CN113322792B - 一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，包括预制RC‑RAC组合盖梁、预制RAC系梁、预制墩柱、预制承台，其预制盖梁受力较小的翼缘部分和预制系梁均采用自重轻、强度较低的再生混凝土RAC制作。预制RC‑RAC盖梁与预制墩柱、预制墩柱与预制RAC系梁、预制墩柱与预制承台均采用装配式连接构造。通过在盖梁翼缘部分和系梁部分使用RAC，一方面可有效减轻结构自重，减少地震力，另一方面利用地震荷载作用下RAC构件的早损伤、早破坏，使RAC系梁先于墩柱发生屈服，实现震损位置可控的设计原则。解决了普通双柱墩体系震后墩柱破坏严重及修复困难等问题。适用于桥梁结构中的装配式桥墩构件，亦可为建筑结构“强柱弱梁”等装配式构件所借鉴。

Description

一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系

技术领域

本发明涉及一种具有抗震性能优、绿色环保、震后易修复的局部采用再生混凝土的预制拼装双柱墩体系，属于桥梁工程结构领域。

背景技术

随着我国城镇化建设的快速发展，新建建筑对混凝土的需求和消耗与日俱增，同时，既有老旧建筑的拆除产生了大量的建筑垃圾，这些建筑垃圾的堆放不仅浪费土地资源，还对生态环境造成了严重的污染。而将废弃混凝土进行循环再生利用，得到再生混凝土（Recycled Aggregate Concrete, RAC），并将其应用于土木工程领域是解决上述问题的重要措施，该方式不仅可以有效处理建筑废弃物问题，解决建筑材料短缺的问题，还可以实现建筑垃圾资源化再利用、资源与环境协调发展，促进建筑业可持续发展，具有极大的经济和社会效益。然而由于再生混凝土普遍存在弹性模量低、吸水率高、耐久性差、力学性能离散性大等问题，在一定程度上限制了其在工程领域的推广和应用。而装配式再生混凝土构件可实现工厂预制，具有构件质量好、施工工艺易保证、使用场景多样等优点，装配式再生混凝土构件施工、设计、养护、应用技术的发展为再生混凝土的推广与应用提供了契机。

预制桥墩体系的应用是实现新时代对桥梁建设“又好又快”要求的有效途径。预制拼装桥梁技术具有环境污染小，构件质量易保证，施工速度快，运维成本低等优势。预制构件间的节点连接构造方式，尤其是预制盖梁、预制系梁、预制墩柱及基础承台之间的节点连接构造，关系到桥梁的施工效率、耐久性、整体受力及抗震性能等，也限制了其往中高烈度等复杂恶劣环境中推广和应用。而将再生混凝土应用到预制桥墩体系一方面可以更好地发挥装配式桥梁结构绿色环保、全寿命周期成本低等优势；另一方面可有效减轻结构自重，减少地震力，并利用地震荷载作用下再生混凝土构件（位置）的早损伤、早破坏实现震损位置（塑性铰）可控的设计原则，提高结构其他构件和整体的抗震性能。基于此，本发明提出了一种带再生混凝土（RAC）节段的预制拼装双柱墩体系，其具有经济环保、连接构造可靠、抗震性能优、震后可快速恢复功能等优点。该种预制拼装双柱墩结构体系的提出可为再生混凝土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

为了推进建筑垃圾资源化和建筑业可持续发展，减少工程造价，并降低预制拼装双柱墩的震后损伤，实现震后可恢复功能，本发明提出了一种具有经济环保、连接构造可靠、抗震性能优、震后可恢复功能等优点的带再生混凝土（RAC）节段的预制拼装双柱墩体系。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种带再生混凝土（RAC）节段的预制桥梁双柱墩体系，其特征在于：包括预制RC-RAC组合盖梁（1），预制RAC系梁（4），预制墩柱（2），预制承台（3）。

所述预制RC-RAC组合盖梁（1）由沿中轴线对称的两个预制节段组成，即盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）；每个预制节段盖梁由普通混凝土节段（1a）和再生混凝土节段（1b）构成，二者采用匹配预制的方式制作完成。

所述预制盖梁（1）底部预留榫槽（1d），盖梁顶设置灌浆孔（1e），所述预制盖梁同预制墩柱（2）采用承插式连接。

所述盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）采用装配式节点形成盖梁整体。装配式节点构造包括纵筋连接件（5）和拼接接缝（6）。纵筋连接件（5）可依据实际需求选用灌浆套筒、灌浆波纹管等。拼接接缝（6）可采用高强结构胶、高强无收缩水泥砂浆和高强灌浆料、UHPC等，其断面构造可根据需要选用榫槽断面、平断面等。榫槽断面形状可为矩形，梯形，圆形等，数量可为1-3个。

所述预制墩柱（2）采用普通混凝土制成。预制墩柱（2）顶端预留钢管混凝土凸榫（2c），钢管外侧设置剪力钉（2d），与预制盖梁（1）采取半刚性连接；预制墩柱（2）的中部——系梁连接处，预埋定位上部L型钢（2a）和下部L型钢（2b），L型钢一侧与横系梁预埋工字钢（4b/4c）通过高强螺栓等连接件（7）连接，另一侧延伸到桥墩上下端。墩柱底部插入承台部分设有环状剪力键（2e），每环之间留有间隙。

所述预制RAC系梁（4）采用再生混凝土（4a），其系梁两端预埋工字型钢（4b/4c），与预制墩柱（2）预埋L型钢（2a/2b）通过高强螺栓等连接件（7）连接。

所述预留L型钢（2a/2b）的位置依据现浇双柱式墩确定，工字钢（4b/4c）和预留L型钢（2a/2b）裸露部分可采用涂漆、热浸锌、热喷铝（锌）复合涂层等方法进行防腐，也可以在装配完成后在钢板连接处现浇再生混凝土，包裹住裸露的钢板。

所述预制承台（3）采用普通混凝土，预留槽孔（3a）四周进行打磨粗糙化，

所述预制墩柱（2）与预制承台（3）的连接方式采用承插式连接，承插深度为0.7d~1.5d（d为墩柱直径或边长），预制墩柱（2）的承插处四周设置环状剪力键（2e），以提高连接处的抗弯、抗剪能力。环状剪力键（2e）与预留槽孔（3a）之间可采用高强结构胶、高强无收缩水泥砂浆、高强灌浆料、UHPC等灌注连接。预制承台（3）与现浇基础（8）（桩基等）亦通过承插式连接，连接构造与预制墩柱和预制承台之间的连接构造相同。

所述横系梁与墩柱之间连接的连接件（7）可为高强螺栓、焊接等连接方式。连接件的尺寸、间距、数目等布置方式应满足RAC系梁（4）和预制墩柱（2）的传力需求。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

（1）本发明中的盖梁两端伸出的翼缘部分和横系梁均采用自重轻、造价低、绿色环保的再生混凝土。该桥墩一方面可以通过减重降低地震力，另一方面可在不降低盖梁主体部分（双柱墩之间盖梁）及桥墩主体部分抗力的前提下，利用再生混凝土系梁弹模低、强度低等特点来调控系统的震损位置（塑性铰位置），利用RAC系梁先于墩柱屈服进行耗能实现强柱弱梁、塑性可控铰的设计理念。

（2）本发明中的预制盖梁、预制系梁、预制墩柱、预制承台均为工厂标准化生产，质量得以保证，且现场施工过程中无现浇混凝土，基本实现全预制装配，既加快了建造速度，又降低了环境干扰和施工干扰；盖梁分段预制，有效解决了普通盖梁体积质量大，运输吊装困难的问题；预制墩柱与预制盖梁和承台采用承插式连接，具有整体性能好，抗弯、抗剪承载力高等优点。

（3）本发明中的预制系梁为延性耗能构件，利用其在地震下的早屈服、早破坏机制，进而达到保护桥墩、盖梁等主要构件的目的。预制系梁通过两侧工字钢与桥墩连接，震损后（系梁）可实现快速更换，解决了普通双柱墩体系震后墩柱破坏严重及修复困难等问题。

附图说明

图1为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的立面图；

图2为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的预制盖梁轴侧图；

图3为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的预制墩柱立面图；

图4为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的预制横系梁轴侧图；

图5为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的承台轴侧图；

图6为本发明再生混凝土预制桥梁双柱墩体系的预制横系梁与预制墩柱连接的局部结构轴侧图；

图中：1-预制盖梁，1.1-盖梁节段-A，1.2-盖梁节段-B，1a-普通混凝土，1b-再生混凝土，1c-预制第一盖梁预留纵筋，1d-预制盖梁预留插槽，1e-灌浆孔，2-预制墩柱，2a-预制墩柱预埋上部L型钢，2b-预制墩柱预埋下部L型钢，2c-预制墩柱顶预留钢管混凝土，2d-剪力钉，2e-环状剪力键，3-承台，3a-承台预留槽孔，4-横系梁，4a-再生混凝土，4b-预制横系梁预埋工字钢上翼缘，4c-预制横系梁预埋工字钢下翼缘，5-纵筋连接件，6-拼接接缝，7-高强螺栓连接件。

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~图6所示，本实例提供了一种带再生混凝土（RAC）节段的预制桥梁双柱墩体系，包括预制RC-RAC组合盖梁（1）、预制墩柱（2）、预制RAC横系梁（4）和预制承台（3）；两节段预制RC-RAC组合盖梁（1）之间通过灌浆套筒的连接；预制盖梁（1）与预制墩柱（2）、预制墩柱（2）与预制RAC系梁（4）、预制墩柱（2）与预制承台（3）均采用装配式连接构造，具体如下。

如图2所示，预制盖梁（1）由盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）组成，每个预制节段盖梁由普通混凝土（1a）和再生混凝土（1b）采用匹配预制的方式制作完成。盖梁节段-A右端预留纵筋（1c），盖梁节段-B左端预埋灌浆套筒钢筋连接件（5），拼接接缝（6）采用环氧树脂胶，断面构造选用1个梯形齿槽。两段盖梁下部都预留插槽（1d），用于与墩柱（2）进行半刚性连接。该两段预制盖梁在工厂预制完成后运至施工现场，进行装配作业。先将盖梁节段-B（1.2）位置固定，在盖梁的拼接接缝（6）处均匀涂抹 2mm 厚的环氧树脂垫层，再将盖梁节段-A（1.1）预留的纵筋（1c）插入盖梁节段-B（1.2）预埋的灌浆套筒（5）中，最后在套筒灌浆口灌浆，直至灌浆料在出浆口溢出，盖梁装配完成。

如图1、图3、图5所示，预制墩柱（2）和预制RAC系梁（4）在预制工厂加工完成后运至施工现场。预制墩柱由普通混凝土浇筑而成，顶端预留钢管混凝土凸榫（2c），钢管外侧设置剪力钉（2d），将预留凸榫插入盖梁（1）预留插槽，在盖梁预留灌浆口（1e）灌浆，进行半刚性连接。预制墩柱（2）和预制承台（3）采用承插式连接，底部设置环状剪力键（2e），插入承台（3）的预留槽孔（3a）中，墩柱插入深度为1.2倍墩柱直径，环状剪力键（2e）与预留槽孔（3a）之间采用UHPC高性能混凝土灌注连接。预制墩柱（2）中部系梁连接处，预埋两个L型钢（2a/2b），L型钢一侧与横系梁预埋工字钢（4b/4c）通过高强螺栓等连接件（7）连接，另一侧延伸到桥墩上下端，外露钢板设置两排安装孔。

如图4所示，预制RAC系梁（4）由再生混凝土浇筑而成，两端预埋工字钢，工字钢上翼缘（4b）和下翼缘（4c）分别设置与墩柱钢板位置大小一样的安装孔，并将系梁预埋工字钢安装孔与墩柱预埋钢板的安装孔洞一一对齐，采用高强螺栓等连接件（7）进行系梁与墩柱的连接。

实际施工时，先将预制承台（3）与现浇桩基（基础）采用承插式连接，现浇桩基（8）插入预制承台深度为1.0d（d为桩基直径）。二者之间的齿槽与槽孔采用高强结构胶灌注。进而将预制承台（3）预留槽孔（3a）四周进行打磨粗糙化，将预制墩柱（2）吊装就位，然后在接缝处注入UHPC高性能混凝土，至此墩柱装配完成。之后将横系梁吊装到位进行与墩柱的连接，如图6所示，将系梁（4）预埋工字钢的安装孔与墩柱（2）预埋L型钢安装孔对齐， 用高强螺栓（7）进行连接，工字钢和L型钢裸露部分现浇再生混凝土，包裹住裸露的钢板，完成再生混凝土系梁拼装。最后，在墩柱顶交接面涂抹2mm厚的环氧树脂胶，分别将预制盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）吊装就位后，并在盖梁预留灌浆孔（1e）注入高性能混凝土，至此双柱墩装配完成。

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。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 (10)

1.一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，包括：

预制RC-RAC组合盖梁（1）、预制RAC系梁（4）、预制墩柱（2）和预制承台（3）；

所述预制RC-RAC组合盖梁（1）由沿中轴线对称的两个预制节段组成，分别为盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）；每个预制节段盖梁由普通混凝土节段（1a）和再生混凝土节段（1b）构成，普通混凝土节段（1a）和再生混凝土节段（1b）采用匹配预制的方式制作；所述预制盖梁（1）底部预留榫槽（1d），盖梁顶设置有灌浆孔（1e），所述预制盖梁同预制墩柱（2）采用承插式连接；

预制墩柱（2）顶端预留钢管混凝土凸榫（2c），钢管外侧设置剪力钉（2d），与预制盖梁（1）采取半刚性连接；预制墩柱（2）的中部系梁连接处，预埋定位上部L型钢（2a）和下部L型钢（2b）；预制墩柱（2）的底部插入承台部分设有环状剪力键（2e）；

所述预制RAC系梁（4）采用再生混凝土（4a），系梁两端预埋工字型钢，与预制墩柱（2）预埋的上部L型钢（2a）和下部L型钢（2b）通过高强螺栓连接件（7）连接；

所述预制承台（3）采用普通混凝土，预留槽孔（3a）四周进行打磨粗糙化，所述预制墩柱（2）与预制承台（3）的连接方式采用承插式连接，预制墩柱（2）的承插处四周设置环状剪力键（2e）；预制承台（3）与现浇基础（8）通过承插式连接，连接构造与预制墩柱和预制承台之间的连接构造相同。

2.根据权利要求1所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述预制盖梁（1）翼缘部分、系梁（4）均采用再生混凝土。

3.根据权利要求1所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述盖梁节段-A（1.1）和盖梁节段-B（1.2）采用装配式节点形成盖梁整体；装配式节点构造包括纵筋连接件（5）和拼接接缝（6）。

4.根据权利要求1所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述预制墩柱（2）在中部系梁（4）位置，预埋定位L型钢，一侧预留出来并打孔，另一侧延伸至桥墩上下端。

5.根据权利要求1所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述系梁预留工字钢与墩柱预留L型钢，通过高强螺栓进行可拆卸连接。

6.根据权利要求3所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述系梁（4）与墩柱（2）通过螺栓连接后，工字钢和L型钢裸露部分现浇再生混凝土，包裹住裸露的钢板。

7.根据权利要求3所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述预制墩柱（2）采用普通混凝土制成。

8.根据权利要求3所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，纵筋连接件（5）选用灌浆套筒或灌浆波纹管。

9.根据权利要求3所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，拼接接缝（6）采用高强结构胶、高强无收缩水泥砂浆、高强灌浆料或UHPC；断面构造根据需要选用榫槽断面或平断面；榫槽断面形状为矩形、梯形或圆形，数量为1-3个。

10.根据权利要求1所述一种带再生混凝土节段的预制拼装双柱墩体系，其特征在于，所述预制墩柱（2）与预制承台（3）的承插式连接，承插深度为0.7d~1.5d，d为墩柱直径或边长。

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