CN111962386A - 耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构及其施工方法。该桥墩结构包括：承台、墩身、预制节段、盖梁和无粘结预应力筋，墩身设置在承台上，盖梁设置在墩身上，承台、墩身和盖梁通过无粘结预应力筋连接形成整体，墩身由若干预制节段垂直堆叠构成；承台、预制节段及盖梁两两之间的接缝截面内均匀设置组合式钢销棒(铅销棒)剪力键，接缝区域外侧采用低碳钢耗能板连接。本发明利用组合式剪力键和低碳钢耗能板提高桥墩抗剪扭能力和耗能能力，同时采用多束分节段分散锚固的预应力筋调整桥墩不同高度的抗侧刚度，从而满足不同水平地震作用下的抗震需求。

Description

耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及预制节段拼装桥墩技术领域，尤其涉及一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构及其施工方法。

背景技术

与原位现浇桥梁相比，预制拼装桥梁(装配式桥梁)具有建造速度快、预制构件质量高、施工干扰因素少、施工安全风险小和绿色环保等一系列优点，尤其对于城市桥梁，采用预制拼装结构可有效地减少对城市区域既有交通的干扰，降低施工振动与噪声对周围居民的影响。鉴于上述诸多优点，近年来装配式桥梁受到广泛关注。相对于上部梁体，桥墩预制拼装技术的研究与应用尚处于起步阶段，目前主要集中于中低烈度地震设防区的跨江、跨海桥梁以及城市桥梁。对于高烈度区，由于节段间拼接构造接缝的存在，预制拼装桥墩的侧向约束相对较弱，其抗震性能可能会弱于现浇整体墩。由于预制拼装桥梁的地震实践尚为空白，相关研究积累和技术规范薄弱，限制了其在高烈度区的应用推广。因此，研发适用于高烈度区的耗能减震型自复位预制拼装桥墩结构形式及其施工方法，具有重要的科学意义和工程实用价值。

现有技术中的预制拼装桥墩结构的方案主要包括：

1.自复位系统

单束贯通预应力筋：预制节段拼装桥墩截面中心布置一束预应力筋，预应力筋锚固于承台和盖梁之间贯通桥墩。

2.抗剪、抗扭措施

(1)混凝土剪力键：每个混凝土节段的底部和顶部分别设置凸键和凹键，凸键、凹键可采用素混凝土，也可通过必要的配筋以保证与节段的整体性。

(2)钢剪力键：混凝土节段底部预埋钢销钉或钢管，顶部预留剪力键孔槽，上一节段的钢销钉或钢管穿过接缝插入下一节段的预留孔槽中，以加强相邻节段之间的连接性能。

3.耗能措施

(1)内置耗能装置：在预制节段内预埋金属波纹管，拼装时耗能钢筋或形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)棒穿过金属波纹管并贯通接缝，拼装完成后对金属波纹管内进行灌浆，使耗能钢筋或SMA棒与节段混凝土粘结。桥墩受力变形时，通过耗能钢筋或SMA棒的拉伸和压缩变形来耗能。

(2)外置耗能装置：在桥墩承台和底节段之间设置外置软钢、粘弹性阻尼器、防屈曲支撑等作为耗能构件，随桥墩摇摆变形耗散能量，从而有效提高预制节段拼装桥墩的耗能能力。

上述现有技术中的预制节段拼装桥墩结构方案的缺点为：

1.自复位系统

单束贯通预应力筋：桥墩沿高度方向抗剪、抗弯、抗扭能力均相等，但桥墩不同高度的截面所受弯矩不同，导致预制节段拼装桥墩的变形主要集中在承台与底节段接缝处，加剧了该区域混凝土的破坏。

2.抗剪、抗扭措施

(1)混凝土剪力键：在荷载作用下剪力键周围容易出现应力集中现象，严重时导致凸键剪断，凹键周围混凝土出现严重的斜裂缝，破坏后难以修复。

(2)钢剪力键：既有钢剪力键构造复杂，对施工精度要求较高，地震后容易产生较大塑性变形且不易更换。

2.耗能措施

(1)内置耗能装置：内置耗能钢筋或SMA棒震后不易更换，难以实现震后功能快速修复，配筋率设计不当时反而增大桥墩残余变形。

(2)外置耗能装置：外置耗能装置会显著增大底节段侧向刚度，引起桥墩潜在塑性铰区上移。部分外置耗能装置的构造形式复杂，恶劣服役条件下的耐久性和可靠性难以保证。

发明内容

本发明的实施例提供了一种耗能减震型自复位预制节段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，提供了一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，包括：

承台(1)、墩身(2)、预制节段(3)、盖梁(4)和无粘结预应力筋(5)，所述墩身(2)设置在所述承台(1)上，所述盖梁(4)设置在所述墩身(2)上，所述承台(1)、所述墩身(2)和所述盖梁(4)通过所述无粘结预应力筋(5)连接形成整体，所述墩身(2)由若干预制节段(3)垂直堆叠构成；

承台(1)、预制节段(3)及盖梁(4)两两之间的接缝截面内均匀设置钢销棒剪力键(6)和铅销棒剪力键(7)，接缝区域外侧采用低碳钢耗能板(8)连接。

优选地，所述承台(1)为矩形截面的钢筋混凝土结构，所述承台(1)内部预埋金属波纹管(9)，所述承台(1)顶面墩身范围内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)端面与承台(1)顶面平齐，所述承台(1)顶面墩身范围的外侧四周均匀预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，所述锚固螺栓(14)轴线与承台(1)顶面垂直，且伸出一定长度。

优选地，所述预制节段(3)为矩形截面的钢筋混凝土结构，所述预制节段(3)的内部预埋金属波纹管(9)，预制节段(3)的顶面沿截面对称轴方向预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)，预制节段(3)的底面和顶面内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)的端面分别与预制节段(3)的底面和顶面平齐，承台(1)与预制节段(3)之间、相邻预制节段(3)之间、盖梁(4)与预制节段(3)之间的剪力键外管(10)位置一一对应，预制节段(3)的两端侧面预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，锚固螺栓(14)的轴线垂直于预制节段(3)的侧面，且伸出一定长度。

优选地，所述预制盖梁(4)为矩形截面的钢筋混凝土结构，盖梁(4)的内部预埋金属波纹管(9)，盖梁(4)的顶面中心预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)，盖梁(4)底面墩身范围内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)的端面与盖梁(4)的底面平齐，盖梁(4)底面墩身范围的外侧四周均匀预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，锚固螺栓(14)的轴线与盖梁(4)底面垂直，且伸出一定长度。

优选地，所述若干束长短不同的无粘结预应力筋(5)穿过金属波纹管(9)，无粘结预应力筋(5)的一端锚固在承台(1)中，另一端分别锚固在各个预制节段(3)和盖梁(4)中。

优选地，所述结构还包括由若干钢销棒剪力键(6)和若干铅销棒剪力键(7)构成的组合式剪力键；所述钢销棒剪力键(6)包括剪力键外管(10)和钢销棒(11)；所述铅销棒剪力键(7)包括剪力键外管(10)和铅销棒(12)，其中钢销棒(11)和铅销棒(12)分别为圆形截面的实心钢棒和铅棒。钢销棒剪力键(6)与铅销棒剪力键(7)分别沿承台(1)顶面横截面周向、预制节段(3)接缝处横截面周向、盖梁(4)底面横截面周向相间分布。

优选地，所述剪力键外管(10)分别预埋于接缝处上下两侧的混凝土中，钢销棒(11)或铅销棒(12)插入到剪力键外管(10)中，在剪力键外管(10)外侧焊接若干锚固螺栓(14)。

优选地，所述低碳钢耗能板(8)包括低碳钢板(13)和若干锚固螺栓(14)，低碳钢板(13)为工字形耗能软钢板，锚固螺栓(14)预埋于承台(1)顶端、预制节段(3)两端、盖梁(4)底端，低碳钢板(13)横跨接缝，通过锚固螺栓(14)安装于墩身(2)外侧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构的施工方法，包括：

步骤1：完成承台(1)、预制节段(3)和盖梁(4)预制工作，各个构件安装模板、绑扎钢筋笼后，在对应位置固定金属波纹管(9)、剪力键外管(10)、低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，浇筑混凝土，预制承台(1)时将多束无粘结预应力筋(5)的一端预埋至承台(1)内部，预制节段(3)和盖梁(4)时需预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)；

步骤2：预制混凝土构件养护达标后运送至施工现场，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入承台(1)顶面的剪力键外管(10)中，第一个预制节段(3)对准位置后叠放于承台(1)上，同时将无粘结预应力筋(5)从预制节段(3)的金属波纹管(9)中穿过，在第一个预制节段(3)的顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋(5)进行对称张拉，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实；

步骤3：上一个预制节段(3)张拉完成后，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入上一个预制节段(3)顶面的剪力键外管(10)中，下一个预制节段(3)对准位置后叠放于上一个预制节段(3)之上，同时将无粘结预应力筋(5)从预制节段(3)的金属波纹管(9)中穿过，在下一个预制节段(3)的顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋(5)进行对称张拉，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实，依次逐段进行安装；

步骤4：最后一个预制节段(3)张拉完成后，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入预制节段(3)顶面的剪力键外管(10)中，盖梁(4)对准位置后叠放于预制节段(3)之上，同时将无粘结预应力筋(5)从盖梁(4)的金属波纹管(9)中穿过，在盖梁(4)的顶面张拉剩余的无粘结预应力筋(5)，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实；

步骤5：待各混凝土构件安装完成后，将若干低碳钢板(13)安装在墩身(2)侧面；

步骤6：将环氧树脂涂抹于墩身(2)的接缝处表面进行封缝处理。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明利用多束分节段分散锚固的预应力筋，调整桥墩不同高度的抗侧刚度，使得桥墩在地震作用下各接缝变形均匀，减轻墩底混凝土损伤。利用桥墩截面内均匀分散布置的组合式钢销棒(铅销棒)剪力键，可有效提高桥墩的抗剪扭能力，抑制节段侧向滑移和扭转，小震、大震下分别通过铅销棒、钢销棒耗散地震能量，满足不同水平地震作用下的抗震需求。

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耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩的总体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种接缝细部构造图；

图3为本发明实施例提供的一种预制节段拼装桥墩正立面图；

图4为本发明实施例提供的一种预制节段拼装桥墩侧立面图；

图5为本发明实施例提供的一种的预制节段横截面图；

其中：(a)底节段横截面图，(b)中间节段横截面图，(c)顶节段横截面图

图6为本发明实施例提供的一种的预制节段拼装桥墩断面图

其中：(a)A-A断面图，(b)B-B断面图，(c)C-C断面图，(d)D-D断面图

图7为本发明实施例提供的一种钢销棒(铅销棒)剪力键构造示意图

其中：(a)为钢销棒(铅销棒)剪力键拼装前正立面图，(b)为钢销棒(铅销棒)剪力键拼装后正立面图，(c)为钢销棒(铅销棒)剪力键平面图，(d)为钢销棒剪力键E-E剖面图，(e)铅销棒剪力键E-E剖面图

图8为本发明实施例提供的一种低碳钢耗能板构造示意图；

其中：(a)为墩身低碳钢耗能板正立面图，(b)为墩身低碳钢耗能板侧立面图，(c)为墩底/墩顶低碳钢耗能板平面图，(d)为墩底/墩顶低碳钢耗能板侧立面图

图中标号说明：1-承台、2-墩身、3-预制节段、4-盖梁、5-无粘结预应力筋、6-钢销棒剪力键、7-铅销棒剪力键、8-低碳钢耗能板、9-金属波纹管、10-剪力键外管、11-钢销棒、12-铅销棒、13-低碳钢板、14-锚固螺栓、15-锚固凹槽。

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。

预制节段拼装桥墩：将墩身分为若干预制节段，在工厂预制后运至桥位处，各个节段依次对齐叠放，通过施加预应力将节段拼装成整体的预应力钢筋混凝土桥墩。

多束分节段分散锚固的预应力系统：若干束长短不同的预应力筋分散布置在桥墩截面内，一端锚固在承台，另一端分别锚固在预制节段及盖梁中，以增强预制节段拼装桥墩自复位能力。

销棒剪力键连接：相邻节段接缝处分别预埋剪力键外管，钢销棒或铅销棒插入上下两个外管中，以增强节段接缝处抗剪扭能力并具备耗能能力。

低碳钢耗能板：相邻节段接缝处，通过预埋锚固螺栓连接的“工字形”低碳钢板，以提高节段桥墩的耗能能力并限制接缝变形。

本发明实施例提供的一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩的总体结构示意图如图1所示，图2为本发明实施例提供的相邻预制节段3之间的接缝的内部构造图，图3为本发明实施例提供的预制节段拼装桥墩正立面图，图4为本发明实施例提供的预制节段拼装桥墩侧立面图。

包括承台1、墩身2、预制节段3、盖梁4、无粘结预应力筋5、钢销棒剪力键6、铅销棒剪力键7和低碳钢耗能板8、金属波纹管9；所述墩身2设置在承台1上，盖梁4设置在墩身2上，承台1、墩身2和盖梁4通过无粘结预应力筋5连接形成整体，所述墩身2由若干预制节段3垂直堆叠构成；承台1、预制节段3及盖梁4两两之间的接缝截面内均匀设置钢销棒剪力键6和铅销棒剪力键7，接缝区域外侧采用低碳钢耗能板8连接。

所述承台1为矩形截面的钢筋混凝土结构。承台1内部预埋金属波纹管9，承台1顶面墩身范围内均匀预埋剪力键外管10，且剪力键外管10端面与承台1顶面平齐；承台1顶面墩身外侧均匀预埋低碳钢耗能板8的锚固螺栓14，锚固螺栓14轴线与承台1顶面垂直，且伸出一定长度。

所述预制盖梁4为矩形截面的钢筋混凝土结构，盖梁4内部预埋金属波纹管9，顶面中心预留无粘结预应力筋5的锚固凹槽15。盖梁4底面墩身范围内均匀预埋剪力键外管10，且剪力键外管10的端面与盖梁4的底面平齐。盖梁4底面墩身范围的外侧四周均匀预埋低碳钢耗能板8的锚固螺栓14，锚固螺栓14的轴线与盖梁4底面垂直，且伸出一定长度。

图5为本发明实施例提供的一种的预制节段横截面图，其中：(a)底节段横截面图，(b)中间节段横截面图，(c)顶节段横截面图。预制节段3为矩形截面的钢筋混凝土结构，预制节段3的内部预埋金属波纹管9，预制节段3的顶面沿截面对称轴方向预留无粘结预应力筋5的锚固凹槽15。预制节段3的底面和顶面内均匀预埋剪力键外管10，且剪力键外管10的端面分别与预制节段3的底面和顶面平齐，承台1与预制节段3之间、相邻预制节段3之间、盖梁4与预制节段3之间的剪力键外管10位置一一对应。预制节段3的两端侧面预埋低碳钢耗能板8的锚固螺栓14，锚固螺栓14的轴线垂直于预制节段3的侧面，且伸出一定长度。

图6为本发明实施例提供的一种的预制节段拼装桥墩断面图，其中：(a)A-A断面图，(b)B-B断面图，(c)C-C断面图，(d)D-D断面图。若干束长短不同的无粘结预应力筋5穿过金属波纹管9，无粘结预应力筋5的一端锚固在承台1中，另一端分别锚固在各个预制节段3和盖梁4中。

图7为本发明实施例提供的一种钢销棒(铅销棒)剪力键构造示意图，其中：(a)为钢销棒(铅销棒)剪力键拼装前正立面图，(b)为钢销棒(铅销棒)剪力键拼装后正立面图，(c)为钢销棒(铅销棒)剪力键平面图，(d)为钢销棒剪力键E-E剖面图，(e)铅销棒剪力键E-E剖面图。组合式钢销棒(铅销棒)剪力键包括若干钢销棒剪力键6和若干铅销棒剪力键7；所述钢销棒剪力键6包括剪力键外管10和钢销棒11；所述铅销棒剪力键7包括剪力键外管10和铅销棒12，其中钢销棒11和铅销棒12分别为圆形截面的实心钢棒和铅棒。钢销棒剪力键6与铅销棒剪力键7分别沿承台1顶面横截面周向、预制节段3接缝处横截面周向、盖梁4底面横截面周向相间分布。剪力键外管10分别预埋于接缝处上下两侧的混凝土中，钢销棒11或铅销棒12插入到剪力键外管10中。为使剪力键与混凝土之间紧密结合且稳定传力，在剪力键外管10外侧焊接若干锚固螺栓14，加工完成后的剪力键需采用镀锌工艺处理，防止锈蚀。

图8为本发明实施例提供的一种低碳钢耗能板构造示意图。包括低碳钢板13和若干锚固螺栓14，其中低碳钢板13为“工字形”耗能软钢板。锚固螺栓14预埋于承台1顶端、预制节段3两端、盖梁4底端。低碳钢板13横跨接缝，通过锚固螺栓14安装于墩身2外侧。加工完成后的低碳钢耗能板8需采用镀锌工艺处理，防止锈蚀。

上述耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤1：在工厂完成承台1、预制节段3、盖梁4的预制工作。各个构件安装模板、绑扎钢筋笼后，在对应位置固定金属波纹管9、剪力键外管10、低碳钢耗能板8的锚固螺栓14，然后浇筑混凝土。预制承台1时需将多束无粘结预应力筋5的一端预埋至承台1内部，预制节段3和盖梁4时需预留无粘结预应力筋5的锚固凹槽15。

步骤2：预制混凝土构件养护达标后运送至施工现场，将钢销棒11(铅销棒12)分别插入承台1顶面的剪力键外管10中，第一个预制节段3对准位置后叠放于承台1上，同时将无粘结预应力筋5从预制节段3的金属波纹管9中穿过，在第一个预制节段3顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋5进行对称张拉，然后用水泥砂浆将锚固凹槽15浇筑填实。

步骤3：上一个预制节段3张拉完成后，将钢销棒11(铅销棒12)分别插入上一个预制节段3顶面的剪力键外管10中，下一个预制节段3对准位置后叠放于上一个预制节段3之上，同时将无粘结预应力筋5从预制节段3的金属波纹管9中穿过，在下一个预制节段3顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋5进行对称张拉，然后用水泥砂浆将锚固凹槽15浇筑填实，依次逐段进行安装。

步骤4：最后一个预制节段3张拉完成后，将钢销棒11(铅销棒12)分别插入预制节段3顶面的剪力键外管10中，盖梁4对准位置后叠放于预制节段3之上，同时将无粘结预应力筋5从盖梁4的金属波纹管9中穿过，在盖梁4顶面张拉剩余的无粘结预应力筋5，然后用水泥砂浆将锚固凹槽15浇筑填实。

步骤5：待各混凝土构件安装完成后，将若干低碳钢板13安装在墩身2侧面。

步骤6：用环氧树脂涂抹于墩身2接缝处表面进行封缝处理，防止雨水等侵蚀接缝。

综上所述，本发明实施例为克服现有技术存在的上述缺陷，利用多束分节段分散锚固的预应力筋，调整桥墩不同高度的抗侧刚度，使得桥墩在地震作用下各接缝变形均匀，减轻墩底混凝土损伤。利用桥墩截面内均匀分散布置的组合式钢销棒(铅销棒)剪力键，可有效提高桥墩的抗剪扭能力，抑制节段侧向滑移和扭转，小震、大震下分别通过铅销棒、钢销棒耗散地震能量，满足不同水平地震作用下的抗震需求。

本发明实施例的预制节段拼装桥墩结构利用内置剪力键套筒外侧焊接的锚固螺栓，能够均匀、稳定地传递接缝处剪力，防止接缝处局部混凝土因应力集中而损坏。利用外置低碳钢耗能板的优良变形能力，能够限制接缝处过大变形，有效增加桥墩的耗能能力。此外，组合式剪力键还可起到定位作用，加快现场拼装施工效率。

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)

1.一种耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，包括：

承台(1)、墩身(2)、预制节段(3)、盖梁(4)和无粘结预应力筋(5)，所述墩身(2)设置在所述承台(1)上，所述盖梁(4)设置在所述墩身(2)上，所述承台(1)、所述墩身(2)和所述盖梁(4)通过所述无粘结预应力筋(5)连接形成整体，所述墩身(2)由若干预制节段(3)垂直堆叠构成；

承台(1)、预制节段(3)及盖梁(4)两两之间的接缝截面内均匀设置钢销棒剪力键(6)和铅销棒剪力键(7)，接缝区域外侧采用低碳钢耗能板(8)连接。

2.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述承台(1)为矩形截面的钢筋混凝土结构，所述承台(1)内部预埋金属波纹管(9)，所述承台(1)顶面墩身范围内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)端面与承台(1)顶面平齐，所述承台(1)顶面墩身范围的外侧四周均匀预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，所述锚固螺栓(14)轴线与承台(1)顶面垂直，且伸出一定长度。

3.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述预制节段(3)为矩形截面的钢筋混凝土结构，所述预制节段(3)的内部预埋金属波纹管(9)，预制节段(3)的顶面沿截面对称轴方向预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)，预制节段(3)的底面和顶面内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)的端面分别与预制节段(3)的底面和顶面平齐，承台(1)与预制节段(3)之间、相邻预制节段(3)之间、盖梁(4)与预制节段(3)之间的剪力键外管(10)位置一一对应，预制节段(3)的两端侧面预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，锚固螺栓(14)的轴线垂直于预制节段(3)的侧面，且伸出一定长度。

4.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述预制盖梁(4)为矩形截面的钢筋混凝土结构，盖梁(4)的内部预埋金属波纹管(9)，盖梁(4)的顶面中心预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)，盖梁(4)底面墩身范围内均匀预埋剪力键外管(10)，且剪力键外管(10)的端面与盖梁(4)的底面平齐，盖梁(4)底面墩身范围的外侧四周均匀预埋低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，锚固螺栓(14)的轴线与盖梁(4)底面垂直，且伸出一定长度。

5.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述若干束长短不同的无粘结预应力筋(5)穿过金属波纹管(9)，无粘结预应力筋(5)的一端锚固在承台(1)中，另一端分别锚固在各个预制节段(3)和盖梁(4)中。

6.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述结构还包括由若干钢销棒剪力键(6)和若干铅销棒剪力键(7)构成的组合式剪力键；所述钢销棒剪力键(6)包括剪力键外管(10)和钢销棒(11)；所述铅销棒剪力键(7)包括剪力键外管(10)和铅销棒(12)，其中钢销棒(11)和铅销棒(12)分别为圆形截面的实心钢棒和铅棒。钢销棒剪力键(6)与铅销棒剪力键(7)分别沿承台(1)顶面横截面周向、预制节段(3)接缝处横截面周向、盖梁(4)底面横截面周向相间分布。

7.根据权利要求6所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述剪力键外管(10)分别预埋于接缝处上下两侧的混凝土中，钢销棒(11)或铅销棒(12)插入到剪力键外管(10)中，在剪力键外管(10)外侧焊接若干锚固螺栓(14)。

8.根据权利要求1所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构，其特征在于，所述低碳钢耗能板(8)包括低碳钢板(13)和若干锚固螺栓(14)，低碳钢板(13)为工字形耗能软钢板，锚固螺栓(14)预埋于承台(1)顶端、预制节段(3)两端、盖梁(4)底端，低碳钢板(13)横跨接缝，通过锚固螺栓(14)安装于墩身(2)外侧。

9.一种权利要求1至8任一项所述的耗能减震型自复位预制节段拼装桥墩结构的施工方法，其特征在于，包括：

步骤1：完成承台(1)、预制节段(3)和盖梁(4)预制工作，各个构件安装模板、绑扎钢筋笼后，在对应位置固定金属波纹管(9)、剪力键外管(10)、低碳钢耗能板(8)的锚固螺栓(14)，浇筑混凝土，预制承台(1)时将多束无粘结预应力筋(5)的一端预埋至承台(1)内部，预制节段(3)和盖梁(4)时需预留无粘结预应力筋(5)的锚固凹槽(15)；

步骤2：预制混凝土构件养护达标后运送至施工现场，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入承台(1)顶面的剪力键外管(10)中，第一个预制节段(3)对准位置后叠放于承台(1)上，同时将无粘结预应力筋(5)从预制节段(3)的金属波纹管(9)中穿过，在第一个预制节段(3)的顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋(5)进行对称张拉，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实；

步骤3：上一个预制节段(3)张拉完成后，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入上一个预制节段(3)顶面的剪力键外管(10)中，下一个预制节段(3)对准位置后叠放于上一个预制节段(3)之上，同时将无粘结预应力筋(5)从预制节段(3)的金属波纹管(9)中穿过，在下一个预制节段(3)的顶面对锚固于该节段的无粘结预应力筋(5)进行对称张拉，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实，依次逐段进行安装；

步骤4：最后一个预制节段(3)张拉完成后，将钢销棒(11)和铅销棒(12)分别插入预制节段(3)顶面的剪力键外管(10)中，盖梁(4)对准位置后叠放于预制节段(3)之上，同时将无粘结预应力筋(5)从盖梁(4)的金属波纹管(9)中穿过，在盖梁(4)的顶面张拉剩余的无粘结预应力筋(5)，用水泥砂浆将锚固凹槽(15)浇筑填实；

步骤5：待各混凝土构件安装完成后，将若干低碳钢板(13)安装在墩身(2)侧面；

步骤6：将环氧树脂涂抹于墩身(2)的接缝处表面进行封缝处理。

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