CN111926690A - 一种新型预制拼装桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型预制拼装桥墩，涉及桥梁工程领域。该新型预制拼装桥墩包括承台和预制桥墩节段，预制桥墩节段设在承台顶部，预制桥墩节段内部设有预应力筋，预应力筋与预制桥墩节段浇筑粘接，承台内部设有钢板，预应力筋与钢板捆绑连接，钢板与承台通过混凝土浇筑粘接，预制桥墩节段内部设有第一连接钢构件，第一连接钢构件设置为T字形，第一连接钢构件一端穿过预制桥墩节段延伸至预制桥墩节段外部。该新型预制拼装桥墩通过高强螺栓外侧与余量孔和限制插孔的挤压均产生能量耗散，减轻预制桥墩节段的地震作用，高强螺栓可以拆除和重新安装，具有很好的震后可恢复性，不影响震后的正常使用。

Description

一种新型预制拼装桥墩

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种新型预制拼装桥墩。

背景技术

桥梁结构是交通枢纽中的节点工程，需要保障在地震作用下的安全性。 装配式建筑是土木工程发展新方向，近年来得到蓬勃发展，我国是桥梁大国， 发展预制装配桥墩以最大限度的缩短建造时间,减小对生态环境的破坏和城 市的污染，成为桥梁界的共识。

按照接缝类型的不同，预制节段拼装桥墩有下述两类：在节段之间通过 后浇混凝土形成湿接缝，将预制节段设计成装配整体式桥墩；

接缝处纵向钢筋断开，将桥墩设计成摇摆体系，节段之间通过后张预应 力的方式连接成整体，形成预应力节段预制拼装桥墩。装配整体式桥墩抗震 性能较好，但钢筋现场连接困难，施工进度缓慢，且震后残余变形大，不适 合快速施工。预应力预制节段拼装摇摆桥墩具有快速施工、自复位能力等诸 多优点，是预制节段桥墩的发展方向；但这类桥墩存在耗能能力不高、抗剪 能力不足以及地震作用下节段混凝土易受压碎裂等缺点，在实际工程中的应 用受到了很大限制，亦阻碍了预制拼装桥墩技术的发展。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种新型预制拼装桥墩，以解决上 述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种新型预制拼 装桥墩，包括承台和预制桥墩节段，所述预制桥墩节段设在承台顶部，所述 预制桥墩节段内部设有预应力筋，所述预应力筋与预制桥墩节段浇筑粘接， 所述预应力筋一端穿过预制桥墩节段延伸至承台的内部，所述承台内部设有 钢板，所述预应力筋与钢板捆绑连接，所述钢板与承台通过混凝土浇筑粘接， 所述预制桥墩节段内部设有第一连接钢构件，所述第一连接钢构件设置为T 字形，所述第一连接钢构件一端穿过预制桥墩节段延伸至预制桥墩节段外部， 所述第一连接钢构件与预制桥墩节段通过混凝土浇筑粘接，所述第一连接钢 构件设在预制桥墩节段四周，所述预制桥墩节段前侧的第一连接钢构件与预 制桥墩节段后侧的第一连接钢构件相对于预制桥墩节段的中心对称，所述预 制桥墩节段一侧的第一连接钢构件与预制桥墩节段另一侧的第一连接钢构件 相对于预制桥墩节段对称，所述预制桥墩节段内部设有连接钢筋，所述连接 钢筋的两端分别与位于预制桥墩节段前、后侧以及预制桥墩节段两侧的第一 连接钢构件锚固连接，所述第一连接钢构件外侧设有第二连接钢构件，所述 第二连接钢构件与第一连接钢构件活动插接，所述第二连接钢构件与第一连 接钢构件的形状相匹配，所述第二连接钢构件外侧设有高强螺栓，所述高强 螺栓贯穿第一连接钢构件和第二连接钢构件，所述第一连接钢构件与第二连 接钢构件通过高强螺栓设置为可拆卸连接，所述第二连接钢构件一侧固定连 接有加强板，所述加强板与第二连接钢构件焊接，所述第二连接钢构件和加 强板均与承台通过混凝土预埋粘接，所述第二连接钢构件底部设有钢焊钉， 所述钢焊钉与承台通过混凝土预埋粘接，所述钢焊钉顶部与第二连接钢构件 底部焊接。

优选的，所述第一连接钢构件上开设有余量孔，所述余量孔设置为椭圆 形，所述第二连接钢构件上开设有限制插孔，所述限制插孔设置为圆形，所 述第一连接钢构件和第二连接钢构件均设置为耐候钢。

优选的，多个所述高强螺栓可以为扭剪型或者大六角型，所述高强螺栓 的尺寸根据所需的预紧力确定。

优选的，所述高强螺栓依次穿过其中一组限制插孔、余量孔和另一组限 制插孔，所述余量孔和限制插孔一一对应，所述余量孔和限制插孔的大小与 高强螺栓的尺寸相匹配。

优选的，所述预制桥墩节段的节段在工厂预制加工、养护，保证预制桥 墩节段施工质量，养护完成后运输至工地现场进行安装。

优选的，多个第一连接钢构件可用作预制桥墩节段吊装时的吊点，无须 进行额外的预制桥墩节段吊装设计，多个第一连接钢构件插入第二连接钢构 件，可用于预制桥墩节段的吊装定位。

优选的，所述预应力筋可以设置为钢丝索或碳纤维类索。

优选的，多个第一连接钢构件的余量孔在竖向布置一定的间隙，间隙的 高度根据预制桥墩节段墩顶位移需求来确定。

优选的，高强螺栓的数量根据预制桥墩节段所需的地震耗能需求来确定， 所述高强螺栓摩擦滑移耗能能力与预制桥墩节段的地震耗能能力一致。

本发明提供了一种新型预制拼装桥墩，其具备的有益效果如下：

1、该新型预制拼装桥墩小震和中震作用下，高强螺栓不滑动，预制桥墩 节段保持在弹性范围内，在大震作用下，高强螺栓滑动，第一连接钢构件与 第二连接钢构件接触面的滑移摩擦、高强螺栓外侧与余量孔和限制插孔的挤 压均产生能量耗散，减轻预制桥墩节段的地震作用，在地震后，高强螺栓可 以拆除和重新安装，具有很好的震后可恢复性，不影响震后的正常使用，该 发明采用高强螺栓连接和耗能，适用于地震区的自复位桥墩体系和减震体系， 为震后快速恢复桥梁交通功能提供支撑。

2、该新型预制拼装桥墩在混凝土受压接触区域采用钢板接触，钢板一方 面分散接触面的受力，减小混凝土受力，另一方面保证混凝土处于三向受压 状态，提高混凝土的抗压能力，从而防止混凝土的受压碎裂破坏。

3、该新型预制拼装桥墩通过高强螺栓增加了预制桥墩节段与承台连接 区域的抗剪能力，提高了预制桥墩节段的稳定性和连接的可靠性，防止预制 桥墩节段与承台连接受剪破坏。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的局部剖视图；

图3为本发明第一连接钢构件与第二连接钢构件连接结构示意图；

图4为本发明预制桥墩节段的俯视图；

图5为本发明各构件受力示意图；

图6为本发明第一连接钢构件结构示意图；

图7为本发明第二连接钢构件结构示意图。

图中：1、预应力筋；2、预制桥墩节段；3、连接钢筋；4、第一连接钢 构件；5、高强螺栓；6、第二连接钢构件；7、钢焊钉；8、承台；9、余量孔； 10、限制插孔；11、加强板。

具体实施方式

本发明实施例提供一种新型预制拼装桥墩，如图1-7所示，包括承台8 和预制桥墩节段2，预制桥墩节段2设在承台8顶部，预制桥墩节段2内部设 有预应力筋1，预应力筋1与预制桥墩节段2浇筑粘接，预制桥墩节段2的节 段在工厂预制加工、养护，保证预制桥墩节段2施工质量，养护完成后运输 至工地现场进行安装，预应力筋1一端穿过预制桥墩节段2延伸至承台8的 内部，承台8内部设有钢板，预应力筋1与钢板捆绑连接，钢板与承台8通 过混凝土浇筑粘接，预制桥墩节段2内部设有第一连接钢构件4，第一连接钢 构件4设置为T字形，第一连接钢构件4一端穿过预制桥墩节段2延伸至预 制桥墩节段2外部，第一连接钢构件4与预制桥墩节段2通过混凝土浇筑粘 接，第一连接钢构件4设在预制桥墩节段2四周，预制桥墩节段2前侧的第 一连接钢构件4与预制桥墩节段2后侧的第一连接钢构件4相对于预制桥墩 节段2的中心对称，预制桥墩节段2一侧的第一连接钢构件4与预制桥墩节 段2另一侧的第一连接钢构件4相对于预制桥墩节段2对称，多个第一连接 钢构件4预埋在预制桥墩节段2内部，锚固方式可以是贯穿墩柱的多个连接 钢筋3，也可以通过钢焊钉7进行额外的连接，预制桥墩节段2内部设有连接 钢筋3，连接钢筋3的两端分别与位于预制桥墩节段2前、后侧以及预制桥墩 节段2两侧的第一连接钢构件4锚固连接，第一连接钢构件4外侧设有第二 连接钢构件6，第二连接钢构件6与第一连接钢构件4活动插接，第二连接钢 构件6与第一连接钢构件4的形状相匹配，第二连接钢构件6外侧设有高强 螺栓5，多个高强螺栓5可以为扭剪型或者大六角型，高强螺栓5的尺寸根据 所需的预紧力确定，高强螺栓5贯穿第一连接钢构件4和第二连接钢构件6， 第一连接钢构件4与第二连接钢构件6通过高强螺栓5设置为可拆卸连接， 通过合理设计保证第一连接钢构件4和第二连接钢构件6与高强螺栓5锚固， 在外荷载作用下不发生相对变形，第二连接钢构件6一侧固定连接有加强板 11，加强板11与第二连接钢构件6焊接，第二连接钢构件6和加强板11均 与承台8通过混凝土预埋粘接，加强板11可以加强混凝土浇筑后的连接作用， 第二连接钢构件6底部设有钢焊钉7，钢焊钉7与承台8通过混凝土预埋粘接， 钢焊钉7顶部与第二连接钢构件6底部焊接。

具体的，第一连接钢构件4上开设有余量孔9，余量孔9设置为椭圆形， 提供一个活动余量，第二连接钢构件6上开设有限制插孔10，限制插孔10设 置为圆形，方便高强螺栓5的插入和对齐，第一连接钢构件4和第二连接钢 构件6均设置为耐候钢，多个第一连接钢构件4可用作预制桥墩节段2吊装 时的吊点，无须进行额外的预制桥墩节段2吊装设计，多个第一连接钢构件4 插入第二连接钢构件6，可用于预制桥墩节段2的吊装定位，高强螺栓5依次 穿过其中一组限制插孔10、余量孔9和另一组限制插孔10，余量孔9和限制 插孔10一一对应，余量孔9和限制插孔10的大小与高强螺栓5的尺寸相匹 配。

进一步说明的，预应力筋1可以设置为钢丝索或碳纤维类索FRP。

另外的，多个第一连接钢构件4的余量孔9在竖向布置一定的间隙，间 隙的高度根据预制桥墩节段2墩顶位移需求来确定。

实施方式具体为：将预制桥墩节段2在工厂预制加工、养护，保证预制 桥墩节段2施工质量，养护完成，使用运输工具将预制桥墩节段2后运输至 工地现场进行安装，在其内部张拉预应力筋1，然后将预制桥墩节段2与承台 8之间使用第一连接钢构件4、第二连接钢构件6以及高强螺栓5然后进行锚 固，为充分说明本发明的突出情况，下文对本发明中预制桥墩节段2的受力 类别以及使用状态进行具体分析，以证明本发明可实现预制拼装桥墩快速施 工、运维可靠、抗震优异、震后可恢复等目标，促进预制拼装桥墩的技术发 展。

一：根据在实际使用的过程中的预制桥墩节段2的受力类别，本发明的 具体实现分为如下：

情况一、当预制桥墩节段2承受竖向荷载，其直接通过预制桥墩节段2 与承台8的接触面传递给承台8，高强螺栓5与第一连接钢构件4和第二连接 钢构件6之间基本不受力。

情况二、当预制桥墩节段2承受水平剪力，其一方面通过预制桥墩节段2 与承台8的接触面的摩擦力传递给承台8，另一方面通过高强螺栓5和第一连 接钢构件4和第二连接钢构件6传递给承台8。

情况三、当预制桥墩节段2承受弯矩，其通过一侧高强螺栓5和预应力 筋1受拉以及另一侧的预制桥墩节段2受压传递给承台8，如不设预应力筋1， 则其通过一侧的高强螺栓5受拉以及另一侧预制桥墩节段2受压传递给承台 8。

进一步，当预制桥墩节段2承受多种荷载，包括竖向荷载、水平剪力和 弯矩时，各构件受力为分别为上述三种情况的叠加。

二、根据预制桥墩节段2在使用过程中的使用状态，本发明的具体实现 分为如下：

情况一、在正常使用情况下，预制桥墩节段2主要承受竖向荷载和一定 的水平荷载，高强螺栓5不发生滑移，预制桥墩节段2荷载主要通过预制桥 墩节段2与承台8的接触面传递给承台8，高强螺栓5与第一连接钢构件4以 及第二连接钢构件6承受的荷载很小。

情况二、在小震和中震作用下，预制桥墩节段2承受较大的竖向荷载和 水平荷载，高强螺栓5不发生滑移，竖向荷载通过预制桥墩节段2与承台8 的接触面传递给承台8，水平剪力主要通过预制桥墩节段2与承台8的接触面 的摩擦力以及通过高强螺栓5与第一连接钢构件4以及第二连接钢构件6传 递给承台8，弯矩主要通过高强螺栓5和预制桥墩节段2受压传递给承台8。

情况三、在大震作用下，预制桥墩节段2承受较大的竖向荷载和水平荷 载，高强螺栓5发生滑移，竖向荷载通过预制桥墩节段2与承台8的接触面 传递给承台8，水平剪力主要通过预制桥墩节段2与承台8的接触面的摩擦力 以及通过高强螺栓5与第一连接钢构件4和第二连接钢构件6传递给承台8， 弯矩通过高强螺栓5和预应力筋1受拉以及另一侧的预制桥墩节段2受压传 递给承台8。

工作原理：预制桥墩节段2采用第一连接钢构件4、第二连接钢构件6以 及高强螺栓5进行锚固，现场无需浇筑混凝土，在混凝土的受压接触区域采 用钢板接触，钢板一方面分散接触面的受力，减小混凝土受力，另一方面保 证混凝土处于三向受压状态，提高混凝土的抗压能力，从而防止混凝土的受 压碎裂破坏；高强螺栓5增加了预制桥墩节段2与承台8之间连接区域的抗 剪能力，提高了预制桥墩节段2的稳定性和连接的可靠性，防止预制桥墩节 段2与承台8之间的连接受剪力破坏，在小震和中震作用下，高强螺栓5不 滑动，预制桥墩节段2保持在弹性范围内，在大震作用下，高强螺栓5滑动， 接触面的滑移摩擦、高强螺栓5外壁与余量孔9和限制插孔10的挤压均产生 能量耗散，减轻预制桥墩节段2与承台8受的地震作用；在地震发生后，高 强螺栓5可以拆除和重新安装，具有很好的震后可恢复性，不影响震后的正 常使用，高强螺栓5具有强度高、耗能能力强、便于加工和安装等优点，将高强螺栓5引入对拼装桥墩的制作步骤中，预制桥墩节段2与承台8间采用 高强螺栓5进行锚固，可有效提高对预制桥墩节段2的安装效率，另一方面， 通过合理设计，在强震作用下高强螺栓5与第一连接钢构件4和第二连接钢 构件6发生摩擦滑移，耗散大量的地震能量输入，可提高制造后的桥墩抗震 性能，另外，震后高强螺栓5方便拆除和重新安装，实现震后快速修复而不 影响上部交通正常通行。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种新型预制拼装桥墩，包括承台(8)和预制桥墩节段(2)，其特征在于：所述预制桥墩节段(2)设在承台(8)顶部，所述预制桥墩节段(2)内部设有预应力筋(1)，所述预应力筋(1)与预制桥墩节段(2)浇筑粘接，所述预应力筋(1)一端穿过预制桥墩节段(2)延伸至承台(8)的内部，所述承台(8)内部设有钢板，所述预应力筋(1)与钢板捆绑连接，所述钢板与承台(8)通过混凝土浇筑粘接，所述预制桥墩节段(2)内部设有第一连接钢构件(4)，所述第一连接钢构件(4)设置为T字形，所述第一连接钢构件(4)一端穿过预制桥墩节段(2)延伸至预制桥墩节段(2)外部，所述第一连接钢构件(4)与预制桥墩节段(2)通过混凝土浇筑粘接，所述第一连接钢构件(4)设在预制桥墩节段(2)四周，所述预制桥墩节段(2)前侧的第一连接钢构件(4)与预制桥墩节段(2)后侧的第一连接钢构件(4)相对于预制桥墩节段(2)的中心对称，所述预制桥墩节段(2)一侧的第一连接钢构件(4)与预制桥墩节段(2)另一侧的第一连接钢构件(4)相对于预制桥墩节段(2)对称，所述预制桥墩节段(2)内部设有连接钢筋(3)，所述连接钢筋(3)的两端分别与位于预制桥墩节段(2)前、后侧以及预制桥墩节段(2)两侧的第一连接钢构件(4)锚固连接，所述第一连接钢构件(4)外侧设有第二连接钢构件(6)，所述第二连接钢构件(6)与第一连接钢构件(4)活动插接，所述第二连接钢构件(6)与第一连接钢构件(4)的形状相匹配，所述第二连接钢构件(6)外侧设有高强螺栓(5)，所述高强螺栓(5)贯穿第一连接钢构件(4)和第二连接钢构件(6)，所述第一连接钢构件(4)与第二连接钢构件(6)通过高强螺栓(5)设置为可拆卸连接，所述第二连接钢构件(6)一侧固定连接有加强板(11)，所述加强板(11)与第二连接钢构件(6)焊接，所述第二连接钢构件(6)和加强板(11)均与承台(8)通过混凝土预埋粘接，所述第二连接钢构件(6)底部设有钢焊钉(7)，所述钢焊钉(7)与承台(8)通过混凝土预埋粘接，所述钢焊钉(7)顶部与第二连接钢构件(6)底部焊接。

2.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：所述第一连接钢构件(4)上开设有余量孔(9)，所述余量孔(9)设置为椭圆形，所述第二连接钢构件(6)上开设有限制插孔(10)，所述限制插孔(10)设置为圆形，所述第一连接钢构件(4)和第二连接钢构件(6)均设置为耐候钢。

3.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：多个所述高强螺栓(5)可以为扭剪型或者大六角型，所述高强螺栓(5)的尺寸根据所需的预紧力确定。

4.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：所述高强螺栓(5)依次穿过其中一组限制插孔(10)、余量孔(9)和另一组限制插孔(10)，所述余量孔(9)和限制插孔(10)一一对应，所述余量孔(9)和限制插孔(10)的大小与高强螺栓(5)的尺寸相匹配。

5.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：所述预制桥墩节段(2)的节段在工厂预制加工、养护，保证预制桥墩节段(2)施工质量，养护完成后运输至工地现场进行安装。

6.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：多个第一连接钢构件(4)可用作预制桥墩节段(2)吊装时的吊点，无须进行额外的预制桥墩节段(2)吊装设计，多个第一连接钢构件(4)插入第二连接钢构件(6)，可用于预制桥墩节段(2)的吊装定位。

7.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：所述预应力筋(1)可以设置为钢丝索或碳纤维类索(FRP)。

8.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：多个第一连接钢构件(4)的余量孔(9)在竖向布置一定的间隙，间隙的高度根据预制桥墩节段(2)墩顶位移需求来确定。

9.根据权利要求1所述的一种新型预制拼装桥墩，其特征在于：高强螺栓(5)的数量根据预制桥墩节段(2)所需的地震耗能需求来确定，所述高强螺栓(5)摩擦滑移耗能能力与预制桥墩节段(2)的地震耗能能力一致。

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