CN114990996A - Pbl板及frp筋组合连接的uhpc-nc预制装配组合桥墩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PBL板及FRP筋组合连接的UHPC‑NC预制装配组合桥墩及施工方法，属于土木工程领域。该组合桥墩的PBL板以长度方向的边缘呈波浪形，PBL板上沿长度方向依次排列若干个孔洞一、孔洞二；PBL板为若干个且以永久模壳轴心内壁呈圆周排列；呈圆周排列PBL板上的若干个孔洞一、孔洞二分别穿插FRP筋形成连接体系；永久壳模内通过浇筑形成普通混凝土核心。本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC‑NC预制装配组合桥墩，采用耐腐蚀性、耐磨性和抗渗性的UHPC材料置于结构的外层，内部则采用现浇的普通混凝土，在提高防侵蚀能力的同时节约了造价。

Description

PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩及施工 方法

技术领域

本发明涉及PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩及施工方法，属于土木工程领域。

背景技术

研究发现，跨海大桥所处的海洋环境具有较强的腐蚀性，因此，目前桥墩的建造通常全断面采用造价高昂的海工混凝土。然而，由于桥墩内部具有较好的密闭性，因此采用海工混凝土较为浪费，而海工混凝土的防侵蚀能力又不足以使得外层混凝土抵抗海水的腐蚀，导致一些跨海桥梁仍然出现了严重的腐蚀问题，影响桥梁的结构安全和使用寿命。

目前，跨海大桥的桥墩施工方法主要为采用钢模板的整体现浇施工方法和全截面预制拼装的施工方法。由于跨海大桥桥墩数量一般较多，采用现浇施工时，钢模板数量巨大，且处于海洋极端环境中，钢模板锈蚀速度较快，重复利用次数少，提高建造成本的同时造成了大量的浪费。

目前，桥墩结构主要采用普通钢筋作为结构的框架体系，然而，普通钢筋极易受到海水的腐蚀而发生锈蚀，从而降低钢筋的强度。

UHPC作为一种新技术水泥基材料，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和抗渗性，可以有效防止海水的侵蚀，满足海洋等恶劣极端环境条件下的耐久性要求，而普通混凝土完全能够满足桥墩内部结构的材性要求。

然而，UHPC与普通混凝土结合会存在其连接界面为零剪力连接，容易由结合力不够导致相对滑动等问题。

发明内容

本发明针对上述问题提供了PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩及施工方。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，包括PBL板、FRP筋、永久模壳、普通混凝土核心；所述PBL板以长度方向的边缘呈波浪形，相对于波浪形另一侧边缘为矩形；PBL板的矩形边缘沿长度方向依次排列若干个孔洞一；PBL板的波浪形边缘沿长度方向依次设有若干个孔洞二；

所述PBL板为若干个，且以永久模壳轴心内壁呈圆周排列；呈圆周排列PBL板上的若干个孔洞一、孔洞二分别穿插FRP筋形成连接体系；永久壳模内通过浇筑形成普通混凝土核心。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，位于PBL板波浪形边缘的每个波峰位均设有孔洞二，位于PBL板矩形边缘的若干个孔洞一与波浪形边缘中谷峰位相对应；PBL板2的长度为桥墩的实际高度减去两倍的混凝土保护层的厚度；PBL板的宽度为桥墩实际直径的1/4，其中矩形段与波浪端的宽度比为1:2。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，位于PBL板矩形边缘的若干个孔洞一为等间距分布；所述PBL板中孔洞一数量为孔洞二数量的25%。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，沿所述永久模壳圆周方向布置的PBL板，PBL板之间的间距相同；PBL板数量为6片或8片。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，所述FRP筋选用BFRP筋或CFRP筋；所述FRP筋的直径不小于20cm。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，所述PBL板的矩形边缘预埋至永久模壳内。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：所述永久模壳采用UHPC浇筑成型；UHPC掺有细微钢纤维。

本发明所述PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，步骤如下：

步骤1、将带有孔洞一（1）、孔洞二（6）的PBL板（2）按照相同的间距依次布置、若干个PBL板（2）为环向布置；

步骤2、将FRP筋从PBL板预留好的孔洞一、孔洞二中穿过形成连接体系；

步骤3、采用UHPC浇筑永久模壳，在永久模壳的浇筑过程中，PBL板的矩形边缘及位于孔洞一的FRP筋埋置在永久模壳内部形成有效连接；

步骤4、在永久模壳内部填筑混凝土形成普通混凝土核心。

本发明所述PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，根据桥墩所受实际荷载作用大小计算界面连接处的总剪力，除以单片PBL板可提供的承载力，计算出单个桥墩所需的PBL板的总个数，将PBL板沿沿永久模壳圆周方向等间距布置。

本发明所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，所述这步骤1至步骤3中PBL板及FRP筋所形成的连接体系与永久模壳采用预制装配进行制备；

所述步骤4中普通混凝土核心采用现浇的方式进行浇筑，浇筑永久模壳采用的UHPC中掺有细微钢纤维。

有益效果

本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，采用耐腐蚀性、耐磨性和抗渗性的UHPC材料置于结构的外层，内部则采用现浇的普通混凝土，在提高防侵蚀能力的同时节约了造价。

本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，采用PBL板和FRP筋组成的连接体系有效地保证了UHPC外筒和内核混凝土之间形成有效的整体性连接，同时提高桥墩的整体刚度；FRP筋抗拉强度高、耐腐蚀性强使其更适用于海洋等氯离子浓度高的恶劣极端环境条件。

本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，采用的PBL板的前端为波浪形，有效增大PBL板和现浇普通混凝土的有效接触面积，提高了连接的可靠度。PBL板的后端为矩形，方便埋置于永久模壳，便于施工。PBL板的长度和宽度可以根据桥墩的实际需求直径和高度进行计算后选取。连接体系中采用FRP环向穿过环形PBL板上的孔洞，将PBL板横向连接，有效提高了整个连接体系的横向刚度。

本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法；在预制完成后永久模壳可作为现浇混凝土的模板，从而节省了大量的钢模板且免除了拆模的工序，减少资源浪费的同时节省了工程的附加支出。

采用UHPC浇筑的永久模壳强度高，截面厚度较小，吊装质量小，不需要大型的吊装和运输设备，连接相对简单，无需预应力措施。采用预制装配式的建造方法不但有效地缩减了工期，提高了工程的质量，还有效地节省了人力和物力的支出，节省了造价。

本发明提供的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其中采用FRP筋、PBL板组合形成的连接体系优点为：

1、连接体系将零剪力连接的界面干接缝变为完全剪力连接，显著提升结构的界面连接性能与整体性；

2、使用该连接体系可以省去了预制构件和现浇构件的连接施工工序，方便了施工，提高施工的效率；

3、连该接体系的各组件为轻质装置，没有增加UHPC永久模壳的重量，便于施工和吊装；

4、连该接体系显著提升了组合桥墩的承载能力；

5、连该接体系在相同要求下，组合桥墩可以减小尺寸，降低造价，节约成本；

6、连该接体系通过在UHPC永久模壳内预埋连接体系，能够对UHPC永久模壳进行支撑，进一步提高UHPC永久模壳的强度，并且能够将现浇内核混凝土内核与UHPC模壳连成整体。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖面结构示意图；

图3是本发明的连接体系示意图；

图4是本发明的俯视结构示意图；

图5是PBL板的结构示意图；

图中标号：1-孔洞一、2-PBL板、3- FRP筋、4-永久模壳、5-普通混凝土核心，6-孔洞二 。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

如图1、图2所示： PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，本实施例中UHPC为：超高性能混凝土（Ultra High Performance Concrete,）；NC为：普通混凝土（Normal Concrete, NC）；采用两种材料的结合及UHPC-NC组合桥墩；UHPC作为一种新技术水泥基材料，具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和抗渗性，可以满足海洋等恶劣极端环境条件下的耐久性要求。UHPC强度高，截面厚度较小，吊装质量小，不需要大型的吊装和运输设备，连接相对简单，无需预应力措施。

FRP筋作为一种纤维复合型材料，具有质量轻、抗拉强度高、耐腐蚀性强、材料结合力强等特点。相较于普通钢筋，其优异的物理力学性能使其更适用于海洋等氯离子浓度高的恶劣极端环境条件。

组合桥墩包括PBL板1、FRP筋3、永久模壳4、普通混凝土核心5；PBL板2以长度方向的边缘呈波浪形，相对于波浪形另一侧边缘为矩形；PBL板2的矩形边缘沿长度方向依次排列若干个孔洞一1；PBL板2的波浪形边缘沿长度方向依次设有若干个孔洞二6；永久壳模4内通过浇筑形成普通混凝土核心5。

如通3所示：永久模壳4轴心内壁呈圆周排列的PBL板2分别穿插FRP筋3形成连接体系；PBL板2的数量可以根据桥墩的实际需求的大小采用6片或者8片两种不同的布置形式。PBL板2起到有效定位的作用，使得整个连接体系居中。PBL板2的矩形部分埋置在永久模壳内部形成有效连接，使得连接体系与UHPC浇筑的永久模壳成为一个刚性的整体。

如图5所示：PBL板2按照相同的间距环向布置。PBL板2的前端为波浪形，且预留有孔洞二6，孔洞二6的位置与PBL板2中波浪形构造一一对应。PBL板2的后端为矩形，矩形结构上留有孔洞一1。矩形部分孔洞一1为等间距分布，孔洞一1的数量为波浪形部分孔洞二6的25%。PBL板2的长度和宽度可以根据桥墩的实际需求直径和高度进行计算后选取。

沿永久模壳4圆周方向布置的PBL板2，PBL板2之间的间距相同；PBL板2数量为6片或8片。

FRP筋3选用BFRP筋或CFRP筋；所述FRP筋3的直径不小于20cm。

PBL板2的矩形边缘预埋至永久模壳4内。所述永久模壳4采用UHPC浇筑成型；UHPC掺有细微钢纤维。

本发明采用PBL板及FRP筋组合浇筑形成的UHPC-NC预制装配组合桥墩，施工步骤如下：

步骤1，将PBL板2长度方面的一侧边缘制备形成波浪形，在PBL板2波浪边缘的波峰部分别钻孔形成孔洞二6；在PBL板2矩形部钻孔形成孔洞一1；孔洞二6与孔洞一1按相同的间距依次布置，PBL板2为环向布置；

步骤2，采用FRP筋横向依从相邻的PBL板2的孔洞二6或孔洞一1穿过，此时形成连接体系； PBL板2的数量可以根据桥墩的实际需求的大小采用6片或者8片两种不同的布置形式。PBL板2起到有效定位的作用，使得整个连接体系居中；孔洞一1与孔洞二6的直径略大于FRP筋的直径；FRP筋可根据实际需求采用BFRP筋或CFRP筋两种不同类型的纤维筋；

步骤3，采用UHPC浇筑永久模壳4，在模壳的浇筑过程中，PBL板2的后半部分和FRP筋埋置在永久模壳4内部形成有效连接；

步骤4，最后在实际工程的施工过程中，在预制的带有连接体系的UHPC永久模壳中现浇普通混凝土作为桥墩的内核，普通混凝土采用现浇的方式进行浇筑。

步骤1中的PBL板2的长度为桥墩的实际高度减去两倍的混凝土保护层的厚度；PBL板的宽度为桥墩实际直径的1/4，其中矩形段与波浪端的宽度比为1:2。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：包括PBL板（2）、FRP筋（3）、永久模壳（4）、普通混凝土核心（5）；所述PBL板（2）以长度方向的边缘呈波浪形，相对于波浪形另一侧边缘为矩形；PBL板（2）的矩形边缘沿长度方向依次排列若干个孔洞一（1）；PBL板（2）的波浪形边缘沿长度方向依次设有若干个孔洞二（6）；

所述PBL板（2）为若干个，且以永久模壳（4）轴心内壁呈圆周排列；呈圆周排列PBL板（2）上的若干个孔洞一（1）、孔洞二（6）分别穿插FRP筋（3）形成连接体系；永久壳模（4）内通过浇筑形成普通混凝土核心（5）。

2.根据权利要求1所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：位于PBL板（2）波浪形边缘的每个波峰位均设有孔洞二（6），位于PBL板（2）矩形边缘的若干个孔洞一（1）与波浪形边缘中谷峰位相对应；PBL板（2）的宽度为桥墩实际直径的1/4，其中矩形段与波浪端的宽度比为1:2。

3.根据权利要求2所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：位于PBL板（2）矩形边缘的若干个孔洞一（1）为等间距分布；所述PBL板（2）中孔洞一（1）数量为孔洞二（6）数量的25%。

4.根据权利要求1所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：沿所述永久模壳（4）圆周方向布置的PBL板（2），PBL板（2）之间的间距相同；PBL板（2）数量为6片或8片。

5.根据权利要求1所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：所述FRP筋（3）选用BFRP筋或CFRP筋；所述FRP筋（3）的直径不小于20cm。

6.根据权利要求1或2所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：所述PBL板（2）的矩形边缘预埋至永久模壳（4）内。

7.根据权利要求1所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩，其特征在于：所述永久模壳（4）采用UHPC浇筑成型；UHPC掺有细微钢纤维。

8.利用权利要求1至7任意一项所述PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，其特征在于：步骤如下：

步骤1、将带有孔洞一（1）、孔洞二（6）的PBL板（2）按照相同的间距依次布置、若干个PBL板（2）为环向布置；

步骤2、将FRP筋（3）从PBL板（2）预留好的孔洞一（1）、孔洞二（6）中穿过形成连接体系；

步骤3、采用UHPC浇筑永久模壳（4），在永久模壳（4）的浇筑过程中，PBL板（2）的矩形边缘及位于孔洞一（1）的FRP筋（3）埋置在永久模壳（4）内部形成有效连接；

步骤4、在永久模壳（4）内部填筑混凝土形成普通混凝土核心（5）。

9.根据权利要求8所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，其特征在于：依据桥墩的总剪力除以单个PBL板2的承载力即为单个桥墩所需的PBL板的总个数。

10.根据权利要求8所述的PBL板及FRP筋组合连接的UHPC-NC预制装配组合桥墩的施工方法，其特征在于：所述这步骤1至步骤3中PBL板（2）及FRP筋（3）所形成的连接体系与永久模壳（4）采用预制装配进行制备；

所述步骤4中普通混凝土核心（5）采用现浇的方式进行浇筑，浇筑永久模壳（4）采用的UHPC中掺有细微钢纤维。

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