CN112376408A - 一种uhpc空心柱墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种UHPC空心柱墩，包括第一柱墩、第二柱墩、连接在第一柱墩和第二柱墩之间的系梁件，所述第一柱墩、第二柱墩均包括自内向外设置的第一UHPC层、第二结构层、第三UHPC层，所述第二结构层包括多个箍筋和多个纵筋，所述箍筋和纵筋互相固定连接构成第二结构层；所述第一UHPC层中心位置预留有中空通道，系梁件连接于第一柱墩和第二柱墩的中部以形成工字型双柱墩结构。本发明旨在以新的柱墩结构，在满足抗震、强度、抗剪、抗弯的施工需求的前提下，减少大型桥梁工程中的桥墩用料。本发明还公开了一种UHPC空心柱墩的施工方法，用以指导UHPC空心柱墩的施工制造，提高制造效率和成功率。

Description

一种UHPC空心柱墩及其施工方法

技术领域

本发明涉及柱墩设计制造技术领域，尤其涉及一种UHPC空心柱墩及其施工方法。

背景技术

随着经济发展中心往中西部迁移，国家大力建设中西部的交通基建，与北部平原，南部丘陵地形不同的是中西部地形复杂，多山，多盆地，传统的开山修路方式极大破坏了当地的生态环境，于是高架桥的需求及施工技术得到了飞速发展。

在大型的桥梁工程中，桥墩截面大部分采用的是空心截面，因为实心桥墩需要使用大量的混凝土和钢筋，巨大的截面使得混凝土难以振捣与施工，实心桥墩带来的是更大的自重，很容易在桥墩还没投入使用就出现了裂缝，降低桥墩的极限承载力。

空心桥墩在截面在足够承担外力的条件下可以减少混凝土用量，同时相比于实心墩可以有效的可以减少墩身自重，但是由于空心桥墩的特殊截面，使得桥墩难以成型或长度过短达不到设计要求、对抗震方面的要求、不满足经验要求的强抗剪、弱抗弯的要求。当壁厚比过大形成薄壁空心桥墩时，在地震效应下容易发生失稳破坏，使材料性能不能充分应用；空心桥墩经不起漂浮物的撞击。现有的空心墩大多是由素混凝土或钢筋混凝土建成，其在制作过程中需要大量支模，在浇筑完成后拆除内外模板，并且在拆除模板时要尽量保证墩身和模板不受破坏，造成了巨大的工作量，若使用流动性小的混凝土，在混凝土浇筑之后，粗骨料难以均匀分布在混凝土中，若使用流动性大的混凝土容易发生离析现象，降低了桥墩的极限承载力。混凝土桥墩长期工作后容易出现裂缝，钢筋混凝土桥墩外部混凝土会脱落，影响桥墩的安全使用和寿命。

现有材料中存在一种超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High PerformanceConcrete)，也称作活性粉末混凝土(RPC，Reactive Powder Concrete)，是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，实现了工程材料性能的大跨越。UHPC是一种高强度、高韧性、低孔隙率的超高强水泥基材料。它的基本配制原理是：通过提高组分的细度与活性，不使用粗骨料，使材料内部的缺陷（孔隙与微裂缝）减到最少，以获得超高强度与高耐久性。

UHPC堪称耐久性很好的工程材料，适当配筋的UHPC力学性能接近刚结构，同时UHPC具有优良的耐磨、抗爆性能。因此，UHPC特别适合用于大跨径桥梁、抗爆结构(军事工程、银行金库等)和薄壁结构，以及用在高磨蚀、高腐蚀环境。目前，UHPC已经在一些实际工程中应用，如大跨径人行天桥、公路铁路桥梁、薄壁筒仓、核废料罐、钢索锚固加强板、ATM机保护壳，等等。可以预计，还会有越来越多的应用。

专利号CN201921218805.8公开了一种半预制UHPC外壳叠合盖梁与预制墩柱连接构造的实用新型，该实用新型采用UHPC材料（超高性能混凝土）以半预制方式来制造柱墩结构，通过墩柱后浇槽的设计将预制墩柱与半预制UHPC盖梁外壳通过混凝土浇筑为一体，以避免渗水问题出现，并且采用可替换耗能角钢提高抗侧力、抗侧刚度、和耗能能力，提高该实用新型的整体受力性能，并可降低墩柱的安装难度，提升柱墩制造的整体型；但是该实用新型仍以实心柱墩结构为主体，在大尺寸的柱墩制造和设计上并不存在优势，没有能够解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种UHPC空心柱墩及其施工方法，充分利用UHPC、内置模管体、结构层的力学性能，用于解决上述技术问题。

本发明解决上述问题的技术方案是：提供一种UHPC空心柱墩，包括第一柱墩、第二柱墩、连接在第一柱墩和第二柱墩之间的系梁件，所述第一柱墩、第二柱墩均包括自内向外设置的第一UHPC层、第二结构层、第三UHPC层，所述第二结构层包括多个箍筋和多个纵筋，所述箍筋和纵筋互相固定连接构成第二结构层；所述第一UHPC层中心位置预留有中空通道，系梁件连接于第一柱墩和第二柱墩的中部以形成工字型双柱墩结构。

进一步地，所述第一UHPC层和第三UHPC层均采用超高性能混凝土材料制造成型。

进一步地，所述系梁件包括系梁浇筑体和设置在系梁浇筑体内的系梁筋体。

进一步地，所述系梁筋体、箍筋、纵筋的材质为硬质合金。

进一步地，还包括设置在第一UHPC层内侧的内置模管体。

进一步地，所述内置模管体上还设置分布有多个剪力键。

进一步地，所述剪力键设置为“T”形体结构。

进一步地，所述剪力键设置在内置模管体的外侧壁上，且每相邻两个剪力键之间的距离都相同。

本发明还提供了一种UHPC空心柱墩的施工方法，用于制造上述任意一项所述的一种UHPC空心柱墩，包括以下步骤：

S1：根据设计好的柱墩尺寸，在基准面上先安装好用以浇筑成型第一柱墩和第二柱墩的对应浇筑模板，然后在两个对应浇筑模板之间架设用以浇筑系梁件的带开口浇筑模板；

S2：在两个浇筑模板内分别安装固定第二结构层，从带开口浇筑模板处安装系梁筋体，并使系梁筋体两端固定连接到两个第二结构层；

S3：在第二结构层内安装内置模管体；

S4：向浇筑模板和内置模管体之间浇筑UHPC混凝土材料，向带开口浇筑模板内浇筑UHPC混凝土材料，敦实浇筑体，封闭浇筑模板；

S5：周期性养护浇筑体，确定浇筑体成型并固化后，再拆除浇筑模板。

本发明的有益效果：

1、内壁钢模板在浇筑完成后与UHPC层形成整体，不做后期拆卸工作，结构简单，便于施工。

2、内置构造纵筋与箍筋形成第二结构层可以有效约束UHPC环向变形，提高空心墩的延性，充分发挥UHPC性能，在耗能方面具有优越性，提高了材料的有效利用率。

3、第二结构层在墩身下部也采用箍筋加密，有利于塑性铰的形成与发展。

4、薄壁空心UHPC墩身，相比普通混凝土空心墩可以提供较强的抗压承载能力，能够承受较大的竖向荷载作用；同时UHPC空心墩墩身具有较大抗弯刚度防止重物撞击，具有良好的抗震性能。

5、T型剪力键可以显著提高空心墩的抗剪承载力，并且圆端形截面墩身本身具有较大的截面模量，可以减轻桥墩周围的局部冲刷所带来的构件损坏。

6、T型剪力键增加了内置模管体与UHPC层的接触面积，提高了UHPC层与内置模管体的粘结力，更加充分发挥了UHPC层与内置钢模板的协同工作能力。

7、第二结构层与内置模管体共同工作约束了内部混凝土的侧向变形，内部混凝土阻碍了内置模管体的屈曲，使混凝土的抗侧向冲击能力、竖向承载力有了质的提升，尤其在具有流水侧向冲击的工作环境中这种抗侧冲击能力的优越性愈发明显，充分利用了UHPC层、内置模管体、第二结构层的力学性能，达到1+1+1>3的效果。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的一些实施例，而不是全部实施例。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，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩的整体结构示意图；

图2为本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩的剖面结构示意图；

图3为本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩的内置模管体安装结构原理示意图；

图4为本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩的内置模管体的结构示意图。

1-第一柱墩、2-第二柱墩、3-系梁件、4-第一UHPC层、5-第二结构层、6-第三UHPC层、7-箍筋、8-纵筋、9-中空通道、10-系梁浇筑体、11-系梁筋体、12-内置模管体、13-剪力键。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包含一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

请参阅图1至图4，本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩，本实施例中一种UHPC空心柱墩为双柱墩结构，其包括第一柱墩1和第二柱墩2，还采取了系梁件3来连接第一柱墩1和第二柱墩2，使其成为一个整体。第一柱墩1和第二柱墩2设置成相同的结构构造，其中第一柱墩1包括第一UHPC层4、第二结构层5、第三UHPC层6，第一UHPC层4的截面形状为矩形环，第一UHPC的中部预留中空通道9，以期减少混凝土材料的使用。

本实施例中，对于第一柱墩1来说，内置模管体12设置在第一柱墩1的最内侧，按照设计间距在内置模管体12的外侧包围设置第二结构层5，第二结构层5在本实施例中设置成筒型结构的网格体。第二结构层5有多个互相平行的纵筋8，在多个纵筋8上等距离套设箍筋7，通过钢丝固定箍筋7到纵筋8上，以形成第二结构层5。在第二结构层5之外浇筑成型第三UHPC层6，形成第一柱墩1的外表实体，在第二结构层5和内置模管体12之间浇筑第一UHPC层4，形成第一柱墩1的内在实体。

第二柱墩2也采用与第一柱墩1相同的结构造型。

作为本实施例的优选项之一，在内置模管体12的外周侧设置若干个剪力键13，该剪力键13设计为“T”字形结构，剪力键13可焊接固定带内置模管体12上，且剪力键13在内置模管体12上均匀分布设置。在浇筑成型第一UHPC层4时，使剪力键13本体没入到第一UHPC层4中，从而使第一墩柱的抗剪承载力增大，并且第一UHPC层4牢牢的粘结固化在内置模管体12的外壁上，更难脱落，提升其使用寿命；对第二柱墩2同样如此。

作为本实施例的优选项之二，第一柱墩1与第二柱墩2之间还采用了系梁件3来互相连接；系梁件3包括系梁浇筑体10和系梁筋体11，系梁筋体11的两端分别固定连接到第一柱墩1的第二结构层5和第二柱墩2的第二结构层5，借助于外敷模板，在浇筑系梁件3时，直接将系梁浇筑体10浇筑成实体，使系梁筋体11没入在系梁浇筑体10中。相对于第一柱墩1和第二柱墩2在用于高架桥墩之类的大型建筑基础时，系梁件3相对尺寸较小，系梁件3的整体稳定性、强度需要作为首选要求来考虑，实心结构的系梁件3无疑更好。

本实施例中，第一UHPC层4、第三UHPC层6均采用超高性能混凝土材料浇筑成型，且构成系梁筋体11、箍筋7、纵筋8均采用钢材制造成型。

需要补充的是：本实施例中双空心柱墩结构的柱墩本体实质上是可以根据实质需求来选择性使用内置模管体12的，并且第一柱墩1或第二柱墩2在借助使用内置模管体12后也可被单独列出来用于工程建设。

本发明具体实施例的一种UHPC空心柱墩的施工方法，用于上述实施例内容中任意一项所述的一种UHPC空心柱墩，包括以下步骤：

S1：根据设计好的柱墩尺寸，在基准面上先安装好用以浇筑成型第一柱墩1和第二柱墩2的对应浇筑模板，然后在两个对应浇筑模板之间架设用以浇筑系梁件3的带开口浇筑模板；

S2：在两个浇筑模板内分别安装固定第二结构层5，从带开口浇筑模板处安装系梁筋体11，并使系梁筋体11两端固定连接到两个第二结构层5；

S3：在第二结构层5内安装内置模管体12；

S4：向浇筑模板和内置模管体12之间浇筑UHPC混凝土材料，向带开口浇筑模板内浇筑UHPC混凝土材料，敦实浇筑体，封闭浇筑模板；

S5：周期性养护浇筑体，确定浇筑体成型并固化后，再拆除浇筑模板。

需要注意的是，由于系梁件3和第一柱墩1、第二柱墩2存在结构上的不同，因此在浇筑成型整个柱墩结构时，就要考虑到其区别来作出针对性的调整，保证整个柱墩结构能够一体浇筑成功；而且特别需要注意的是：浇筑体成型以及养护浇筑体所需时间至少为28天，来保证柱墩不会出现裂缝等质量问题。

以上未提及之处，均适用于现有技术。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种UHPC空心柱墩，其特征在于：包括第一柱墩（1）、第二柱墩（2）、连接在第一柱墩（1）和第二柱墩（2）之间的系梁件（3），所述第一柱墩（1）、第二柱墩（2）均包括自内向外设置的第一UHPC层（4）、第二结构层（5）、第三UHPC层（6），所述第二结构层（5）包括多个箍筋（7）和多个纵筋（8），所述箍筋（7）和纵筋（8）互相固定连接构成第二结构层（5）；所述第一UHPC层（4）中心位置预留有中空通道（9），系梁件（3）连接于第一柱墩（1）和第二柱墩（2）的中部以形成工字型双柱墩结构。

2.根据权利要求1所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述第一UHPC层（4）和第三UHPC层（6）均采用超高性能混凝土材料制造成型。

3.根据权利要求1所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述系梁件（3）包括系梁浇筑体（10）和设置在系梁浇筑体（10）内的系梁筋体（11）。

4.根据权利要求3所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述系梁筋体（11）、箍筋（7）、纵筋（8）的材质为硬质合金。

5.根据权利要求1所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：还包括设置在第一UHPC层（4）内侧的内置模管体（12）。

6.根据权利要求5所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述内置模管体（12）上还设置分布有多个剪力键（13）。

7.根据权利要求6所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述剪力键（13）设置为“T”形体结构。

8.根据权利要求6所述的一种UHPC空心柱墩，其特征在于：所述剪力键（13）设置在内置模管体（12）的外侧壁上，且每相邻两个剪力键（13）之间的距离都相同。

9.一种UHPC空心柱墩的施工方法，用于制造上述权利要求1-7中任意一项所述的一种UHPC空心柱墩，包括以下步骤：

S1：根据设计好的柱墩尺寸，在基准面上先安装好用以浇筑成型第一柱墩（1）和第二柱墩（2）的对应浇筑模板，然后在两个对应浇筑模板之间架设用以浇筑系梁件（3）的带开口浇筑模板；

S2：在两个浇筑模板内分别安装固定第二结构层（5），从浇筑模板处安装系梁筋体（11），并使系梁筋体（11）两端固定连接到两个第二结构层（5）；

S3：在第二结构层（5）内安装内置模管体（12）；

S4：向浇筑模板和内置模管体（12）之间浇筑UHPC混凝土材料，向带开口浇筑模板内浇筑UHPC混凝土材料，敦实浇筑体，封闭浇筑模板；

S5：周期性养护浇筑体，确定浇筑体成型并固化后，再拆除浇筑模板。

10.根据权利要求9所述的一种UHPC空心柱墩的施工方法，其特征在于：浇筑体成型以及养护浇筑体所需时间至少为28天。

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