进行接长。拼接缝可以采用环氧树脂或聚合物砂浆等胶结材料进行密封提高预制节段拼装空心墩的耐久性。

参考图11，对上述的拼装空心墩进行施工建造，步骤如下：

一，在工厂预制好盖梁2、预制混凝土矩形空心墩底部节段3、预制混凝土矩形空心墩中间节段4以及准备好预应力钢筋5、耗能钢筋即普通热轧带肋钢筋6、自复位钢筋即纤维增强聚合物筋7等前期工作，并确保加工质量和精度；

二，现场浇筑承台1并将无粘结预应力钢筋5的下端锚固于承台中；

三，吊装预制混凝土矩形空心墩底部节段3并精确定位；

四，现浇混凝土9；

五，依次循环吊装预制混凝土矩形空心墩中间节段4，完毕；

六，将耗能钢筋即普通热轧带肋钢筋6和自复位钢筋即纤维增强聚合物筋7放置到预留孔道内；

七，吊装盖梁2；

八，对预留孔道进行分段压力灌浆并确保灌浆充满密实，对于高墩，步骤五、六、八可交错进行；

九，采用环氧树脂或聚合物砂浆等胶结材料进行密封对拼接缝处进行密封；

十，张拉预应力封锚。

以上对本发明的有关内容进行了说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。基于本发明的上述内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种拼装式空心墩，其特征在于，包括：

承台，该承台设置于所述空心墩的下端；

空心墩主体，该空心墩主体支撑于承台上；

盖梁，该盖梁设置于空心墩主体上端；

其中，所述空心墩主体主要由竖向堆叠的空心墩单元拼接而成；

所述空心墩还包括依次穿过空心墩单元、位于空心墩单元内侧的预应力钢筋；

所述预应力钢筋上端与盖梁固定连接，下端固结于承台下方或承台上；

所述空心墩单元包括：

插入部，该拼装部设置于单元主体的一端；

接入部，该接入部设置于单元主体的领一端，用于与相邻的空心墩单元的插入部对接。

所述插入部上分布有向空心墩单元外凸出的剪力键；所述接入部上分布有与所述剪力键对应的剪力槽。

2.如权利要求1所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述剪力键沿空心墩单元的一端边沿环向分布。

3.如权利要求2所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述插入部为空心的锥体结构，所述剪力键为分布于锥面上的棱柱体。

4.如权利要求1所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述预应力钢筋设置于空心墩主体轴心位置，该预应力钢筋周围分布有位于空心墩单元内侧的第一辅助筋，所述第一辅助筋与预应力钢筋平行设置。

5.如权利要求4所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述预应力钢筋周围分布有位于空心墩单元内侧的第二辅助筋，所述第二辅助筋与第一辅助筋交错分布。

6.如权利要求5所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述第二辅助筋为纤维增强聚合物形成的钢筋。

7.如权利要求1所述的一种拼装式空心墩，其特征在于，所述承台上设置有凹槽，该凹槽用于收纳位于空心墩主体底端的空心墩单元下端部分；所述位于空心墩主体底端的空心墩单元与凹槽内壁之间预留有用于浇筑混凝土的接缝。

8.拼装式空心墩施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备盖梁、空心墩单元、预应力钢筋、热轧带肋钢筋、纤维增强聚合物筋；所述盖梁、空心墩单元均预留波纹孔道；

S2、现场浇筑承台并将无粘结的预应力钢筋的下端锚固于承台中；

S3、吊装支撑于承台上的空心墩单元并精确定位，使空心墩单元下部位于承台内并预留用于浇筑混凝土的接缝；

S4、现浇混凝土与接缝中，使位于承台内的空心墩单元固结于承台中；

S5、依次吊装其他空心墩单元，使空心墩单元拼接成空心墩主体；

S6、热轧带肋钢筋和纤维增强聚合物筋放置到预留的波纹孔道内；

S7、吊装盖梁并使热轧带肋钢筋、纤维增强聚合物筋和预应力钢筋穿设在盖梁中预留的波纹孔道内；

S8、对预留波纹孔道进行分段压力灌浆并确保灌浆充满密实；

S9、采用环氧树脂或聚合物砂浆胶结材料对拼接缝处进行密封；

S10、张拉预应力钢筋，封锚。

9.如权利要求8所述的拼装式空心墩施工方法，其特征在于，步骤S5、S6、S8循环进行直至到达预设高度后进行步骤S7。

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