一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造及施工方法与流程

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造及施工方法。


背景技术：

2.随着预制拼装技术在桥梁下部结构的应用，桥墩拼接缝的连接构造成为节段拼装桥墩在高地震危险区域应用时面临的关键技术问题。灌浆套筒连接可用于预制拼装桥墩与承台、桥墩与盖梁或桥墩节段之间的连接，这种连接方式是通过灌浆料凝结硬化后，套筒-钢筋-灌浆料间形成可靠的粘结进行工作的。是当前应用最广泛的预制拼装连接构造类别之一，其地震下的性能直接影响整体桥墩的抗震性能。已有研究表明，在地震作用下，预制桥墩的承载能力与现浇桥墩相近，套筒设置在墩底时，变形主要集中在拼接缝位置，其位移延性往往相对会低一些，影响了灌浆套筒连接的预制拼装桥墩在高地震风险地区的应用。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造及施工方法；既能够满足预制拼装桥墩正常使用性能的连接要求，又能够利用承台外伸钢筋与灌浆套筒内灌浆料之间的摩擦并配合无粘结预应力筋来提高地震下桥墩耗能能力和一定自复位能力的新型拼装连接方式。
4.本发明涉及一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，本发明将灌浆套筒中一定长度的承台外伸钢筋涂抹一层防腐润滑脂，外套相应长度的套管，并在套管上下两端用柔性密封胶做水封处理，以使灌浆套筒内承台外伸钢筋形成一定长度的钢筋无粘结段。本发明既保证了桥墩与承台在正常使用下的连接受力，又可以在地震作用下通过灌浆套筒内的承台外伸钢筋滑移摩擦提高桥墩的耗能能力。同时部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造具有构造简单、施工方便、经济性强等优点，便于推广和应用。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明的第一个目的是提供一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，由上而下固定于桥墩及承台内，包括桥墩主筋、承台外伸钢筋、套管、灌浆套筒和无粘结预应力筋，
7.所述灌浆套筒设置于桥墩底部；所述灌浆套筒上部为灌浆套筒桥墩主筋段、下部为灌浆套筒承台外伸钢筋段；桥墩主筋插入灌浆套筒桥墩主筋段；灌浆套筒内通入灌浆料；
8.所述承台外伸钢筋上部为钢筋无粘结段、下部为钢筋粘结段；承台外伸钢筋的钢筋无粘结段及一段钢筋粘结段插入灌浆套筒承台外伸钢筋段，承台外伸钢筋另一端预埋于承台；
9.钢筋无粘结段外部套有套管，形成灌浆套筒内无粘结段；
10.所述无粘结预应力筋位于桥墩中心位置，并贯穿桥墩；
11.桥墩在地震荷载作用下，灌浆套筒内无粘结段允许承台外伸钢筋在灌浆套筒内部滑移，承台外伸钢筋与灌浆料之间产生的滑移降低了总体刚度实现隔振，承台外伸钢筋与
灌浆料之间的摩擦耗能作用实现减震；无粘结预应力筋以及灌浆套筒内无粘结段的设置为桥墩提供恢复力，减小残余变形，并保证地震作用下灌浆套筒内的承台外伸钢筋仅滑移而不会拔出。
12.在本发明的一个实施方式中，桥墩主筋与承台外伸钢筋直径相同。
13.在本发明的一个实施方式中，桥墩底部、承台顶部设置有垫层。
14.在本发明的一个实施方式中，所述无粘结预应力筋自上而下贯穿桥墩、垫层及承台的中心位置；所述无粘结预应力筋在承台内部设置非张拉锚固端，中间不灌浆。
15.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒沿桥墩外沿设置有若干个。
16.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒的灌浆套筒桥墩主筋段上端侧面设置有出浆口，灌浆套筒的灌浆套筒承台外伸钢筋段下端侧面设置有压浆口。
17.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒包括全灌浆套筒或半灌浆套筒。
18.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒选自球墨铸铁套筒、优质碳素钢套筒、低合金高强度结构钢套筒、合金结构钢套筒或机械加工套筒。
19.在本发明的一个实施方式中，灌浆套筒最小内径宜比承台外伸钢筋直径大40mm。
20.在本发明的一个实施方式中，所述承台外伸钢筋插入灌浆套筒的钢筋粘结段长度大于等于4倍承台外伸钢筋直径；
21.优选地，承台外伸钢筋插入灌浆套筒的粘结段长度为6倍承台外伸钢筋直径。
22.在本发明的一个实施方式中，所述承台外伸钢筋插入灌浆套筒的长度为10倍承台外伸钢筋直径。
23.在本发明的一个实施方式中，所述桥墩主筋与灌浆套筒之间通过灌浆料锚固连接。
24.在本发明的一个实施方式中，所述钢筋无粘结段外部涂抹一层防腐润滑脂，并套上套管，套管上下两端用柔性密封胶做水封处理。
25.在本发明的一个实施方式中，所述柔性密封胶包括膏状密封胶或热熔法密封胶。
26.本发明的第二个目的是提供一种上述部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造的施工方法，包括以下步骤：
27.(s1)绑扎桥墩钢筋笼，将桥墩主筋与灌浆套筒连接，支模浇筑桥墩墩身混凝土并预留无粘结预应力筋孔道，养护28天；
28.(s2)承台施工，其中将用于与桥墩内灌浆套筒连接的承台外伸钢筋的钢筋无粘结段处涂抹防腐润滑脂，外套相应长度的套管，在套管上下两端用柔性密封胶做水封处理，并采用弹簧夹对套管进行固定，同时将无粘结预应力筋与非张拉锚固端预埋于承台内；
29.(s3)移除弹簧夹，将桥墩吊运至承台上方，将承台外伸钢筋插入灌浆套筒，并将无粘结预应力筋从墩身预留孔道穿过，通过座浆法安装桥墩后，依次向灌浆套筒内注入灌浆料，待其硬化后完成连接，最后在桥墩墩顶对无粘结预应力筋进行张拉并锚固。
30.在本发明的一个实施方式中，在桥墩拼装前利用弹簧夹对套管进行固定。
31.在本发明的一个实施方式中，弹簧夹为弹簧钢丝外包一层起防滑作用的橡胶层。
32.在正常使用情况下，承台外伸钢筋插入灌浆套筒内大于等于4倍承台外伸钢筋直径的钢筋粘结段可为预制拼装桥墩正常受力提供足够的粘结锚固作用。在地震作用下，传统灌浆套筒连接桥墩墩底形成塑性铰，桥墩墩底与承台连接处接缝逐渐张开，最终以钢筋
拉断的破坏形态为主。而在灌浆套筒内设置无粘结段后，由于钢筋锚固长度的减小，允许设置无粘结段的承台外伸钢筋在地震时出现滑移现象。因而，地震作用下承台外伸钢筋与灌浆料间的脱粘降低了总体刚度，改变了结构自身动力特性，实现隔震的目的；承台外伸钢筋与灌浆料之间的滑移摩擦为桥墩提供了摩擦形式的耗能，实现减震；无粘结预应力筋的设置为桥墩墩身提供了有效的恢复力，减小残余变形，也保证地震作用下灌浆套筒内的承台外伸钢筋仅滑移而不会拔出；而无粘结预应力筋与承台外伸钢筋的组合使得灌浆套筒连接承台外伸钢筋脱粘后强度下降不至过大，保证结构的延性。该方案总体设计理念非传统灌浆套筒连接桥墩的等同现浇设计，而是接近于自复位体系设计理念。
33.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
34.(1)本发明的一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，承台外伸钢筋插入灌浆套筒内大于等于4倍承台外伸钢筋直径的钢筋粘结段可为预制拼装桥墩正常受力提供足够的粘结锚固作用；
35.(2)本发明的一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，在灌浆套筒内设置无粘结段后，由于钢筋锚固长度的减小，允许灌浆套筒内的承台外伸钢筋在地震时出现与灌浆套筒内灌浆料相对滑移的现象。
36.(3)本发明的一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，地震作用下承台外伸钢筋与灌浆料间的相对滑移降低了总体刚度，改变了结构自身动力特性，实现隔震的目的；承台外伸钢筋与灌浆料之间的滑移摩擦为桥墩提供了摩擦形式的耗能，实现减震；
37.(4)本发明的一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，无粘结预应力筋和灌浆套筒内无粘结段的设置为桥墩提供了有效的恢复力，减小残余变形，使得预制拼装桥墩残余变形小于设置无粘结预应力筋的普通钢筋混凝土桥墩，也保证地震作用下灌浆套筒内的承台外伸钢筋仅滑移而不会拔出；而无粘结预应力筋与桥墩主筋的组合使得灌浆套筒连接桥墩主筋脱粘后保证强度下降不至过大，保证结构的延性。
38.(5)本发明的一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造具有构造简单、施工方便、经济性强等优点，便于推广和应用。
附图说明
39.图1为本发明一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造整体结构示意图；
40.图2为本发明一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造整体结构示意图中桥墩截面i-i剖面图；
41.图3为本发明一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造中灌浆套筒构造示意图；
42.图4为本发明一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造中承台外伸钢筋示意图；
43.图中标号：1为桥墩主筋；2为承台外伸钢筋；3为套管；4为灌浆套筒；5为垫层；6为桥墩；7为承台；8为弹簧夹；9为钢筋粘结段；10为钢筋无粘结段；11为无粘结预应力筋；12为非张拉锚固端。
具体实施方式
44.本发明提供一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，由上而下固定于桥墩及承台内，包括桥墩主筋、承台外伸钢筋、套管、灌浆套筒和无粘结预应力筋，
45.所述灌浆套筒设置于桥墩底部；所述灌浆套筒上部为灌浆套筒桥墩主筋段、下部为灌浆套筒承台外伸钢筋段；桥墩主筋插入灌浆套筒桥墩主筋段；灌浆套筒内通入灌浆料；
46.所述承台外伸钢筋上部为钢筋无粘结段、下部为钢筋粘结段；承台外伸钢筋的钢筋无粘结段及一段钢筋粘结段插入灌浆套筒承台外伸钢筋段，承台外伸钢筋另一端预埋于承台；
47.钢筋无粘结段外部套有套管，形成灌浆套筒内无粘结段；
48.所述无粘结预应力筋位于桥墩中心位置，并贯穿桥墩；
49.桥墩在地震荷载作用下，灌浆套筒内无粘结段允许承台外伸钢筋在灌浆套筒内部滑移，承台外伸钢筋与灌浆料之间产生的滑移降低了总体刚度实现隔振，承台外伸钢筋与灌浆料之间的摩擦耗能作用实现减震；无粘结预应力筋以及灌浆套筒内无粘结段的设置为桥墩提供恢复力，减小残余变形，并保证地震作用下灌浆套筒内的承台外伸钢筋仅滑移而不会拔出。
50.在本发明的一个实施方式中，桥墩主筋与承台外伸钢筋直径相同。
51.在本发明的一个实施方式中，桥墩底部、承台顶部设置有垫层。
52.在本发明的一个实施方式中，所述无粘结预应力筋自上而下贯穿桥墩、垫层及承台的中心位置；所述无粘结预应力筋在承台内部设置非张拉锚固端，中间不灌浆。
53.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒沿桥墩外沿设置有若干个。
54.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒的灌浆套筒桥墩主筋段上端侧面设置有出浆口，灌浆套筒的灌浆套筒承台外伸钢筋段下端侧面设置有压浆口。
55.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒包括全灌浆套筒或半灌浆套筒。
56.在本发明的一个实施方式中，所述灌浆套筒选自球墨铸铁套筒、优质碳素钢套筒、低合金高强度结构钢套筒、合金结构钢套筒或机械加工套筒。
57.在本发明的一个实施方式中，灌浆套筒最小内径宜比承台外伸钢筋直径大40mm。
58.在本发明的一个实施方式中，所述承台外伸钢筋插入灌浆套筒的钢筋粘结段长度大于等于4倍承台外伸钢筋直径；
59.优选地，承台外伸钢筋插入灌浆套筒的粘结段长度为6倍承台外伸钢筋直径。
60.在本发明的一个实施方式中，所述承台外伸钢筋插入灌浆套筒的长度为10倍承台外伸钢筋直径。
61.在本发明的一个实施方式中，所述桥墩主筋与灌浆套筒之间通过灌浆料锚固连接。
62.在本发明的一个实施方式中，所述钢筋无粘结段外部涂抹一层防腐润滑脂，并套上套管，套管上下两端用柔性密封胶做水封处理。
63.在本发明的一个实施方式中，所述柔性密封胶包括膏状密封胶或热熔法密封胶。
64.本发明的第二个目的是提供一种上述部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造的施工方法，包括以下步骤：
65.(s1)绑扎桥墩钢筋笼，将桥墩主筋与灌浆套筒连接，支模浇筑桥墩墩身混凝土并
预留无粘结预应力筋孔道，养护28天；
66.(s2)承台施工，其中将用于与桥墩内灌浆套筒连接的承台外伸钢筋的钢筋无粘结段处涂抹防腐润滑脂，外套相应长度的套管，在套管上下两端用柔性密封胶做水封处理，并采用弹簧夹对套管进行固定，同时将无粘结预应力筋与非张拉锚固端预埋于承台内；
67.(s3)移除弹簧夹，将桥墩吊运至承台上方，将承台外伸钢筋插入灌浆套筒，并将无粘结预应力筋从墩身预留孔道穿过，通过座浆法安装桥墩后，依次向灌浆套筒内注入灌浆料，待其硬化后完成连接，最后在桥墩墩顶对无粘结预应力筋进行张拉并锚固。
68.在本发明的一个实施方式中，在桥墩拼装前利用弹簧夹对套管进行固定。
69.在本发明的一个实施方式中，弹簧夹为弹簧钢丝外包一层起防滑作用的橡胶层。
70.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
71.实施例1
72.本实施例提供一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造。
73.如图1-4所示，一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造，包括需要锚固连接的桥墩主筋1和承台外伸钢筋2、对承台外伸钢筋2进行无粘结处理的套管3、预埋在桥墩6底部的灌浆套筒4。
74.桥墩6底部、承台7顶部设置有垫层5，从上往下依次为桥墩6、垫层5、承台7；
75.部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造固定于桥墩6、垫层5、承台7；
76.灌浆套筒4上部为灌浆套筒桥墩主筋段、下部为灌浆套筒承台外伸钢筋段；桥墩主筋1插入灌浆套筒桥墩主筋段；灌浆套筒4内通入灌浆料；
77.承台外伸钢筋2上部为钢筋无粘结段10、下部为钢筋粘结段9；承台外伸钢筋2的钢筋无粘结段10及一段钢筋粘结段9插入灌浆套筒承台外伸钢筋段；承台外伸钢筋2的另一端预埋于承台7；钢筋无粘结段10外部套有套管3，形成灌浆套筒4内无粘结段；无粘结预应力筋11位于桥墩6中心位置，并自上而下贯穿桥墩6、垫层5及承台7的中心位置；无粘结预应力筋11在承台7内部设置非张拉锚固端12，中间不灌浆。
78.灌浆套筒4沿桥墩6外沿设置有若干个；灌浆套筒4的灌浆套筒桥墩主筋段上端侧面设置有出浆口，灌浆套筒4的灌浆套筒承台外伸钢筋段下端侧面设置有压浆口；承台外伸钢筋插入灌浆套筒4内的钢筋粘结段9长度大于等于4倍承台外伸钢筋直径。灌浆套筒4包括全灌浆套筒或半灌浆套筒；灌浆套筒4选自球墨铸铁套筒、优质碳素钢套筒、低合金高强度结构钢套筒、合金结构钢套筒或机械加工套筒；桥墩主筋1插入灌浆套筒后，自下方压浆口灌入灌浆料，直至上方出浆口有灌浆料冒出，完成连接锚固；
79.承台外伸钢筋2的钢筋无粘结段10涂抹一层防腐润滑脂，外套相应长度的套管3，并在套管3上下两端用柔性密封胶做水封处理，且在桥墩6拼装前采用弹簧夹8进行固定，以使灌浆套筒4内承台外伸钢筋2形成一定长度的钢筋无粘结段10；柔性密封胶包括膏状密封胶或热熔法密封胶；承台外伸钢筋2插入灌浆套筒4内的长度为10倍承台外伸钢筋2直径；灌浆套筒4最小内径宜比承台外伸钢筋2直径大40mm。
80.所述弹簧夹8为弹簧钢丝外包一层起防滑作用的橡胶层制成，待完成套管3定位后将多余直线段剪去，便于钢筋2进入灌浆套筒4。
81.桥墩6在地震荷载作用下，灌浆套筒4内无粘结段允许承台外伸钢筋2在灌浆套筒4内部滑移，承台外伸钢筋2与灌浆料之间产生的滑移降低了总体刚度实现隔振，承台外伸钢
筋2与灌浆料之间的摩擦耗能作用实现减震；无粘结预应力筋11以及灌浆套筒4内无粘结段的设置为桥墩6提供恢复力，减小残余变形，并保证地震作用下灌浆套筒4内的承台外伸钢筋2仅滑移而不会拔出。
82.实施例2
83.本实施例提供一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造的施工方法。
84.一种部分无粘结灌浆套筒预制拼装连接构造的施工方法，包含以下步骤：
85.(s1)绑扎桥墩钢筋笼，将桥墩主筋1与灌浆套筒4连接，支模浇筑桥墩6墩身混凝土并预留无粘结预应力筋11孔道，养护28天；
86.(s2)承台7施工，其中将用于与桥墩6内灌浆套筒4连接的承台外伸钢筋2的钢筋无粘结段10处涂抹防腐润滑脂，外套相应长度的套管3，在套管3上下两端用柔性密封胶做水封处理，并采用弹簧夹8对套管3进行固定，同时将无粘结预应力筋11与非张拉锚固端12预埋于承台7内；
87.(s3)移除弹簧夹8，将桥墩6吊运至承台上方，将承台外伸钢筋2插入灌浆套筒4，并将无粘结预应力筋11从墩身预留孔道穿过，通过座浆法安装桥墩6后，依次向灌浆套筒4内注入灌浆料，待其硬化后完成连接，最后在桥墩6墩顶对无粘结预应力筋11进行张拉并锚固。
88.在该实施例中，施工前准备：根据设计图纸，清理施工场地，并组织施工材料、机械、人员就位。
89.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。