CN112982829A - 一种灌浆套筒连接的装配式ecc-rc混合柱 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灌浆套筒连接的装配式ECC‑RC混合柱，包括包括预制RC墩柱节段A、预制ECC墩柱底节段、预制RC节段B。预制墩柱的局部采用ECC来替代普通混凝土，进而形成预制ECC墩柱底节段。该装配式ECC‑RC混合柱的连接采用较为成熟的灌浆套筒连接，并在接缝处设置凸榫与榫槽，有效提高了接缝处的抗剪能力并提供了安装定位功能。将ECC仅用在结构的关键部位，而在其余部位采用普通混凝土的设计具有较好的经济效益，有利于该种组合结构的推广和大规模应用。本发明可有效解决装配式混凝土结构以及普通混凝土墩柱构件延性差、易开裂、耐久性差、抗震性能不足等问题，适用于桥梁结构装配式桥墩或者建筑结构装配式柱。

Description

一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱
技术领域
本发明涉及一种抗裂性能好、经济效益高、抗震性能优等优点的灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，属于桥梁结构技术领域，亦可用于建筑结构技术领域。
背景技术
近年来，我国大力推行建筑工业化。其中，装配式混凝土结构的应用最为广泛。然而由于混凝土材料的特性，使得混凝土结构普遍存在着以下问题：(1)延性较差，不利于结构抗震；(2)抗拉强度低，极易开裂；(3)耐久性差，钢筋易腐蚀。而装配式构件由于其节点接缝的存在，其整体性、耐久性以及抗震性能更加不如整体现浇构件，尤其是桥梁结构中的墩柱以及建筑结构中的柱子在地震荷载作用下塑性铰区混凝土剥落、压碎，结构残余位移过大，震后修复极其困难。这些问题在一定程度上限制并制约了装配式混凝土结构在中、高烈度等复杂恶劣工程环境中的推广和应用。为了推进装配式混凝土结构在高烈度区的应用与发展，近年来我国对不同连接形式的装配式墩柱节点进行了探索，然而仍无法解决其延性差、塑性铰区破坏严重、耐久性差等问题。
工程胶凝复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)的出现为装配式墩柱的设计提供了新的思路。ECC具有独特的拉伸应变硬化、多裂缝开展、超强韧性、自愈合能力等优异的力学性能，可用于大变形结构、抗震结构、结构修复等。ECC的极限拉应变可以达到3％以上，约为普通混凝土的100～300倍，将其应用于构件或结构中，可以显著提高构件或结构的延性、耗能能力、抗损伤能力、变形能力以及承载能力。然而由于ECC中纤维成本较高，使之难以达到大规模应用的阶段。因此，本发明提出了一种在墩柱的局部(塑性铰区)采用ECC来替代普通混凝土的灌浆套筒连接的装配式墩柱，其具有连接构造简单、抗裂性能好、经济效益高、抗震性能优等优点，可用作桥梁结构的装配式桥墩，亦可用于建筑结构中的装配式柱。该型墩柱形式的提出可为ECC的进一步推广与应用提供基础，具有显著的理论意义和实际应用价值。
发明内容
为解决装配式混凝土结构以及普通混凝土墩柱构件延性差、易开裂、耐久性差、抗震性能不足等问题，本发明提供了一种连接构造简单、抗裂性能好、经济效益高且具备优异的抗弯、抗裂性能等优点的采用灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，适用于桥梁结构装配式桥墩或者建筑结构装配式柱。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
一种采用灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，包括预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)、预制RC节段B(3)、灌浆套筒(4)、RC-ECC接缝(5)、环氧树脂胶(6)、高强无收缩砂浆(7)和抗剪凸榫(8)。
所述预制RC墩柱节段A(1)和预制RC节段B(3)均按设计进行配筋，混凝土材料均为普通混凝土。预制RC墩柱节段A(1)的纵筋从墩身底部伸出一段长度，长度约为套筒长度的一半，同样地，预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出一段长度，长度亦约为套筒长度的一半。
所述预制ECC墩柱底节段(2)全截面采用ECC，内部配置有箍筋和灌浆套筒(4)，无纵向钢筋，该节段长度取塑性铰长度。在进行装配时，首先固定预制RC节段B(3)的位置，将其伸出的钢筋从下方插入预制ECC墩柱底节段(2)内部的灌浆套筒(4)进行连接，同理，预制RC墩柱节段A(1)伸出的钢筋从上方插入预制ECC墩柱底节段(2)内部的灌浆套筒(4)进行连接。
所述预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)、预制RC节段B(3)之间存在两个接缝(5)，即预制RC墩柱节段A(1)与预制ECC墩柱底节段(2)之间的拼装接缝(5a)和预制ECC墩柱底节段(2)与预制RC节段B(3)之间的拼装接缝(5b)。
所述接缝(5)可采用1～3mm厚的环氧树脂胶(6)，亦可采用20mm厚的高强无收缩砂浆(7)。考虑到施工的便捷性以及地震荷载作用下底接缝面破坏严重，作为优选的，上接缝(5a)采用2mm厚的环氧树脂胶接缝(6)，下接缝(5b)采用20mm厚的高强无收缩砂浆(7)。
所述预制ECC墩柱底节段(2)的上界面和下界面分别设置抗剪榫槽(8a)和抗剪凸榫(8b)，在预制RC墩柱节段A(1)的下界面及预制RC节段B(3)的上界面设置同样尺寸的、且相适配的凸榫(8b)和榫槽(8a)进行匹配连接。
所述齿槽的形状可为梯形、矩形、圆弧形等，个数可为1～3，具体尺寸需依据截面尺寸而定。
所述灌浆套筒(4)在顶部设置有出浆口，底部设置有进浆口，灌浆套筒的长度同预制ECC墩柱底节段(2)的高度一样，套筒的具体尺寸需依据其所连接的纵向钢筋的直径确定。灌浆套筒(4)的中心同预制RC墩柱节段A(1)的纵向钢筋以及预制RC节段B(3)的纵向钢筋的几何中心位置一一对应，灌浆套筒的保护层厚度不低于20mm。
所述灌浆料可采用高强无收缩水泥或高性能混凝土材料(如高强灌浆料)等。
所述墩柱和基础可为方形或圆形。
此种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，不仅适用于中、高烈度等复杂恶劣工程环境中的桥梁结构的桥墩，亦适用于建筑结构装配式柱。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)本发明中塑性铰区采用ECC材料，充分发挥了ECC优异的抗裂性能和裂缝控制能力，并有效提高了装配式墩柱的耗能能力、变形能力以及承载能力，减小了震后残余位移，进而避免了震后修复困难、修复费用昂贵。此外，将ECC仅用在结构的关键部位，而在其余部位采用普通混凝土的设计具有较好的经济效益，有利于该种组合结构的推广和大规模应用。
(2)本发明中的墩身及基础均为预制构件，可有效加快现场施工进度，工厂标准化生产使得质量得以保证。装配式构件的连接采用较为成熟的灌浆套筒连接，并在接缝处设置凸榫与榫槽，以提高接缝处的抗剪能力以及提供安装定位功能，该种连接方式可提供可靠的连接。依据接缝位置的不同分别采用环氧树脂胶和高强无收缩砂浆进行接缝的连接，方便施工，有效发挥了装配式混凝土结构的优势。
(3)本发明的预制墩柱的局部(塑性铰区)采用ECC来替代普通混凝土，进而形成了预制ECC墩柱底节段。该装配式ECC-RC混合柱的连接采用较为成熟的灌浆套筒连接，并在接缝处设置凸榫与榫槽，有效提高了接缝处的抗剪能力并提供了安装定位功能。将ECC仅用在结构的关键部位，而在其余部位采用普通混凝土的设计具有较好的经济效益，有利于该种组合结构的推广和大规模应用。本发明提供了一种连接构造简单、抗裂性能好、经济效益高且具备优异的抗弯、抗裂性能等优点的采用灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，可有效解决装配式混凝土结构以及普通混凝土墩柱构件延性差、易开裂、耐久性差、抗震性能不足等问题，适用于桥梁结构装配式桥墩或者建筑结构装配式柱。
附图说明
图1为一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱的整体结构示意图。
图2为图1中的A-A剖面图；
图3为图1中的B-B剖面图；
图4为一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱的装配示意图；
图5为采用矩形齿槽的预制ECC墩柱底节段示意图；
图中，1-预制RC墩柱节段A，2-预制ECC墩柱底节段，3-预制RC节段B，4-灌浆套筒，5-接缝，5a-上接缝，5b-下接缝，6-环氧树脂胶，7-高强无收缩砂浆，8-齿槽，8a-凸榫，8b-榫槽。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-5所示，本实例提供了用于中、高烈度等复杂恶劣工程环境中的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，包括预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)；预制RC墩柱节段A(1)通过预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)向连接。
所述预制RC墩柱节段A(1)的纵筋从墩柱的墩身底部伸出一段长度，预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出一段长度；所述预制ECC墩柱底节段(2)全截面采用ECC，内部配置有箍筋和灌浆套筒(4)，无纵向钢筋。
预制RC墩柱节段A(1)的纵筋伸出长度为灌浆套筒(4)长度的一半；预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出长度为灌浆套筒(4)长度的一半。
所述预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)之间存在两个接缝，预制RC墩柱节段A(1)和预制ECC墩柱底节段(2)之间的接缝的材料采用1～3mm厚的环氧树脂胶(6)，预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)之间接缝的采用20mm厚的高强无收缩砂浆(7)。
如图1-2所示，所述预制RC墩柱节段A(1)和预制RC节段B(3)均按设计进行配筋，混凝土材料均为普通混凝土。预制RC墩柱节段A(1)的纵筋从墩身底部伸出一段长度，长度约为套筒长度的一半，同样地，预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出一段长度，长度亦约为套筒长度的一半。
如图3所示，所述预制ECC墩柱底节段(2)全截面采用ECC，本实例截面尺寸为450mm*450mm，内部配置有箍筋和灌浆套筒(4)，无纵向钢筋，该节段长度取塑性铰长度300mm。
所述预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)、预制RC节段B(3)之间存在两个接缝(5)，即预制RC墩柱节段A(1)与预制ECC墩柱底节段(2)之间的拼装接缝(5a)和预制ECC墩柱底节段(2)与预制RC节段B(3)之间的拼装接缝(5b)，接缝均采用2mm厚的环氧树脂胶。
如图4所示，所述接缝处设置齿槽(8)，即在预制ECC墩柱底节段(2)的上界面和下界面分别设置抗剪榫槽(8a)和抗剪凸榫(8b)，在预制RC墩柱节段A(1)的下界面及预制RC节段B(3)的上界面设置同样尺寸的、且相适配的凸榫(8b)和榫槽(8a)进行匹配连接。齿槽的形状为梯形，齿槽个数为2，齿槽为间距50mm的双键齿，凸榫的形状50mm(上底)*100mm(下底)*45mm的梯形。考虑到施工的便捷性以及地震荷载作用下底接缝(5b)破坏严重，该接缝采用20mm厚的高强无收缩砂浆进行连接，考虑到接缝厚度的影响，对应的榫槽的尺寸为73.5mm(上底)*123.5mm(下底)*45mm的梯形。同时考虑到施工的便捷性，预制RC墩柱节段A(1)与预制ECC墩柱底节段(2)之间的拼装接缝(5a)采用2mm厚度的环氧树脂胶接缝，环氧树脂胶接缝由环氧树脂和固化剂按一定比例混合，考虑到接缝厚度的影响，对应的榫槽的尺寸为48mm(上底)*98mm(下底)*45mm的梯形。
所述灌浆套筒(4)在顶部设置有出浆口，底部设置有进浆口，灌浆套筒的长度同预制ECC墩柱底节段(2)的高度一样，套筒的具体尺寸需依据其所连接的纵向钢筋的直径确定。灌浆套筒(4)的中心同预制RC墩柱节段A(1)的纵向钢筋以及预制RC节段B(3)的纵向钢筋的几何中心位置一一对应，灌浆套筒的保护层厚度为25mm。灌浆料采用高强无收缩水泥。
具体拼装实施步骤如下：
步骤一、根据桥墩试件的设计图纸，进行预制RC墩柱节段A(1)和预制RC节段B(3)的钢筋笼绑扎，纵筋接头段需要高出墩柱与承台接缝所在界面一定长度，用于插入灌浆套筒进行灌浆连接，具体伸出尺寸需依据灌浆套筒的长度而定。灌浆套筒位置的固定需提前在底模上进行定位处理，然后进行预制ECC墩柱底节段(2)内的灌浆套筒与箍筋的绑扎与位置固定，灌浆套筒的进浆口和出浆口需套上塑料软管，以方便后期灌浆。灌浆套筒的上部钢筋插入口预先用密封环进行封堵，防止浇筑时混凝土进入套筒。
步骤二、对预制构件进行模板的架设，并用激光水平仪保证试件竖直，之后进行混凝土及ECC的浇筑，在养护3d时，对构件的接缝接触面进行凿毛处理，待混凝土养护完成，进行拼装工作。
步骤三、先进行预制RC节段B(3)和预制ECC墩柱底节段(2)的拼装工作，在预制RC节段B(3)的上表面设置侧模，然后在侧模内浇筑20mm厚的高强无收缩水泥砂浆，待砂浆初凝之后，将预制RC节段B(3)伸出的钢筋穿入密封环，之后将预制ECC墩柱底节段(2)吊装于承台之上进行拼装。待接缝达到一定强度之后，将预制ECC墩柱底节段(2)的上界面抹胶一定厚度的环氧树脂胶，将预制RC墩柱节段A(1)伸出的钢筋插入到预制ECC墩柱底节段(2)的灌浆套筒的上方进行拼装，然后在预制ECC墩柱底节段(2)的上界面施加一定的预压力，使两者进行良好的黏结，环氧树脂胶的总厚度控制在2mm。为保证结构不发生整体倾覆，需设置临时支撑，以保证结构的整体性。
步骤四、预制构件拼装完成之后，进行套筒的灌浆，灌浆料采用高强无收缩水泥砂浆。从灌浆套筒下方的灌浆孔灌入灌浆料，待均匀稠密的浆体从出浆口出浆时，将灌浆口和出浆口进行封堵，重复以上操作完成所有套筒的灌浆。
以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，但本发明专利的实施不限于此。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 (7)

1.一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：包括预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)；预制RC墩柱节段A(1)通过预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)向连接；
所述预制RC墩柱节段A(1)的纵筋从墩柱的墩身底部伸出一段长度，预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出一段长度；所述预制ECC墩柱底节段(2)全截面采用ECC，内部配置有箍筋和灌浆套筒(4)，无纵向钢筋。
2.根据权利要求1所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：预制RC墩柱节段A(1)的纵筋伸出长度为灌浆套筒(4)长度的一半；预制RC节段B(3)的纵筋从承台上部伸出长度为灌浆套筒(4)长度的一半。
3.根据权利要求1所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：所述预制RC墩柱节段A(1)、预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)之间存在两个接缝，预制RC墩柱节段A(1)和预制ECC墩柱底节段(2)之间的接缝的材料采用1～3mm厚的环氧树脂胶(6)，预制ECC墩柱底节段(2)和预制RC节段B(3)之间接缝的采用20mm厚的高强无收缩砂浆(7)。
4.根据权利要求1所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：所述预制ECC墩柱底节段(2)的上界面和下界面分别设置抗剪榫槽(8a)和抗剪凸榫(8b)，在预制RC墩柱节段A(1)的下界面及预制RC节段B(3)的上界面设置同样尺寸的、且相适配的抗剪凸榫(8b)和抗剪榫槽(8a)进行匹配连接。
5.根据权利要求4所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：所述抗剪榫槽(8a)的形状为梯形、矩形或圆弧形，个数可为1～3。
6.根据权利要求1所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：所述灌浆套筒(4)的长度同预制ECC墩柱底节段(2)的高度一样，灌浆套筒(4)的具体尺寸需依据其所连接的纵向钢筋的直径确定，灌浆套筒(4)的中心同预制RC墩柱节段A(1)的纵向钢筋以及预制RC节段B(3)的纵向钢筋的几何中心位置一一对应，灌浆套筒(4)的保护层厚度不低于20mm，灌浆料采用高强无收缩水泥或高性能混凝土材料。
7.根据权利要求1所述的一种灌浆套筒连接的装配式ECC-RC混合柱，其特征在于：所述墩柱和承台为方形或圆形。
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