CN112900246B - 一种新型节段预制拼装桥墩及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的节段预制拼装桥墩及其组装方法，拼装桥墩包括与桥墩底节段一体的底部承台、预制的桥墩节段以及盖梁；预制混凝土桥墩主体，自上而下依次包括底节段、中间节段以及顶节段，其中，所述的底节段与底部承台整体浇筑而成；所述顶节段与盖梁通过带有剪力钉的钢板围焊连接；与传统的整体现浇式桥墩相比，本发明通过工厂节段预制的形式，提高施工的质量，提升施工速度，减小现场对环境的污染，同时，与现有的节段预制拼装桥墩相比，省去了底节段与底部承台的连接，提高了抗剪切能力与水平方向的极限承载能力，同时具有良好的抗侧倾能力、自复位能力以及优越的抗震性能，在桥梁的下部结构快速化施工中具有很好的应用前景。

Description

一种新型节段预制拼装桥墩及其组装方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁工程领域中新型装配式预制桥墩，特别是涉及一种带剪力键的装配式预制桥墩及其组装方法。

背景技术

采用传统现浇的施工方法制作桥墩，施工进度受模板高度、钢筋笼绑扎、混凝土浇筑与养生期限制；施工质量受现场环境条件，施工人员技能水平影响，从而导致施工周期长、施工效率低、施工质量难保证。桥墩预制装配化可大幅提升桥墩的制作水平与施工质量，提高施工效率，缩短施工周期，降低劳动力成本与工程造价，同时能够减小施工噪音与污染对社会和自然环境的负面影响，因此成为桥墩建造技术领域新的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型节段预制拼装桥墩及其组装方法。在节段预制拼装桥墩的剪力键中引入带U形钢筋的混凝土剪力键以提高墩身节段拼接处的抗剪切性能，引入无粘结预应力钢筋以有效提高结构自复位能力，引入高延性混凝土（ECC）可以提高节段预制桥墩塑性铰区的耗能能力。这种新型节段预制拼装桥墩可以广泛应用于装配式桥梁领域，尤其在施工工期短，抗震烈度高的地区具有很大的推广应用价值。

技术方案：为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型节段预制拼装桥墩，包括：

底部承台，位于整个预制拼装桥墩的最底部；

盖梁，位于整个预制拼装桥墩的顶部；

预制混凝土桥墩主体，自上而下依次包括底节段、中间节段以及顶节段，其中，所述的底节段与底部承台整体浇筑而成；

所述顶节段与盖梁通过带有剪力钉的钢板围焊连接；

所述底节段和顶节段之间串接有至少一个所述中间节段；

所述底节段与中间节段之间、各中间节段之间以及中间节段与顶节段之间均设有避免节段间剪切错动的剪力键；

所述底部承台和预制混凝土桥墩主体的各节段内均预留竖向波纹管道，所述竖向波纹管道位于节段四角处，各孔道竖向贯通，中心竖向对齐；

竖向连续钢筋，底端承插于底部承台之中，穿过波纹管道，另一端连接于盖梁之中，使得节段预制桥墩连为整体；

中间节段中，位于最底部的一节中间节段侧面开设有灌浆口，所述盖梁侧面设有出浆口；所述灌浆口与所述竖向波纹管道相连通，灌浆料填满波纹管孔道，使得波纹管内的竖向钢筋与波纹管紧密连接；

预应力钢筋体系，其锚固端位于底部承台底面中心，穿过所述桥墩主体中心后于顶面中心张拉锚固。

多个所述中间节段结构相同，均为截面呈中空矩形的柱体结构，所述柱体结构的四个棱边处分别预留一个所述竖向波纹管道；

中间节段内部设有箍筋，所述箍筋形状为矩形框，在中间节段的纵向和横向分层分面布置。

所述底节段的上表面四周和各中间节段的上表面四周均预设凹槽；所述顶节段下表面四周和各中间节段的下表面四周预设与所述凹槽相匹配的凸起，上述结构构成所述剪力键。

所述凸起为四棱台体状，四棱台体状凸起中设有多根U型钢筋，所述U型钢筋与所述箍筋连接。

所述中间节段上位于每个所述竖向波纹管道的四周还均匀围设有四根连接钢筋，所述连接钢筋与箍筋之间绑扎连接。

所述带有剪力钉的钢板上预留有穿设所述竖向连续钢筋的预留孔洞；所述的剪力钉埋入所述顶节段以及盖梁之中。

所述预应力钢筋体系包括保护套、预应力钢筋、锚固钢板以及锚具，其中，所述保护套设置在所述预应力钢筋外部，预应力钢筋的上端通过第一锚固钢板及锚具与盖梁顶面中心连接，预应力钢筋的下端通过第二锚固钢板及锚具与底部承台底面中心承插连接。

所述剪力键所用的材料为与预制混凝土桥墩主体材料强度等级一致的混凝土材料。

所述底节段的材料为高延性纤维增强水泥基复合材料。

本发明进一步公开了一种基于所述新型节段预制拼装桥墩的组装方法，包括以下步骤：

S1、加工桥墩底部承台与底节段，中间节段，顶节段和盖梁等各部件；

S2、安装定位底部承台，一端锚固于底部承台底端的竖向连续钢筋伸出底节段，通过第二锚固钢板及锚具锚固于底部承台底部中心的竖向无粘结预应力钢筋，通过底部承台中心预留的孔道，伸出；

S3、在固定的底部承台和底节段上安装设有灌浆口的中间节段，竖向连续钢筋穿插中间节段波纹管孔道，竖向无粘结预应力钢筋穿过中间节段的空心；

S4、在设有灌浆口中间节段上端依次安装剩余的中间节段，直至顶节段，重复S3步骤；

S5、在顶节段上安装盖梁，竖向连续钢筋穿插盖梁波纹管孔道，伸至盖梁顶端锚固，竖向无粘结预应力钢筋通过盖梁中心的预留孔道，通过第一锚固钢板及锚具在盖梁顶部中心张拉锚固；在顶节段和盖梁的钢板四周施焊，连接顶节段与盖梁；

S6、从下部的中间节段侧面灌浆口压浆，直至盖梁侧面出浆口排出灌浆料，

预制拼装桥墩各部件组装完成。

有益效果：与现有装配式桥墩相比，本发明具有以下优势：

第一．装配式预制桥墩墩身节段间拼接缝连接方式对装配式预制桥墩受力性能影响显著。剪力键构造可以避免节段间剪切错动的发生，造成结构破坏失效，从而提高桥墩的抗剪切能力，并且能够提高桥墩节段间的定位精度。同时，在剪力键中布置U型钢筋，增加剪力键的抗剪承载能力，避免发生节段间的剪力键因发生脆性破坏而失效，同时具有提高桥墩节段间的定位精度的作用。

第二．通过底部承台底部，桥墩墩身以及盖梁中间穿入无粘结预应力钢筋，将基底底部承台，桥墩墩身以及盖梁变成一个整体，增加了桥墩墩身的抗侧向刚度和水平方向的极限承载能力，提升了桥墩的自复位能力。同时无粘结预应力钢筋可以整体受拉，充分发挥预应力钢束的性能，也容易检测预应力损失以及更换预应力钢筋。

第三．高延性混凝土（ECC）具有较强的自愈合能力，能够提高构件在复杂环境下的耐久性能，并且具有极高的强度、韧性、耐损伤性能以及抗裂性能，将这种材料应用于节段预制桥墩的底节段的塑性铰区中，可以提高构件的强度和延性，对于节段预制桥墩的抗震性能的提高具有很好的帮助。

本发明是一种兼具剪力键和无粘结预应力钢筋并且塑性铰区的底节段采用高延性混凝土（ECC）的新型节段预制拼装桥墩，将在桥梁节段预制拼装技术领域具有广泛应用的前景。

附图说明

图1为本发明预制拼装桥墩整体结构示意图；

图2为本发明预制桥墩底部承台与底节段连接结构示意图；

图3a为本发明预制桥墩带灌浆口的中间节段上端面结构示意图；

图3b为本发明预制桥墩带灌浆口的中间节段下端面结构示意图；

图4a为本发明预制桥墩中间节段上端面结构示意图；

图4b为本发明预制桥墩中间节段下端面结构示意图；

图5a为本发明预制桥墩顶节段上端面结构示意图；

图5b为本发明预制桥墩顶节段下端面结构示意图；

图6为本发明带有剪力钉的钢板结构示意图；

图7为本发明预应力钢筋体系示意图；

图8a为本发明预制桥墩节段内钢筋布置示意图；

图8b为本发明预制桥墩节段的上表面的俯视图；

图中有：底部承台与底节段连接结构1、带灌浆口的中间节段2、中间节段3、顶节段4、盖梁5、盖梁与顶节段连接结构6、预应力钢筋体系7；

底部承台101、底节段102、竖向连续钢筋103；

灌浆口201、剪力键8、凹槽9、竖向波纹管道10；

剪力键8、凹槽9；

钢板601、剪力钉602、钢板预留孔603；

保护套701、预应力钢筋702、锚固钢板703、锚具704；

连接钢筋1101、箍筋1102、U型钢筋1103。

具体实施方式：

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功能。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例中，所述的一种新型节段预制拼装桥墩，包括带底节段的底部承台1、中间预制节段桥墩、盖梁5、桥墩与盖梁之间连接的剪力钉602以及体外无粘结预应力钢筋体系，所述的带底节段的底部承台1、中间预制节段桥墩和盖梁5自下而上通过竖向预应力钢筋依次拼装连接，所述的桥墩竖向预应力通过桥墩中心无粘结预应力钢筋张拉实现，所述的无粘结预应力钢筋固定端位于底部承台底面中心，张拉端位于盖梁顶面中心。

本实施例中，所述的与底节段整体浇筑的底部承台1包括底部承台101、底节段102以及竖向连续钢筋103，其中底节段102与底部承台101为整体现浇而成。

本实施例中，中间预制节段桥墩自下而上依次包括底节段、中间节段以及顶节段，中间节段均为截面呈空心矩形的四棱柱。所述底节段与中间节段之间、各中间节段之间以及中间节段与顶节段之间均设有避免节段间剪切错动的剪力键；

各节段在纵向和横向分层分面布置箍筋，箍筋形状为矩形框。

本实施例中，所述底部承台101和桥墩主体的各节段内均预留4个竖向波纹管道，节段中的竖向波纹管道位于预制节段桥墩四角处，各孔道竖向贯通，中心竖向对齐；竖向连续钢筋底端承插于底部承台之中，穿过波纹管道，将另一端连于盖梁之中，使得节段预制桥墩连为整体。

本实施例中，所述剪力键结构为凸起的四棱台体混凝土剪力键，中间节段的下表面四边预设凸起的混凝土剪力键，上表面四边预设与剪力键几何尺寸相匹配的凹槽，特殊的，底节段上表面四周预设凹槽，下表面不设置剪力键直接与底部承台整体浇筑；

顶节段下表面四周预设凸起的混凝土剪力键，上表面不设置凹槽而预埋剪力钉与钢板焊接。

混凝土剪力键中设置多根U型钢筋，且与桥墩主体内的箍筋相连；增加剪力键的抗剪承载能力，避免发生节段间的剪力键因发生脆性破坏而失效，同时具有提高桥墩节段间的定位精度的作用。

本实施例中，所述盖梁与顶桥墩的连接结构包括钢板和剪力钉。顶节段上表面预埋带有剪力钉钢板，盖梁5下表面预埋形同的带有剪力钉钢板，顶节段4上的钢板与盖梁5底面的钢板通过围焊的方式进行连接；

本实施例中，所述的体外无粘结预应力钢筋体系由外层的保护套701、预应力钢筋702、锚固钢板703以及锚具组成。

本实施例中，所述的混凝土剪力键的材料与其相应桥墩主体节段的材料一致，底节段桥墩的材料采用高延性纤维增强水泥基复合材料（ECC），中间节段、顶节段、底部承台和盖梁的材料均为普通混凝土；

本发明一种基于所述新型节段预制拼装桥墩的组装方法，包括以下步骤：

S1、加工桥墩底部承台与底节段，中间节段，顶节段和盖梁等各部件；

S2、安装定位底部承台，一端锚固于底部承台底端的竖向连续钢筋伸出底节段，通过第二锚固钢板及锚具锚固于底部承台底部中心的竖向无粘结预应力钢筋，通过底部承台中心预留的孔道，伸出；

S3、在固定的底部承台和底节段上安装设有灌浆口的中间节段，竖向连续钢筋穿插中间节段波纹管孔道，竖向无粘结预应力钢筋穿过中间节段的空心；

S4、在设有灌浆口中间节段上端依次安装剩余的中间节段，直至顶节段，重复S3步骤；

S5、在顶节段上安装盖梁，竖向连续钢筋穿插盖梁波纹管孔道，伸至盖梁顶端锚固，竖向无粘结预应力钢筋通过盖梁中心的预留孔道，通过第一锚固钢板及锚具在盖梁顶部中心张拉锚固；在顶节段和盖梁的钢板四周施焊，连接顶节段与盖梁；

S6、从下部的中间节段侧面灌浆口压浆，直至盖梁侧面出浆口排出灌浆料，

预制拼装桥墩各部件组装完成。

最后说明的是，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，包括：

底部承台，位于整个预制拼装桥墩的最底部；

盖梁，位于整个预制拼装桥墩的顶部；

预制混凝土桥墩主体，自下而上依次包括底节段、中间节段以及顶节段，其中，所述的底节段与底部承台整体浇筑而成；

所述顶节段与盖梁通过带有剪力钉的钢板围焊连接；

所述底节段和顶节段之间串接有至少一个所述中间节段；

所述底节段与中间节段之间、各中间节段之间以及中间节段与顶节段之间均设有避免节段间剪切错动的剪力键；

所述底部承台和预制混凝土桥墩主体的各节段内均预留竖向波纹管道，所述竖向波纹管道位于节段四角处，各孔道竖向贯通，中心竖向对齐；

竖向连续钢筋，底端承插于底部承台之中，穿过波纹管道，另一端连接于盖梁之中，使得节段预制桥墩连为整体；

中间节段中，位于最底部的一节中间节段侧面开设有灌浆口，所述盖梁侧面设有出浆口；所述灌浆口与所述竖向波纹管道相连通，灌浆料填满波纹管孔道，使得波纹管内的竖向钢筋与波纹管紧密连接；

预应力钢筋体系，其锚固端位于底部承台底面中心，穿过所述桥墩主体中心后于顶面中心张拉锚固；

所述底节段的材料为高延性纤维增强水泥基复合材料；

底部承台底部，桥墩墩身以及盖梁中间穿入无粘结预应力钢筋，将基底底部承台，桥墩墩身以及盖梁变成一个整体；

混凝土剪力键中设置多根U型钢筋，且与桥墩主体内的箍筋相连。

2.根据权利要求1所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，

多个所述中间节段结构相同，均为截面呈中空矩形的柱体结构，所述柱体结构的四个棱边处分别预留一个所述竖向波纹管道；

中间节段内部设有箍筋，所述箍筋形状为矩形框，在中间节段的纵向和横向分层分面布置。

3.根据权利要求2所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，所述底节段的上表面四周和各中间节段的上表面四周均预设凹槽；所述顶节段下表面四周和各中间节段的下表面四周预设与所述凹槽相匹配的凸起，上述结构构成所述剪力键。

4.根据权利要求3所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，所述凸起为四棱台体状，四棱台体状凸起中设有多根U型钢筋，所述U型钢筋与所述箍筋连接。

5.根据权利要求2所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，所述中间节段上位于每个所述竖向波纹管道的四周还均匀围设有四根连接钢筋，所述连接钢筋与箍筋之间绑扎连接。

6.根据权利要求1所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，

所述带有剪力钉的钢板上预留有穿设所述竖向连续钢筋的预留孔洞；所述的剪力钉埋入所述顶节段以及盖梁之中。

7.根据权利要求1所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，

所述预应力钢筋体系包括保护套、预应力钢筋、锚固钢板以及锚具，其中，所述保护套设置在所述预应力钢筋外部，预应力钢筋的上端通过第一锚固钢板及锚具与盖梁顶面中心连接，预应力钢筋的下端通过第二锚固钢板及锚具与底部承台底面中心承插连接。

8.根据权利要求1所述的新型节段预制拼装桥墩，其特征在于，所述剪力键所用的材料为与预制混凝土桥墩主体材料强度等级一致的混凝土材料。

9.一种基于权利要求1~8中任一所述新型节段预制拼装桥墩的组装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、加工桥墩底部承台与底节段，中间节段，顶节段和盖梁各部件；

S2、安装定位底部承台，一端锚固于底部承台底端的竖向连续钢筋伸出底节段，通过第二锚固钢板及锚具锚固于底部承台底部中心的竖向无粘结预应力钢筋，通过底部承台中心预留的孔道，伸出；

S3、在固定的底部承台和底节段上安装设有灌浆口的中间节段，竖向连续钢筋穿插中间节段波纹管孔道，竖向无粘结预应力钢筋穿过中间节段的空心；

S4、在设有灌浆口中间节段上端依次安装剩余的中间节段，直至顶节段，重复S3步骤；

S5、在顶节段上安装盖梁，竖向连续钢筋穿插盖梁波纹管孔道，伸至盖梁顶端锚固，竖向无粘结预应力钢筋通过盖梁中心的预留孔道，通过第一锚固钢板及锚具在盖梁顶部中心张拉锚固；在顶节段和盖梁的钢板四周施焊，连接顶节段与盖梁；

S6、从下部的中间节段侧面灌浆口压浆，直至盖梁侧面出浆口排出灌浆料，

预制拼装桥墩各部件组装完成。

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