CN114592422A - 一种自复位可拆换装配式抗震桥墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自复位可拆换装配式抗震桥墩及其施工方法，抗震桥墩包括预制墩柱，其沿竖向布置；预制盖梁，其支承在预制墩柱顶部；承台，其设置于预制墩柱底部，用于支承预制墩柱；预制可拆换套环，其设置在预制墩柱底部和/或顶部的塑性铰区，包裹固定在预制墩柱核心混凝土外侧；自复位装置，其均匀设置于预制可拆换套环外侧，包括无粘结钢筋、固定件和弹簧，无粘结钢筋的一端插入承台或预制盖梁中，另一端穿过可拆换套环，套入弹簧且由自复位固定件固定。通过本发明可大大减小湿作业工作量，降低施工风险，且提供了高烈度地震条件下残余位移小、可修复、可局部拆换的装配式桥墩，有利于桥梁震损的快速修复。

Description

一种自复位可拆换装配式抗震桥墩及其施工方法

技术领域

本发明属于土建交通技术领域，具体涉及一种自复位可拆换装配式抗震桥墩及其施工方法。

背景技术

装配式混凝土桥梁结构，是以预制构件为主要受力构件经装配连接而成的混凝土结构，是我国交通运输行业发展的重要方向之一，具有生产质量标准可控、工业化程度高、现场作业时间短、对已有交通延误少、环境污染低等优点。对于装配式桥墩结构而言，连接节点往往容易成为结构抗震的薄弱环节，但目前装配式桥墩连接构造及其抗震性能的研究仍不成熟，是现阶段装配式桥梁的研究重点与难点。

我国地震带十分发育，地震活动范围广、强度大、频率高，唐山、汶川和玉树等地震导致各类桥梁结构出现大量损坏与倒塌，给公共交通及社会造成了严重的经济损失。为减少灾区重建成本和加快重建进度，除部分受损严重的桥梁结构需推倒重建外，大量轻微、中等受损桥梁可评定技术状况等级后进行修复加固，使其满足后续使用功能和承载力要求。现阶段，具有可恢复性功能的装配式桥墩结构在实际工程中的应用并不多，装配式桥墩的抗震性能及可恢复性研究仍存在以下技术问题：

1、目前，桥墩大多采用现浇方式施工，需要在墩柱周围搭设空中浇筑平台，工人需高空绑扎钢筋、支模和现场浇筑混凝土，由于高空工作面小、湿作业工作量大，因此施工效率低下，安全风险高。

2、对于装配式桥墩结构而言，连接节点容易成为结构抗震的薄弱环节，尤其是构件之间的钢筋连接，在地震反复作用下，灌浆套筒与钢筋之间容易出现剥离失效。

3、大量震损调查研究表明，由于结构设计时没有合理可行的可恢复构造，桥墩在地震作用下产生较大残余变形，导致墩柱难以推回原位进行加固，即使能修复也无法衡量其可靠性。

4、在桥梁抗震设计中，墩柱底部与承台连接处、墩柱顶部与盖梁连接处一般需作为耗能部件，在地震作用时形成塑性铰，耗散地震能量，而墩柱中间部分与盖梁作为能力保护构件设计。因此，在地震作用后，桥墩即使破损也是发生在局部部位，而现阶段为了安全往往会拆除整个桥梁结构，造成了不必要的经济损失。

5、公开号为CN113373797A的发明专利申请“一种预制装配式混凝土抗震桥墩结构及修复方法”，公开了以下技术方案：预制装配式混凝土抗震桥墩结构包括顶帽、基础以及通过预应力钢筋连接在顶帽与基础之间的预制混凝土柱，在预制混凝土柱内设置有嵌套HRC柱，嵌套HRC柱包括上部HRC柱和位于塑性铰区的下部连接块；下部连接块上端与上部HRC柱连接，下部连接块下端与基础连接；预制混凝土柱对应于下部连接块的位置设置为可拆卸部分，通过拆除可拆卸部分对下部连接块进行更换。该发明预应力节段拼装桥墩在高烈度地震区可满足抗震要求，并且能够通过替换损坏部件，为结构提供了再次消能抗震的功能；但其存在以下不足：①在墩柱内部嵌套HRC柱，内部HRC柱变形较小，难以起到耗能作用，同时墩柱底部加强有可能导致塑性铰转移，致使上方墩柱损坏。②墩柱内部预应力筋作为自复位装置，需要在盖梁顶部张拉预应力，高空张拉预应力较为困难，同时震后局部拆换修复时，释放预应力更换预制部件后，由于上构并未拆除，此时没有足够的空间再次张拉预应力。③该专利并未提出相应的钢筋可拆换方法，可拆换功能不强。

综上，研制一种高烈度地震下残余位移小、且可修复、可局部拆换的装配式桥墩是桥梁震损后实现快速修复、缩减重建成本的关键。而现阶段，具有可恢复性功能的装配式抗震桥墩在实际工程中的应用还不完善。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明公开了一种自复位可拆换装配式抗震桥墩及其施工方法，可大大减小湿作业工作量，降低施工风险，且提供了一种高烈度地震条件下残余位移小、且可修复、可局部拆换的装配式桥墩，有利于桥梁震损的快速修复。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种自复位可拆换装配式抗震桥墩，包括：

预制墩柱，其沿竖向布置；

预制盖梁，其支承在预制墩柱顶部；

承台，其设置于预制墩柱底部，用于支承预制墩柱；

预制可拆换套环，其设置在预制墩柱底部和/或顶部的塑性铰区，包裹固定在预制墩柱核心混凝土外侧；

自复位装置，其均匀设置于预制可拆换套环外侧，包括无粘结钢筋、固定件和弹簧，无粘结钢筋的一端插入承台或预制盖梁中，另一端穿过可拆换套环，套入弹簧且由自复位固定件固定。

施工后浇带，设置于预制可拆换套环与预制墩柱和/或盖梁的连接处。

进一步的，所述预制墩柱包括依次连接的墩柱普通区、墩柱核心区和墩柱插嵌区三部分，所述墩柱普通区的直径与桥梁墩柱直径相匹配；所述墩柱核心区的直径小于所述墩柱普通区的直径；所述墩柱插嵌区用于插嵌在承台或预制盖梁内。

进一步的，所述预制可拆换套环包括2个预制可拆换套环单元，2个预制可拆换套环单元拼接在一起环绕在所述墩柱核心区外围，高度与所述墩柱核心区的高度相匹配，每个预制可拆换套环单元的两端均设有凸起的预应力锚固块，内部均设有环向的预应力筋，所述预应力筋两端均分别穿过其所在的预制可拆换套环单元的预应力锚固块，并穿出对侧的预制可拆换套环单元的预应力锚固块，由预应力锚具固定。

进一步的，所述预制可拆换套环内侧设置有套环凸肋，所述套环凸肋的竖向位置与预应力筋的位置相匹配；

所述预制可拆换套环的内径大于所述墩柱核心区的外径，所述套环凸肋顶紧所述预制墩柱的外围，所述预制可拆换套环与所述预制墩柱之间的缝隙在预应力筋张拉完成后注入灌浆料。

进一步的，所述墩柱核心区外围包裹有碳纤维条带。

进一步的，所述预制可拆换套环内设置有竖向的套环耗能钢筋，所述墩柱普通区靠近墩柱核心区的一端四周均匀布置有墩柱纵筋，所述套环耗能钢筋与所述墩柱纵筋的数量相匹配，且由双孔夹具一对一连接。

进一步的，所述预制可拆换套环内设置有竖向的套环耗能钢筋，所述承台/预制盖梁设置有承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋，所述套环耗能钢筋与所述承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋通过预埋在所述预制可拆换套环内的套筒连接。

进一步的，所述双孔夹具包括两块夹板，两块所述夹板拼接在一起形成一个夹板插孔A和一个夹板插孔B，所述夹板插孔A的一端能匹配插入套环耗能钢筋，所述夹板插孔B的一端能匹配插入墩柱纵筋，两块所述夹板两侧通过夹板固定件固定，夹板插孔A的另一端和夹板插孔B的另一端均设置有能匹配旋入的卡环。

进一步的，所述套筒靠近套环耗能钢筋的一端设置有内螺纹，所述套环耗能钢筋靠近套筒的一端设置有外螺纹，所述套筒一端能匹配旋入所述套环耗能钢筋的一端，另一端能匹配插入承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋；所述套筒的一侧预留有套筒插口，所述套筒插口设置有侧拧螺栓以顶紧承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋；所述预制可拆换套环设置有能匹配侧拧螺栓穿入的套环槽口。

以上所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工方法，包括以下步骤：

S1.加工预制墩柱、预制盖梁、承台、预制可拆换套环，加工完成后运输至施工地点；

S2.安装或现浇承台，安装预制墩柱，承台与墩柱部分缝隙注入灌浆料，完成墩柱安装；

S3.拼接预制可拆换套环，完成预制可拆换套环与承台、预制墩柱的固定，张拉环向预应力筋，注入灌浆料，完成预制可拆换套环的安装；

S4.安装自复位装置，旋入无粘结钢筋，安装弹簧，适当拧入自复位固定件，施加一定的轴压力，完成自复位装置的安装；

S5.施工后浇带，完成自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工。

以上所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，具有以下优点：

1、本发明为预制装配式构件，施工方便，可减少现场高空模板工程及湿作业工作量，有效提高施工效率，构件工厂预制可保证施工质量。

2、本发明设置有墩柱核心区，两个预制可拆换套环单元使用环向预应力固定在墩柱核心区外围，同时环向预应力可有效提高内部核心混凝土的抗压强度和延性，防止墩柱纵筋出现大变形挠曲。另外，在墩柱核心区外围包裹一层碳纤维条带，可保证桥墩在地震作用下耗能或破坏部位出现在预制可拆换套环上，墩柱核心区的核心混凝土能保证基本无损伤状态，修复时仅需简单修复墩柱核心区，拆换损坏的预制可拆换套环即可，有效实现了桥梁在震灾时的快速可修复功能。

3、本发明研制了两种适用于高烈度抗震的钢筋连接构造，同时实现了套环耗能钢筋的可拆换功能。对于套环耗能钢筋与承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋的连接，是通过设置套筒实现的，采用侧拧螺栓穿过套环槽口顶紧承台预埋钢筋的方式固定，这种方式不仅可以增强套筒与承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋之间的摩擦力，更利用了螺栓的抗剪能力增强钢筋的连接性能。对于套环耗能钢筋与墩柱纵筋的连接，本发明研制了一种带卡环的双孔夹具，套环耗能钢筋与墩柱纵筋对向穿过双孔夹具后，旋入卡环，同样利用了钢筋与夹具的摩擦力与卡环的抗剪能力增强钢筋的连接性能。震后若可拆换套环损坏，旋松侧拧螺栓与卡环，即可取下套环进行拆换，安装方便。

4、本发明研制了一种桥墩自复位装置，自复位装置均匀设置于可拆换套环四周，无粘结钢筋下部埋入承台中，上部穿过可拆换套环后，采用自复位固定件如螺母将弹簧锚固于预制可拆换套环顶部，利用弹簧的特性实现桥墩的自复位功能。相比于粘滞阻尼器，弹簧预压缩可对桥墩施加一定的轴力，有效减小桥墩在地震作用下的变形，同时安装更方便，节约造价。相比于申请号为202110376941.5的发明专利在墩柱内部张拉预应力作为自复位的装置，本发明在套环耗能钢筋外侧设置自复位装置，其自复位效果更佳，同时弹簧还起到了优先耗能的作用，桥墩整体的耗能效果也更佳，弹簧一定程度也保护了桥墩纵筋，即保护了桥墩；另外，该结构还避免了在盖梁顶部张拉自复位装置的预应力筋，解决了桥墩塑性铰区局部修复时释放预应力后，预应力筋难以再次张拉的问题。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明预制墩柱和预制可拆换套环的分解结构示意图。

图3是本发明预制墩柱和预制可拆换套环安装完成后的立体透视结构示意图。

图4是墩柱插嵌区插入承台圆形槽后灌入灌浆料的截面结构示意图。

图5a是套环耗能钢筋、承台预埋钢筋与套筒连接的透视结构示意图；图5b是套环耗能钢筋、承台预埋钢筋与套筒连接的分解结构示意图。

图6是套环耗能钢筋、墩柱纵筋和双孔夹具连接的立体结构示意图。

图7是预制可拆换套环、自复位装置安装的立体结构示意图。

图中，预制墩柱1，墩柱普通区101，墩柱核心区102，墩柱插嵌区103，预制盖梁2，承台3，预制可拆换套环4，自复位装置5，无粘结钢筋501，自复位螺母502，弹簧503，无粘结钢筋通道504，无粘结钢筋套筒505，锚固块506，施工后浇带6，套环耗能钢筋7，双孔夹具8，墩柱纵筋9，灌浆料10，预应力筋11，预应力锚固块12，预应力锚具13，套环凸肋14，碳纤维条带15，承台圆形槽16，圆形槽定位块17，承台预埋钢筋18，套筒19，侧拧螺栓20，钢筋槽口21，套环槽口22，螺纹卡环23，螺栓24，承台定位块25。

具体实施方式

以下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，所描述的实施例仅仅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作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。

在本发明的描述中 ，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

一种自复位可拆换装配式抗震桥墩，如图1所示，包括预制墩柱1、预制盖梁2、承台3、预制可拆换套环4、自复位装置5和施工后浇带6，其中：预制墩柱1，其沿竖向布置，采用普通混凝土预制；预制盖梁2，其支承在预制墩柱1的顶部，采用普通混凝土预制；承台3，其设置于预制墩柱1底部，用于支承预制墩柱1，也采用普通混凝土制作，可预制，可现浇；预制可拆换套环4，其设置在预制墩柱1底部和/或顶部的塑性铰区，包裹固定在预制墩柱1核心混凝土外侧，采用普通混凝土预制；自复位装置5，其均匀设置于预制可拆换套环4外侧，包括无粘结钢筋501、固定件和弹簧503，无粘结钢筋501的一端插入承台3或预制盖梁2中，另一端穿过预制可拆换套环4，套入弹簧503且由自复位固定件固定。施工后浇带6，设置于预制可拆换套环4与预制墩柱1和/或盖梁的连接处。一般来说，预制墩柱1、预制盖梁2、承台3和预制可拆换套环4采用普通混凝土制作，施工后浇带6所用混凝土比预制墩柱1混凝土高一个等级。

由于预制墩柱1和承台3连接与预制墩柱1和预制盖梁2连接的构造基本一致，以下部分以预制墩柱1与承台3的连接构造为例进行说明，预制墩柱1和预制盖梁2连接构造呈对称形式。

结合图2和3所示，进一步的，预制墩柱1包括依次连接的墩柱普通区101、墩柱核心区102和墩柱插嵌区103三部分，墩柱普通区101的直径与桥梁墩柱直径相匹配，桥梁墩柱直径根据桥梁需要确定；墩柱核心区102的直径小于墩柱普通区101的直径，为震后塑性铰处仍能保持基本完好部分，无需拆换；因此，墩柱核心区102高度、直径需根据墩柱震后塑性铰的高度与外表混凝土破损厚度确定。墩柱插嵌区103用于插嵌在承台3内，墩柱插嵌区103直径与墩柱核心区102直径相同，插嵌深度需根据抗震要求确定。对于承台3而言，墩柱普通区101、墩柱核心区102和墩柱插嵌区103由上到下设置。

需要说明的是，承台3设置有承台圆形槽16用于插嵌预制墩柱1，承台圆形槽16直径略大于墩柱插嵌区103的直径，结合图4所示，承台圆形槽16内底部设有四个一定厚度的圆形槽定位块17，墩柱插嵌区103下端设置有插嵌定位槽，插嵌定位槽能匹配嵌入圆形槽定位块17，墩柱插嵌区103插嵌入承台圆形槽16后，可保证墩柱插嵌区103与承台圆形槽16的侧面与底部预留有一定的缝隙，以便在侧面缝隙与底面缝隙内灌入灌浆料10，增强预制墩柱1与承台3的整体性。墩柱插嵌区103插嵌在承台3的连接还可以考虑合适的钢筋构造，保证其满足高烈度地区的抗震要求。

进一步的，塑性铰处墩柱设置有墩柱核心区102与预制可拆换套环4两部分，预制可拆换套环4包括2个预制可拆换套环单元，2个预制可拆换套环单元拼接在一起环绕在墩柱核心区102外围，高度与墩柱核心区102的高度相匹配，每个预制可拆换套环4单元的两端均设有凸起的预应力锚固块12，内部均设有环向的预应力筋11，预应力筋11两端均分别穿过其所在的预制可拆换套环单元的预应力锚固块12，并穿出对侧的预制可拆换套环单元的预应力锚固块12，由预应力锚具13固定。值得说明的是，预应力筋11的安装，是先在预制可拆换套环4中设置有预应力管道，安装时在预应力管道中穿设预应力筋11，然后灌入水泥浆，但是，穿出对侧的预应力锚固块12部分的预应力筋11（即预应力筋11被锚固的端头部分）所在的一段预应力管道可不灌入水泥浆，以便释放预应力后可快速拆卸预制可拆换套环4。预制套环4的高度一般与墩柱核心区102高度一致（预留施工后浇带6的高度），预制可拆换套环4厚度略大于墩柱震后塑性铰外表混凝土破损厚度，保证震损部分混凝土均出现在预制可拆换套环4上，避免核心混凝土区102开裂。预制可拆换套环4安装在墩柱核心区102外围后，该部分墩柱直径等于或略大于墩柱普通区101直径。需要特别说明的是，环向的预应力筋11不仅可将预制可拆换套环4固定在墩柱核心区102外围，还可以对墩柱核心区102提供环向约束力，有效提高墩柱内部核心混凝土的抗压强度和延性，提高墩柱的抗震性能，一定程度保护了墩柱的核心混凝土，同时防止套环耗能钢筋7出现大变形挠曲。

进一步的，预制可拆换套环4内侧设置有套环凸肋14，套环凸肋14的竖向位置与预应力筋11的位置相匹配，可为环向预应力提供传递路径，使环向预应力有效传递至墩柱核心区102。

需要说明的是，预制可拆换套环4的内径略大于墩柱核心区102的外径，预制可拆换套环4与墩柱核心区102之间预留有一定的缝隙，但套环凸肋14顶紧预制墩柱1的外围，以防预应力筋11张拉导致预制可拆换套环4开裂，预制可拆换套环4与预制墩柱1之间的缝隙在预应力筋11张拉完成后注入灌浆料10，增强预制可拆换套环4与墩柱核心区102的整体性。承台3顶部同样设有四个一定厚度的承台定位块25，预制可拆换套环4底面设置有与承台定位块25相匹配的套环定位凹槽，当安装预制可拆换套环4时，将套环定位凹槽匹配套住承台定位块25，即可实现预制可拆换套环4的定位，同时，还可保证预制可拆换套环4底面与承台3顶面预留有一定的缝隙，预应力筋11张拉完成后，底面缝隙也灌入灌浆料10，增强预制墩柱1与承台3的整体性。

考虑到预制可拆换套环4已通过预应力筋11固定在墩柱核心区102的外侧，墩柱核心区102和预制可拆换套环4之间的灌浆料10强度不宜过高，以便后期拆换预制可拆换套环4。

进一步的，墩柱核心区外围包裹有碳纤维条带15，以进一步提高墩柱核心混凝土的抗压强度和延性的同时，可作为保护层，保证桥墩在地震作用下耗能或破坏部位出现在预制可拆换套环4上，墩柱核心区102的内部核心混凝土可保证基本无损伤状态，修复时仅需简单修复墩柱核心区102，拆换损坏的预制可拆换套环4即可，有效实现了桥梁在震灾时的快速可修复功能。需要说明的是，碳纤维条带15在竖向断开，竖向间隔一小距离布置，可防止墩柱塑性铰区抗弯性能的增强，以免墩柱塑性铰转移。同时，碳纤维条带15可作为隔离层，使预制可拆换套环4震损后便于与墩柱核心区102分离，方便拆换。

进一步的，如图5a和图5b所示，预制可拆换套环4内设置有竖向的套环耗能钢筋7，承台3设置有承台预埋钢筋18，套环耗能钢筋7与承台预埋钢筋18通过预埋在预制可拆换套环4内的套筒19连接。更进一步的，套筒19靠近套环耗能钢筋7的一端设置有内螺纹，套环耗能钢筋7靠近套筒19的一端设置有外螺纹，套筒19一端能匹配旋入套环耗能钢筋7的一端，另一端能匹配插入承台预埋钢筋18，承台预埋钢筋18上部预开有钢筋槽口21，套筒19的一侧预留有套筒插口，套筒插口设置有侧拧螺栓20，侧拧螺栓20顶入钢筋槽口21以顶紧承台预埋钢筋18；预制可拆换套环4设置有能匹配侧拧螺栓20穿入的套环槽口22。制作时，先将套筒19拧入套环耗能钢筋7，再加工预制可拆换套环4，安装时，将套筒19对准承台预埋钢筋18后，承台预埋钢筋18插入套筒19下半部分，通过预制可拆换套环4上预留套环槽口22拧入侧拧螺栓20的方式与承台预埋钢筋18顶紧，完成套环耗能钢筋7下部与承台预埋钢筋18的连接。侧拧螺栓20不仅可以增强套筒19与承台预埋钢筋18之间的摩擦力，更利用了螺栓的抗剪能力增强钢筋的连接性能，保证钢筋连接构造在地震作用下不发生失效。承台预埋钢筋18在震后需要重复利用，可采用高一等级钢筋，以免承台预埋钢筋18先于套环耗能钢筋7屈服。进一步的，如图6所示，预制可拆换套环4内设置有竖向的套环耗能钢筋7，墩柱普通区101四周均匀布置有通长的墩柱纵筋9，且墩柱纵筋9的一端延伸至墩柱核心区102的上部，套环耗能钢筋7与墩柱纵筋9的数量相匹配，且由双孔夹具8一对一连接，即一个双孔夹具8固定一根墩柱纵筋9和一根套环耗能钢筋7。

进一步的，双孔夹具8包括两块夹板，两块夹板拼接在一起形成一个夹板插孔A和一个夹板插孔B，夹板插孔A的一端能匹配插入套环耗能钢筋7，夹板插孔B的一端能匹配插入墩柱纵筋9，两块夹板两侧通过夹板固定件固定，本实施例夹板固定件是采用夹具螺栓24，夹板两侧设置有夹板通孔，夹具螺栓24穿过夹板通孔拧紧固定两块夹板；夹板插孔A的另一端和夹板插孔B的另一端均设置有能匹配旋入的卡环23，即在夹板插孔A的另一端和夹板插孔B的另一端设置有外螺纹，卡环23设置有内螺纹，卡环23拧入夹板插孔A和夹板插孔B的外螺纹。套环耗能钢筋7与墩柱纵筋9并排对齐后，预留一定的搭接长度，采用夹具螺栓24拧紧双孔夹具8，再旋入卡环23，这种结构利用了钢筋与夹具的之间的摩擦力与卡环的抗剪能力增强钢筋的连接性能。同时，双孔夹具8还可以保证套环耗能钢筋7与墩柱纵筋9在竖向不对齐、给拆换预制可拆换套环4时预留抬升空间，便于预制可拆换套环4的安装与拆换。

当震后拆换预制可拆换套环4时，释放环向的预应力筋11，通过套环槽口22拧松侧拧螺栓20，凿除部分破损保护层后，旋松夹具螺栓24与卡环23，即可拆卸损坏的预制可拆换套环4；预制可拆换套环4上预留套环槽口22还可以作为震后拆卸抬起预制可拆换套环4的预留孔，通过套环槽口22向上施力完成预制可拆换套环4的拆卸。

如图7所示，对于自复位装置5，自复位装置5均匀设置于可拆换套环4的四周，以4-8个为宜，承台3内预埋有带内螺纹的无粘结钢筋套筒505，带有外螺纹的无粘结钢筋501旋入无粘结钢筋套筒505内。预制可拆换套环4内埋有比无粘结钢筋501直径略大的无粘结钢筋通道504，可用pvc管制作，避免无粘结钢筋501与预制可拆换套环4产生摩擦力。无粘结钢筋501上部穿过预制可拆换套环4后，采用自复位螺母502将弹簧503锚固于预制可拆换套环4顶部（其中四个锚固位置可设置于预应力筋锚固块12的顶部，剩余弹簧需在可拆换套环4外侧面增设锚固块506锚固），利用弹簧的特性实现桥墩的自复位功能。其工作原理是，地震作用下，墩柱发生摇摆，受拉侧墩柱发生向上的变形，弹簧受压，产生自复位弹力，限制墩柱进一步摇摆，在此过程中，也起到了耗散地震能量的作用。当震后拆卸预制可拆换套环4与自复位装置5时，拧松承台3内的无粘结钢筋501即可拆换预制可拆换套环4，安装新的自复位装置5。

相比于粘滞阻尼器，弹簧预压缩可对桥墩施加一定的轴力，有效减小桥墩在地震作用下的变形，同时安装更方便，节约造价。相比于申请号为202110376941.5的发明专利在墩柱内部张拉预应力作为自复位的装置，本发明在耗能钢筋外侧设置自复位装置，其自复位效果更佳，同时弹簧还起到了优先耗能的作用，桥墩整体的耗能效果也更佳，弹簧一定程度也保护了耗能纵筋，即保护了桥墩；另外，该方法还避免了在盖梁顶部张拉自复位装置的预应力筋，解决了桥墩塑性铰区局部修复时释放预应力后，预应力筋难以再次张拉的问题。

以上所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工方法，包括以下步骤：

S1.加工预制墩柱1、预制盖梁2、承台3、预制可拆换套环4，加工完成后运输至施工地点；

S2.安装或现浇承台3，安装预制墩柱1，承台3与墩柱部分缝隙注入灌浆料10，完成墩柱安装；

S3.拼接预制可拆换套环4，完成预制可拆换套环4与承台3、预制墩柱1的固定，张拉环向预应力筋11，注入灌浆料10，完成预制可拆换套环4的安装；

S4.安装自复位装置5，旋入无粘结钢筋501，安装弹簧503，适当拧入自复位固定件，施加一定的轴压力，完成自复位装置5的安装；

S5.施工后浇带6，完成自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工。

运营期间，当桥墩塑性铰区震损后，释放环向的预应力筋11，拧出无粘结钢筋501，通过套环槽口22拧松侧拧螺栓20，凿除施工后浇带6部分破损保护层后，旋松夹具螺栓24与卡环23，通过套环槽口22向上施力完成预制可拆换套环4与自复位装置5的拆卸。新的预制可拆换套环4预制完成后，重复步骤S3-S5，即可快速安装预制套环4与自复位装置5，实现桥墩震后的快速修复，施工简便、快速。

Claims (10)

1.一种自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于包括：

预制墩柱，其沿竖向布置；

预制盖梁，其支承在预制墩柱顶部；

承台，其设置于预制墩柱底部，用于支承预制墩柱；

预制可拆换套环，其设置在预制墩柱底部和/或顶部的塑性铰区，包裹固定在预制墩柱核心混凝土外侧；

自复位装置，其均匀设置于预制可拆换套环外侧，包括无粘结钢筋、固定件和弹簧，无粘结钢筋的一端插入承台或预制盖梁中，另一端穿过可拆换套环，套入弹簧且由自复位固定件固定，

施工后浇带，设置于预制可拆换套环与预制墩柱和/或盖梁的连接处。

2.根据权利要求1所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述预制墩柱包括依次连接的墩柱普通区、墩柱核心区和墩柱插嵌区三部分，所述墩柱普通区的直径与桥梁墩柱直径相匹配；所述墩柱核心区的直径小于所述墩柱普通区的直径；所述墩柱插嵌区用于插嵌在承台或预制盖梁内。

3.根据权利要求2所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述预制可拆换套环包括2个预制可拆换套环单元，2个预制可拆换套环单元拼接在一起环绕在所述墩柱核心区外围，高度与所述墩柱核心区的高度相匹配，每个预制可拆换套环单元的两端均设有凸起的预应力锚固块，内部均设有环向的预应力筋，所述预应力筋两端均分别穿过其所在的预制可拆换套环单元的预应力锚固块，并穿出对侧的预制可拆换套环单元的预应力锚固块，由预应力锚具固定。

4.根据权利要求3所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述预制可拆换套环内侧设置有套环凸肋，所述套环凸肋的竖向位置与预应力筋的位置相匹配；

所述预制可拆换套环的内径大于所述墩柱核心区的外径，所述套环凸肋顶紧所述预制墩柱的外围，所述预制可拆换套环与所述预制墩柱之间的缝隙在预应力筋张拉完成后注入灌浆料。

5.根据权利要求1~4任一所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述墩柱核心区外围包裹有碳纤维条带。

6.根据权利要求2所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述预制可拆换套环内设置有竖向的套环耗能钢筋，所述墩柱普通区四周均匀布置有通长的墩柱纵筋，且墩柱纵筋的一端延伸至墩柱核心区的上部，所述套环耗能钢筋与所述墩柱纵筋的数量相匹配，且由双孔夹具一对一连接。

7.根据权利要求2所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述预制可拆换套环内设置有竖向的套环耗能钢筋，所述承台/预制盖梁设置有承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋，所述套环耗能钢筋与所述承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋通过预埋在所述预制可拆换套环内的套筒连接。

8.根据权利要求6所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述双孔夹具包括两块夹板，两块所述夹板拼接在一起形成一个夹板插孔A和一个夹板插孔B，所述夹板插孔A的一端能匹配插入套环耗能钢筋，所述夹板插孔B的一端能匹配插入墩柱纵筋，两块所述夹板两侧通过夹板固定件固定，夹板插孔A的另一端和夹板插孔B的另一端均设置有能匹配旋入的卡环。

9.根据权利要求7所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩，其特征在于：

所述套筒靠近套环耗能钢筋的一端设置有内螺纹，所述套环耗能钢筋靠近套筒的一端设置有外螺纹，所述套筒一端能匹配旋入所述套环耗能钢筋的一端，另一端能匹配插入承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋；所述套筒的一侧预留有套筒插口，所述套筒插口设置有侧拧螺栓以顶紧承台预埋钢筋/盖梁预埋钢筋；所述预制可拆换套环设置有能匹配侧拧螺栓穿入的套环槽口。

10.如权利要求1~9任一所述的自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

S1.加工预制墩柱、预制盖梁、承台、预制可拆换套环，加工完成后运输至施工地点；

S2.安装或现浇承台，安装预制墩柱，承台与墩柱部分缝隙注入灌浆料，完成墩柱安装；

S3.拼接预制可拆换套环，完成预制可拆换套环与承台、预制墩柱的固定，张拉环向预应力筋，注入灌浆料，完成预制可拆换套环的安装；

S4.安装自复位装置，旋入无粘结钢筋，安装弹簧，适当拧入自复位固定件，施加一定的轴压力，完成自复位装置的安装；

S5.施工后浇带，完成自复位可拆换装配式抗震桥墩的施工。

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