CN112921789A - 一种自复位承插式ecc混合桥墩的结构构造及其拼接方法 - Google Patents

Abstract

一种自复位承插式ECC混合桥墩的结构构造及其拼接方法。桥墩的上段为普通混凝土材料，下段为ECC高延性纤维增强水泥基复合材料；预制方墩和所述承台中预留有预应力筋管道，所述预制方墩与所述承台拼接完毕后，在张拉预应力筋管道内的高强钢绞线，所述高强钢绞线作为自复位构件，并使用配套的锚具锚固在所述方墩上端面和所述承台下端面；承台上端形成有承插孔，所述预制墩的下段为承插到所述承插孔内的埋置段；所述承台顶面设压浆孔，所述承插孔的内壁侧面设有出浆孔，灌浆孔和出浆孔之间通过压浆通道连接；在所述预制方墩埋置段插入承插孔并定位后，通过压浆孔往所述埋置段的外侧与所述承插孔内壁之间灌注高强无收缩水泥灌浆料。

Description

一种自复位承插式ECC混合桥墩的结构构造及其拼接方法

技术领域

本发明涉及公路桥梁建设工程技术领域，具体地指一种预制方墩与承台的连接构造和拼接方法。

背景技术

现有技术中，对于桥梁结构预制桥墩立柱与承台的拼装主要有灌浆套筒、灌浆金属波纹管和承插式等形式。灌浆套筒、灌浆金属波纹管为采用在桥墩或承台内预埋套筒、预埋金属波纹管，然后承台或立柱内的连接钢筋精确定位套接预埋件。该连接方案对施工的精度要求较高，现场施工调整的冗余度较小，对施工设备、构件的制造加工和施工人员等均提出了更高的要求，且降低了施工的效率。

我国是一个多地震国家。装配式桥墩的连接界面是抗震性能最薄弱的部位。装配式桥墩仅在低烈度地区得到广泛推广。

因此有必要研究一种新型的桥墩结构和桥墩与承台连接的结构构造来对上述问题，使得装配式桥墩得以广泛推广。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新的预制方墩与承台的连接构造和拼装方法，缩短装配式桥墩的施工周期和降低施工精度要求，并且能够提高桥墩在地震作用下的抗震性能、耗能能力和自复位能力，使桥墩在震后具有快速恢复交通的能力，使装配式桥墩得以广泛推广。

本发明采用承插式的桥墩与承台连接方案对施工精度要求低，与其它方式（灌浆套筒、灌浆金属波纹管）相比施工速度快；在应对高烈度区，采用承插式连接能有效地避免桥墩的倒塌，即使其下部普通混凝土的桥墩在地震作用下墩底部遭到破坏和损伤，但当墩底进入塑性后，也能提供震后的自复位能力，避免墩顶产生过大的残余位移，且保持很强的震后可恢复功能，从而降低地震引起的直接和间接经济损失，使装配式桥墩也能在高烈度区推广应用。

技术方案一

为实现上述目的，本发明所设计的预制方墩与承台的连接构造，构造和原理为：

所述桥墩的上段为普通混凝土材料，下段为ECC高延性纤维增强水泥基复合材料。

所述预制方墩和所述承台中预留有预应力筋管道，所述预制方墩与所述承台拼接完毕后，在张拉预应力筋管道内的高强钢绞线，所述高强钢绞线作为自复位构件，并使用配套的锚具锚固在所述方墩上端面和所述承台下端面。

所述承台上端形成有承插孔，所述预制墩的下段为承插到所述承插孔内的埋置段；所述承台顶面设压浆孔，所述承插孔的内壁侧面设有出浆孔，灌浆孔和出浆孔之间通过压浆通道连接；在所述预制方墩埋置段插入承插孔并定位后，通过压浆孔往所述埋置段的外侧与所述承插孔内壁之间灌注高强无收缩水泥灌浆料。

技术方案二

本发明还公开了一种桥梁预制方墩与承台的拼装方法，包括以下步骤：

A.分别预制方墩的上、下段，包括上段的普通混凝土段和下段的ECC段，其中普通混凝土段的下端面纵筋伸出30~50cm，ECC段的上端面纵筋伸出30~50cm，且所述预制方墩内预留四条预应力筋管道；

B.预制或现浇承台，在所述承台的垂直方向上设置预制方墩的承插孔，所述承插孔的截面形状、大小与所述预制方墩的埋置段的截面形状、大小相匹配，以使所述预制方墩的埋置段能够嵌入所述承插孔内，并且所述预制方墩的埋置段的外壁与所述承插孔的内壁之间的间隙大于或等于2cm，且所述预制方墩埋置段的外壁设置若干条环形凸起的剪力键，所述承插孔的内壁设置若干条环形凸起的承台剪力键；在所述承台顶面设置压浆孔，所述承插孔内壁设置出浆孔，压浆孔和出浆孔通过压浆通道连接；

C.将所述预制方墩的下段插入所述承插孔内，所述垫块使所述预制方墩的埋置段的底端与所述承插孔的底面之间保持一定间隙；调整所述预制方墩的埋置段的位置使所述预制方墩的埋置段外壁与所述承插孔的内壁之间的间隙大于或等于2cm；

D.将高强无收缩水泥灌浆料通过所述压浆孔灌注入所述承插孔内，直至所述高强无收缩水泥灌浆料充满所述预制方墩的埋置段与所述承插孔之间的间隙，所述高强无收缩水泥灌浆料凝固后将所述立柱与所述承台拼接为整体；

E.吊装所述预制方墩的普通混凝土段至所述ECC段上方相应位置，使普通混凝土段和ECC段在水平面的投影重合，且所述普通混凝土段与所述ECC段之间留有30~50cm的间隔，取决于搭接段纵筋的伸出长度；

F.在所述搭接段四周安装模板，预留预应力筋管道，预留一个灌浆孔；

G.通过所述浆孔将ECC材料灌注入所述搭接段内，直至ECC材料充满所述搭接段空间，并等待至ECC段材料成形硬化，将所述普通混凝土段和所述ECC段拼接成为整体；

H.穿过预应力筋管道，张拉高强钢绞线，并使用配套锚具将钢绞线两端分别锚固在所述桥墩上端面和所述承台下端面。

作为优选方案，所述ECC材料由水泥、粉煤灰、石英砂、水、聚乙烯醇纤维、减水剂按照一定的比例配置（材料不是本发明创新点，为本领域已有技术）。

作为优选方案，所述的承插孔形状要与所述预制方墩的截面形状一致，所述承插孔的尺寸要大于所述预制方墩的截面尺寸，所述承插孔内壁和所述预制方墩的外壁之间的距离应大于等于2cm。

作为优选方案，所述出浆孔可设置多个，视预制方墩的尺寸而定。

作为优选方案，所述预制方墩埋置段的外壁设置若干条环形凸起的剪力键；所述承插孔的内壁设置若干条环形凸起的承台剪力键。

作为优选方案，所述普通混凝土段的下端面和ECC段的上端面纵筋应伸出30~50cm作为搭接段。

作为优选方案，所述的桥墩内预应力筋管道应布置在所述预制方墩截面各边中点的内侧，预留有四条上下贯通的预应力筋管道，所述承台的相应位置预留竖向贯通的预应力筋管道。

本发明的有益效果是：在本发明的预制方墩与承台的连接构造和拼装方法中，预应力筋的布置能够在地震作用下给桥墩提供自复位的能力，减少桥墩的残余位移且通过合理设计预应力筋数量和张拉控制应力,可保证桥墩在正常使用时接缝不张开；预制桥墩下端采用的ECC材料具有应变硬化和多缝开裂的特性，能充分发挥混凝土与钢筋的协同作用，增加结构的损伤承受能力，减小地震作用下潜在塑性区的损伤，提高桥墩在强震作用下的抗震性能；预制桥墩与承台之间采用的承插式连接方式对精度的要求低，施工便捷，能够缩短工期，提高工程的经济性。综上所述，该发明具有良好的工程应用前景和具有很好的经济性。

附图说明

图1为本发明实施例的俯视结构示意图。

图2为图1中的A-A线剖视图。

图3为普通混凝土段的正视示意图。

图4为ECC段的正视示意图。

图中，1-承台，11-承插孔，12-压浆孔，13-压浆通道，14-出浆孔，

2-桥墩，21-桥墩埋置段，22-桥墩ECC段，23-桥墩普通混凝土段，24-桥墩ECC搭接段，25-剪力键（桥墩、承台）；

3-高强无收缩水泥灌浆料；

4-预留预应力管道，41-钢绞线锚具，42-高强钢绞线；

5-桩基，6-纵向钢筋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本发明一种预制方墩与承台的连接构造和拼装方法的一具体实施例，包括以下步骤：

预制桥墩2，预制桥墩2包括桥墩ECC段22和桥墩普通混凝土段23，其中桥墩ECC段包括桥墩埋置段21，桥墩埋置段21用于插入承台承插孔11，在埋置段21的外壁和承插孔11的内壁预制有剪力键25。本领域技术人员应当知晓，立柱嵌入端的截面大小和配筋需满足桥梁结构正常使用和桥梁地震作用下保持坚固的各项技术要求。

承台1，承台1可预制也可现浇，在承台1的上表面延竖直方向开有承插孔11，承插孔11的截面形状、尺寸应与桥墩2的形状、尺寸相匹配，使桥墩埋置段21能够顺利插入承插孔11内，并且保证承插孔11的内壁和埋置段21的外壁之间留有2-3cm的间隙。承台顶面预留压浆孔12，承插孔侧面设有出浆孔14，压浆孔12和出浆孔14间设有压浆通道13。通过压浆孔12往间隙中灌注高强无收缩水泥灌浆料3。同时，本领域技术人员也应当知晓，承插孔的深度需满足桥梁结构正常使用和桥梁地震作用下预制桥墩与承台的嵌固连接性能的要求。

值得一提的是,设置承台剪力键和立柱剪力键可以提高立柱和承台之间的锚固强度。当然,在其他一些实施例中,上述两种剪力键可以均不设置,本领域技术人员应当知晓,此时立柱和承台之间的锚固深度及承台底板厚度等细部构造需相应增加以增加立柱与承台之间的锚固强度。

桥墩普通混凝土段23，纵筋6从桥墩普通混凝土段23的上端面伸出30-50cm，且上端面做凿毛处理。桥墩ECC段22，纵筋6从桥墩ECC段22的下端面伸出30-50cm，且下端面做凿毛处理。桥墩2内预留有四条预应力筋管道4，承台1底部对应位置留有预应力管道，预应力筋锚固在桥墩2的上端面和承台1的下端面。

将预制或现浇承台1固定在桩基5上后，将预制桥墩2的埋置段21插入承插孔11内，并且保证埋置段21的外壁和承插孔11的内壁之间有一定的间隙。定位完毕后，使用压浆机将高强无收缩水泥灌浆料3通过压浆孔12、压浆通道13和出浆孔14灌注入承插孔11内，直至高强无收缩水泥灌浆料3填满间隙。待高强无收缩水泥灌浆料3凝固后，桥墩的ECC段22与承台1拼接成为整体。

将预制桥墩普通混凝土段23吊装ECC段22上方，中间留出30-50cm作为搭接段，使其水平面投影重合。定位后保持固定。预留出预应力筋管道，并且在搭接段24四周围上模板，留出一个压浆孔。使用压浆剂通过压浆孔往搭接段24内灌注ECC至ECC充满搭接段，待ECC凝固成形后，桥墩普通混凝土段23、搭接段24和桥墩ECC段22拼接成为整体。

穿过预应力筋管道4张拉高强钢绞线42，并使用配套的锚具41锚固在桥墩2上端面和承台1下端面。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种预制方墩与承台的连接构造，其特征在于：

所述桥墩的上段为普通混凝土材料，下段为ECC高延性纤维增强水泥基复合材料；

所述预制方墩和所述承台中预留有预应力筋管道，所述预制方墩与所述承台拼接完毕后，在张拉预应力筋管道内的高强钢绞线，所述高强钢绞线作为自复位构件，并使用配套的锚具锚固在所述方墩上端面和所述承台下端面；

所述承台上端形成有承插孔，所述预制墩的下段为承插到所述承插孔内的埋置段；所述承台顶面设压浆孔，所述承插孔的内壁侧面设有出浆孔，灌浆孔和出浆孔之间通过压浆通道连接；在所述预制方墩埋置段插入承插孔并定位后，通过压浆孔往所述埋置段的外侧与所述承插孔内壁之间灌注高强无收缩水泥灌浆料。

2.一种桥梁预制方墩与承台的拼装方法，包括以下步骤：

A.分别预制方墩的上、下段，包括上段的普通混凝土段和下段的ECC段，其中普通混凝土段的下端面纵筋伸出一定距离，ECC段的上端面纵筋同距离伸出，且所述预制方墩内预留四条预应力筋管道；

B.预制或现浇承台，在所述承台的垂直方向上设置预制方墩的承插孔，所述承插孔的截面形状、大小与所述预制方墩的埋置段的截面形状、大小相匹配，以使所述预制方墩的埋置段能够嵌入所述承插孔内，并且所述预制方墩的埋置段的外壁与所述承插孔的内壁之间的间隙大于或等于两三厘米，且所述预制方墩埋置段的外壁设置若干条环形凸起的剪力键，所述承插孔的内壁设置若干条环形凸起的承台剪力键；在所述承台顶面设置压浆孔，所述承插孔内壁设置出浆孔，压浆孔和出浆孔通过压浆通道连接；

C.将所述预制方墩的下段插入所述承插孔内，所述垫块使所述预制方墩的埋置段的底端与所述承插孔的底面之间保持一定间隙；调整所述预制方墩的埋置段的位置使所述预制方墩的埋置段外壁与所述承插孔的内壁之间的间隙大于或等于两三厘米；

D.将高强无收缩水泥灌浆料通过所述压浆孔灌注入所述承插孔内，直至所述高强无收缩水泥灌浆料充满所述预制方墩的埋置段与所述承插孔之间的间隙，所述高强无收缩水泥灌浆料凝固后将所述立柱与所述承台拼接为整体；

E.吊装所述预制方墩的普通混凝土段至所述ECC段上方相应位置，使普通混凝土段和ECC段在水平面的投影重合，且所述普通混凝土段与所述ECC段之间留有纵筋伸出的间隔，取决于搭接段纵筋的伸出长度；

F.在所述搭接段四周安装模板，预留预应力筋管道，预留一个灌浆孔；

G.通过所述浆孔将ECC材料灌注入所述搭接段内，直至ECC材料充满所述搭接段空间，并等待至ECC段材料成形硬化，将所述普通混凝土段和所述ECC段拼接成为整体；

H.穿过预应力筋管道，张拉高强钢绞线，并使用配套锚具将钢绞线两端分别锚固在所述桥墩上端面和所述承台下端面。

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