复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁结构，尤其涉及一种复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩。


背景技术：

2.城市用地越来越紧张，往空间发展的立交桥得到了广泛的应用。立交桥为了减小占用桥下空间，并增加美观性，大多会采用独柱墩。但这种独柱墩连续梁的抗扭性能较差，在偏载的情况下，很容易导致桥梁发生倾覆。并且桥梁支座历来是桥梁结构体系中抗震性能薄弱的环节，在历次破坏性地震中，支座的震害现象较普遍。刚构桥取消了支座，将主梁和桥墩连接在一起，可以有效地提高主梁的抗扭性能，避免倾覆破坏和地震作用下的落梁破坏。
3.刚构桥将主桥和桥墩连接在一起，主梁的纵向作用(包括收缩徐变、温度变化、汽车的制动力等)将受到桥墩的约束，刚构桥的桥墩不仅受压，而且受弯、受扭。因此桥墩和梁体、桥墩和承台的连接部位将是受力最为复杂的节段。地震作用下，刚构桥桥墩的受力将更为复杂。
4.常规混凝土的抗拉强度约为抗压强度的1/10，因此受弯构件中受拉侧的混凝土容易开裂。超高性能混凝土(ultra
‑
high performance concrete，简称uhpc)的抗拉强度远大于普通混凝土，并且具有高延性、高耐久性等优点。将超高性能混凝土用于刚构桥的桥墩，可有效改善桥墩的受力，减小裂缝的开展，并且提高桥墩的延性和耐久性能。uhpc性能优越，但是价格昂贵，是普通混凝土价格的10倍左右，如果在桥墩上全部使用uhpc，则该桥墩不具有经济性的优势。此外，目前人工费用昂贵，混凝土现场施工噪音大、扬尘多，对环境影响较大，所以国家大力推行预制构件。但当前国内外预制拼装技术主要集中于房建或者桥梁的上部结构，桥墩等下部结构采用预制构件的实际应用并不普遍。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种受力性能好，具有较好的延性、耐久性及经济性的复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩。
6.本实用新型进一步提供一种上述复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的施工方法。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩，包括上节段、中节段及下节段，所述上节段和所述下节段均包括普通混凝土内芯以及设于普通混凝土内芯外围的uhpc外核，所述中节段为普通钢筋混凝土节段，所述上节段的下端和下节段的上端均设有预留纵向受力钢筋，预留纵向受力钢筋延伸至中节段内并与中节段内的纵向受力钢筋连接，所述上节段的上端和下节段的下端均设有预留连接件。
9.作为上述技术方案的进一步改进：
10.所述上节段和下节段的长度大于等于1m，所述uhpc外核的厚度大于等于10cm。
11.若所述纵向受力钢筋的直径为d，则所述预留纵向受力钢筋的长度大于等于33d，预留纵向受力钢筋位于上节段或下节段内的长度≥8d，预留纵向受力钢筋延伸至中节段内的长度大于等于25d。
12.所述预留连接件为预留套筒。
13.所述普通混凝土内芯为强度不低于c30的普通混凝土。
14.一种上述的复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的施工方法，包括以下步骤：
15.s1、预制上节段和下节段：
16.s1.1、组装上下节段模板，并安装预留纵向受力钢筋和预留连接件；
17.s1.2、浇筑上节段和下节段的uhpc并养护、拆模；
18.s1.3、浇筑下节段的普通混凝土并养护、拆模；
19.s2、预制中节段：
20.s2.1、在下节段的顶面组装中节段模板并安装钢筋笼，钢筋笼下端与下节段的预留纵向受力钢筋搭接，中节段模板的高度为h3，h3＞h1，其中h1为中节段的设计高度；
21.s2.2、第一次浇筑中节段的普通混凝土，第一次浇筑高度h1
‑
h2，其中h2优选大于等于上节段的预留纵向受力钢筋延伸至中节段内的长度；
22.s3、连接上节段与中节段：
23.s3.1、起吊上节段的uhpc外核并翻转180
°
，然后套入中节段的模板内，上节段的预留纵向受力钢筋与钢筋笼的上端搭接；
24.s3.2、第二次浇筑中节段的普通混凝土，第二次浇筑高度h2；
25.s3.3、浇筑上节段的普通混凝土并养护；
26.s3.4、拆除上节段的起吊装置和中节段的模板。
27.与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型公开的复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩，包括上节段、中节段和下节段，其中复杂受力区域的上节段和下节段都是采用uhpc外核结合普通混凝土内芯的双层结构，中节段采用普通钢筋混凝土，uhpc外核利用其良好的抗拉、变形性能，大幅改善桥墩复杂受力区域的受力性能，可以有效减少结构的用钢量，减小裂缝的发生和开展，增加桥墩的延性和抗震性能，并且可以对内芯普通混凝土提供一定的环箍效应，提高普通混凝土的抗压强度；仅复杂受力区域使用uhpc，使得该预制桥墩同时具有较好的经济性，预制结构使得墩身的施工安装更方便，质量也更为可靠。
28.本实用新型公开的复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的施工方法，上节段的uhpc外核和下节段的uhpc外核同时制作，中节段上部的普通混凝土和上节段的普通混凝土连续浇筑，可以有效地减少接头及接缝数量，快速方便地完成预制桥墩的制作。
附图说明
29.图1是本实用新型复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的结构示意图。
30.图2是本实用新型中的上节段、下节段的结构示意图。
31.图3是本实用新型施工方法的上节段、下节段的模板的结构示意图。
32.图4是本实用新型施工方法的上节段、下节段的定位钢筋的结构示意图。
33.图5是本实用新型施工方法的中节段的结构示意图。
34.图中各标号表示：1、上节段；2、中节段；3、下节段；4、普通混凝土内芯；5、uhpc外核；6、预留纵向受力钢筋；7、纵向受力钢筋；8、预留连接件；9、上下节段模板；91、外模板；92、内模板；93、底模板；94、定位钢筋；95、套筒定位板；10、钢筋笼；11、中节段模板。
具体实施方式
35.以下结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
36.图1至图5示出了本实用新型复杂受力区域采用超高性能混凝土的预制桥墩的一种实施例，具体施工过程如下：
37.(1)分别架立、安装上节段1、下节段3的uhpc外核5的上下节段模板9。首先在平整的钢质底模板93上架立uhpc外核5的内模板92，内模板92由两片半圆形的钢板组合而成；外模板91由两片半圆形的钢板组合而成。拼装时，需确保内模板92、外模板91的稳固及拼接到位。当然在其他实施例中，随着桥墩横截面的变化，上下节段模板9也不仅限于圆柱形，也可以是矩形、椭圆形等常规的墩柱形式。
38.(2)预留套筒架立。上节段1的预留套筒用于运至施工现场后与盖梁或者主梁连接，下节段3预留套筒则与承台的预留钢筋连接。盖梁(或主梁)、承台可预制，也可以采用现浇法施工。上节段1、下节段3的底模板93上安装套筒定位板95，套筒定位板95上根据盖梁(或主梁)、承台等连接构件的受力钢筋的分布而确定预留孔位。预留套筒插入套筒定位板95的孔位中。预留套筒的长度根据规范jgj355
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2015取为10d1(d1为连接构件中受力钢筋的直径)。待预制墩柱整体施工完成，运至施工现场后，可采用套筒灌浆法分别与连接构件如盖梁(或主梁)、承台连接，套筒灌浆法施工工艺较为成熟，具体不再赘述。当然在其他实施例中，也可采用其他形式预留连接件8，能够实现预制桥墩与承台、盖梁(或主梁)的可靠连接即可。
39.(3)预留纵向受力钢筋6架立。在上下节段模板9的顶部搭设定位钢筋94，本实施例中，定位钢筋94包括一等边三角形及等边三角形外围的外接圆，结构简单、定位可靠；定位钢筋94上焊接预留纵向受力钢筋6，预留纵向受力钢筋6的位置与中节段2的纵向受力钢筋7一致，根据设计需要布置。本实施例中，预留纵向受力钢筋6长度为45d(d为中节段2的纵向受力钢筋7的直径)，其中15d长度伸入上节段1、下节段3；30d长度伸出上节段1、下节段3的顶面，用来与中节段2的纵向受力钢筋7搭接。当然在其他实施例中，预留纵向受力钢筋6的总长度也可适当进行调整。
40.(4)uhpc外核5浇筑及养护。从内模板92、外模板93上方一侧倒入搅拌好的uhpc，速度均匀而缓慢，形成uhpc外核5。待浇筑振捣完成后，覆盖薄膜静置24小时，自然养护，待uhpc外核5成型后脱模。将脱模完成后的uhpc外核5构件，覆盖保温膜，蒸汽养护48小时。
41.(5)下节段3的普通混凝土内芯4浇筑。待下节段3的uhpc外核5养护完成后，向内浇筑强度不低于c30的普通混凝土(普通混凝土具体强度等级根据设计需要确定，本实施例中为c40)，浇筑完成后自然养护。上节段1在此施工阶段不浇筑普通混凝土内芯4。
42.中节段2为普通钢筋混凝土构件。中节段2的构造尺寸根据设计需要设置，高度h1由墩柱的设计长度h
‑
4m(上节段1、下节段3推荐长度为2m)确定。
43.因为存在与上节段1、下节段3的连接，所以其施工过程与普通混凝土构件的施工过程有所不同，具体施工过程如下：
44.(1)下节段3就位。将浇筑了普通混凝土内芯4，并养护完成的下节段3吊装至桥墩预制平台上。
45.(2)架立中节段模板11及钢筋笼10。在下节段3的顶面架设中节段模板11，中节段模板11的高度为h3，高出中节段2的高度为25cm；根据设计需要绑扎、焊接纵向受力钢筋7、螺旋钢筋，形成钢筋笼10，并将钢筋笼10吊装至中节段模板11内，安装就位。注意中节段2的纵向受力钢筋7与下节段3的预留纵向受力钢筋6的搭接，搭接长度为30d。
46.(3)浇筑中节段2的普通混凝土。中节段2的普通混凝土分两次浇筑，按照常规浇筑方法进行即可，第一次浇筑高度低于中节段2设计高度75cm。
47.(4)上节段1就位。将养护完成的上节段1的uhpc外核5，起吊并翻转180。将预留了30d长度的预留纵向受力钢筋6一侧垂直向下。将上节段1套入中节段模板11高出的部分内，并注意预留纵向钢筋6与中节段2的纵向受力钢筋7的搭接。不拆除吊装装置，并确保上节段1的竖直度和平面位置。
48.(5)中节段2的普通混凝土浇筑。第二次浇筑中节段2的普通混凝土，直至与设计高度齐平，此段混凝土高度为75cm。
49.(6)浇筑上节段内芯混凝土。
50.(7)养护及拆模。浇筑完成以后，对整体桥墩进行自然养护，待混凝土达到强度后，拆除上节段1的吊装装置，拆除中节段模板11。
51.(8)桥墩存放及保管。预制养护完成的桥墩不需要特殊保管，可堆放于平整的场地，堆放层数不高于3层。
52.虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。