一种新型预制拼装桥墩连接结构

1.本实用新型涉及桥梁工程领域，具体涉及一种新型预制拼装桥墩连接结构。


背景技术：

2.随着现代城市的不断发展，桥梁建设需求也不断增长。作为连接城市的重要纽带，桥梁起到了至关重要的作用。然而我国地震多发，使桥梁面临严重的地震威胁。现行国内外桥梁抗震设计方法主要是利用桥墩延性进行抗震设计，容许桥墩在强震作用下进入塑性，形成塑性铰，因此桥墩可能会严重损伤，并产生较大的塑性变形，震后桥墩会产生永久的残余位移。然而过去地震灾害表明，只以生命安全和防倒塌的桥梁抗震性能目标是远远不够的。即使桥梁在地震后未倒塌，也可能面临着难以修复的局面，从而带来巨大的经济损失。
3.自复位混凝土结构是一种潜在的可大幅提升结构震后可修复性的结构形式。自复位结构不仅允许构件在地震中耗散地震能量，同时能帮助构件在震后恢复到初始位置，从而减少或消除结构的残余变形，提升结构震后可修复性。然而目前的自复位桥墩需要在桥墩内部布设预应力筋，不利于现场施工以及震后的更换，同时桥墩的自复位摇摆也面临着摇摆失控从而倾覆倒塌的危险。因此，有必要提出一种施工简便，自复位性能和抗震性能优异，同时也方便震后修复的新型桥墩结构。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种新型预制拼装桥墩连接结构，采用基础摇摆的方案起到减震效果，同时在摇摆基础中加入无粘结预应力筋以提供自复位功能，提升桥梁震后可修复性，另外采用可灵活布置的新型钢牛腿，使得桥梁在两个水平方向均能受到预应力筋的自复位作用，保证结构抗震性能的同时有效地改善前述的技术问题。
5.本实用新型采用的技术方案为：一种新型预制拼装桥墩连接结构，所述连接结构包括装配式桥墩，所述装配式桥墩的内部设有多根半灌浆套筒，多根所述半灌浆套筒用于连接位于所述装配式桥墩内的纵向钢筋和位于承台内的预留钢筋，所述装配式桥墩和所述承台的接触部位还铺设有高强砂浆座浆层，所述承台的下方接触连接有多个混凝土桩柱，多个所述混凝土桩柱上设有若干钢牛腿结构，若干所述钢牛腿结构上均设有无粘结预应力筋，若干所述无粘结预应力筋的另一端贯穿所述承台并锚固于所述承台的顶部。
6.优选的，所述承台的底部设有多个预留凹槽，所述混凝土桩柱的上部嵌入所述预留凹槽内，且其桩头部裹设有保护垫，所述预留凹槽的直径大于所述混凝土桩柱的直径，所述预留凹槽的直径和所述混凝土桩柱的直径差形成的空间内还设有用于缓冲的弹性材料，例如所述保护垫应选用橡胶等变形能力强及恢复能力好的材料，可根据实际情况灵活选取具体型号，减轻所述混凝土桩柱和所述承台摇摆时的损伤，所述混凝土桩柱与所述承台之间，所述保护垫与所述预留凹槽之间均无粘结，方便所述承台的提离和摇摆。
7.优选的，所述钢牛腿结构包括上端板和下端板，所述上端板和所述下端板之间还设有中间连接板，所述上端板和所述下端板上均开设有多个螺栓穿装孔，所述钢牛腿结构
通过多个所述螺栓穿装孔用螺栓连接于所述混凝土桩柱，所述钢牛腿结构与所述混凝土桩柱的接触面均为与所述混凝土桩柱契合的圆弧面，进一步提升钢牛腿与桩柱之间的抗剪承载力；所述上端板、下端板和中间连接板均为实心钢材厚板制成。
8.优选的，所述上端板、下端板和所述混凝土桩柱的接触部分均涂布高强胶。
9.优选的，所述螺栓穿装孔均匀分布于所述上端板和下端板上且相邻两个所述螺栓穿装孔的间距不小于自身孔径的一倍，位于所述上端板两端的螺栓穿装孔与所述上端板两端的距离不小于自身孔径的一倍，位于所述下端板两端的螺栓穿装孔与所述下端板两端的距离不小于自身孔径的一倍，所述上端板和下端板上的螺栓穿装孔位置一一对应，每个所述钢牛腿结构的下端板或上端板所有螺栓穿装孔位于同一条轴线，使螺栓能够发挥有效锚固作用。
10.优选的，所述承台内设置有多根第一预应力预埋管道，每根所述第一预应力预埋管道的下方、所述中间连接板上均设置有第二预应力预埋管道，所述无粘结预应力筋的一端设于所述中间连接板的下侧，其另一端依次贯穿所述第二预应力预埋管道和第一预应力预埋管道并锚固于所述承台的顶部。
11.优选的，所述无粘结预应力筋采用钢绞线或钢丝束；所述无粘结预应力筋与所述混凝土桩柱上的钢牛腿结构一一对应布置；所述混凝土桩柱布置的无粘结预应力筋均平行；无粘结预应力筋可以有效预防摇摆过程中所述承台的滑动和脱臼，防止所述装配式桥墩本身的非线性行为，并减少地震期间的桥面位移，同时在所述装配式桥墩和所述承台摇摆时提供自复位功能，当地震荷载超过无粘结预应力筋强度时，设计确保钢筋束在所述装配式桥墩损坏之前发生损坏，无粘结预应力筋易于在地震损伤后进行维护和更换。
12.优选的，所述钢牛腿结构与所述混凝土桩柱接触面的弧线对应角度α为90
°
；可根据实际设计减小角度，同时螺栓数量依据所需要的抗剪承载能力确定，每对所述钢牛腿结构所处轴线不变，所述钢牛腿结构和螺栓均为独立的预制构件，且位于距离地面较浅的深度，地震损坏后或锈蚀后易于维修更换。
13.优选的，位于所述承台四角处的混凝土桩柱均远离所述承台中心向外设有两个所述钢牛腿结构，剩余的所述混凝土桩柱均远离所述承台中心向外设有一个所述钢牛腿结构。
14.优选的，当所述混凝土桩柱个数为两个时，所述混凝土桩柱对称设置有四个钢牛腿结构，所述桩柱与钢牛腿结构在施工现场通过螺栓连接；每个所述钢牛腿结构在每根所述混凝土桩柱的四面呈对称布置，
15.优选的，当所述混凝土桩柱个数为四个时，四个所述混凝土桩柱均远离所述承台中心向外设有两个所述钢牛腿结构；当所述混凝土桩柱个数为六个时，位于所述承台四角处的混凝土桩柱均远离所述承台中心向外设有两个所述钢牛腿结构，位于所述承台中部的两个所述混凝土桩柱均远离所述承台中心向外设有一个所述钢牛腿结构。
16.一种新型预制拼装桥墩的施工方法，包括以下步骤：
17.s1：预制部件：包括预制所述装配式桥墩，再将所述纵向钢筋的下端锚固在所述半灌浆套筒内；预制所述承台，在所述承台底部设置所述预留凹槽；预制所述钢牛腿结构，在所述下端板和所述上端板上开设所述螺栓穿装孔；预制所述混凝土桩柱，在所述混凝土桩柱上开设与所述螺栓穿装孔匹配的螺孔；
18.s2：底部施工：首先开挖基础，接着将所述混凝土桩柱压入土中，并预留安装所述钢牛腿结构的空间，再将所述钢牛腿结构通过螺栓固定在所述混凝土桩柱上，所述将所述保护垫用高强胶固定环绕包裹所述混凝土桩柱的桩头上；最后吊装所述承台并调整角度，使得所述混凝土桩柱的桩头插入所述预留凹槽内；s3：穿插、张拉和锚固预应力筋：将所述无粘结预应力筋的一端在所述第二预应力预埋管道的下端、所述中间连接板的下方锚固，其另一端依次贯穿所述第二预应力预埋管道和第一预应力预埋管道并锚固于所述承台顶部，从而将承台与混凝土桩柱连接成整体；
19.s4：吊装所述装配式桥墩并调整角度，将所述装配式桥墩放置在所述承台上，所述承台内预留钢筋插入所述装配式桥墩的半灌浆套筒中，接着在所述装配式桥墩的底部铺设高强砂浆座浆层，然后将灌浆料注入所述半灌浆套筒，从而将所述纵向钢筋和所述预留钢筋锚固在所述半灌浆套筒(6)中，现场施工完成。
20.有益效果：相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：
21.1)提出了一种新型预制拼装桥墩连接结构，避免了装配式桥墩本身的损伤；同时使用了预应力自复位的措施，使得基础摇摆可控，避免装配式桥墩整体摇摆失控从而整体倾覆倒塌的危险。
22.2)提出了一种预制钢牛腿连接方案，混凝土桩柱上钢牛腿结构可灵活布置，使基础整体的钢牛腿结构对称，受力均衡，兼顾实用合理性和经济性，可自由设计和变换钢牛腿结构的布置，为施工方案增加可选择性，更能满足不同场地的施工需求。
23.3)通过钢牛腿结构的对称布置，对装配式桥墩的顺桥向以及横桥向均能起到自复位约束作用，不同地震波入射角下，装配式桥墩均能自复位摇摆。
24.4)本实用新型采用预制装配的制作和施工方案，安装方便，可加快施工进度，减少环境影响，提升桥梁建造速度的同时还能保证优异的抗震性能和震后可修复性。
附图说明
25.图1为本实用新型的结构示意图；
26.图2为本实用新型变形后的结构示意图；
27.图3为本实用新型图1中a-a截面图；
28.图4为本实用新型图1中b-b截面图；
29.图5为本实用新型钢牛腿结构与桩柱连接示意图；
30.图6为本实用新型灵活布置钢牛腿结构遭遇地震作用结构示意图；
31.图7为本实用新型六桩柱基础时灵活布置钢牛腿结构示意图；
32.图中：1、装配式桥墩；2、承台；3、混凝土桩柱；4、钢牛腿结构；5、无粘结预应力筋；6、半灌浆套筒；7、高强砂浆座浆层；8、预留凹槽；9、保护垫；10、第一预应力预埋管道；11、第二预应力预埋管道；12、螺栓穿装孔；13、螺栓；14、下端板；15、中间连接板；16、上端板。
具体实施方式
33.下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
34.如图1所示，一种新型预制拼装桥墩连接结构，该实用新型的主体结构包括:装配式桥墩1，承台2，混凝土桩柱3，钢牛腿结构4；承台2底部预留有与混凝土桩柱3相接的预留
凹槽8，承台2内部预留有第一预应力预埋管道10，混凝土桩柱3设有钢牛腿结构4，钢牛腿结构4内部预留有第二预应力预埋管道11，承台2与钢牛腿结构4连接用的无粘结预应力筋5。
35.如图1和图2所示，所述装配式桥墩1与承台2通过半灌浆套筒6连接，并在装配式桥墩1底部设有高强砂浆座浆层7；所述混凝土桩柱3对称设置有四个钢牛腿结构4，钢牛腿结构4与混凝土桩柱3通过螺栓13连接；所述混凝土桩柱3的顶部插入承台2底部的预留凹槽8中，承台2与钢牛腿结构4通过无粘结预应力筋5连接。
36.如图1、图2和图4所示，所述钢牛腿结构4为实心钢材厚板，包括上端板16、中间连接板15和下端板14；钢牛腿结构的下端板和上端板均带有一排螺栓穿装孔12，钢牛腿与桩柱的接触面均为与混凝土桩柱契合的圆弧面。
37.所述钢牛腿结构的螺栓穿装孔12间距不小于一倍孔径，螺栓穿装孔12距离接触面两端边界距离也不应小于一倍孔径，每个钢牛腿结构4的下端板或上端板接触面所有螺栓13穿装孔位于同一条轴线，使螺栓13能够有效发挥锚固作用。
38.如图5所示，所述混凝土桩柱3与钢牛腿结构4在施工现场加工连接，钢牛腿结构4通过螺栓13锚固在混凝土桩柱3上，当设计需要更强的抗剪承载力时，还可同时采用高强胶固定钢牛腿结构4和混凝土桩柱3的接触面；钢牛腿结构4和螺栓13均为独立的预制构件，且距离地面较近，发生损坏或锈蚀易于维修更换，混凝土桩柱3在预留凹槽8内的嵌入深度为0.5倍混凝土桩柱直径，钢牛腿结构3位于距离混凝土桩柱3与承台2接触顶面2倍桩直径高度处，钢牛腿结构距离地面不超过2倍桩直径；这样便于承台2在地震下提离和摇摆，达到摇摆隔震的效果。
39.如图1和图3所示，所述混凝土桩柱3顶部设置保护垫9，环绕包括桩头并采用高强胶固定；承台2底部的预留凹槽8直径略大于混凝土桩柱3直径，混凝土桩柱3顶部插入承台2的凹槽内，并用橡胶等弹性材料进行缝隙的填充；所述混凝土桩柱3在承台底部预留凹槽8内的嵌入深度为0.5倍桩直径，可依据实际设计调整嵌入深度；混凝土桩柱3与承台2之间，保护垫9与承台底部凹槽8之间均无粘结，在地震作用下可使承台自由提离和摇摆。
40.如图1和图4所示，所述承台2设置有第一预应力预埋管道10，钢牛腿结构4的中间连接板15的设置有第二预应力预埋管道11，无粘结预应力筋5穿插在承台2与钢牛腿结构4内，且无粘结预应力筋连接为一条直线；无粘结预应力筋5与混凝土桩柱3上的钢牛腿结构4一一对应布置；桥墩基础每根混凝土桩柱3布置的无粘结预应力筋5均平行，无粘结预应力筋5下端锚固在钢牛腿结构4上，上端张拉后锚固于承台2顶部，无粘结预应力筋5可以有效预防摇摆过程中承台2的滑动和脱臼，防止桥墩本身的非线性行为，并减少地震期间的桥面位移，同时在桥墩和基础摇摆时提供自复位功能。
41.钢牛腿结构4的数量和位置可依据混凝土桩柱3的数量和布置而灵活确定，在保证钢牛腿结构4对称布置的前提下可自由设计变换钢牛腿结构4的布置，从而使得结构在双向地震作用下均能受到无粘结预应力筋5的自复位作用。如图6所示，当承台2为四桩柱承台时，不必在每根混凝土桩柱3上布置四个钢牛腿结构4，只需在每根混凝土桩柱3向基础外侧布置两个钢牛腿结构4，使整个基础形成钢牛腿结构4对称分布的整体，当遭受水平双向地震作用时，桥梁在顺桥向和横桥向均能受到无粘结预应力筋5的作用。
42.如图7所示，当承台2为六桩柱承台时，四周桩柱向基础外侧布置两个钢牛腿结构4，中间桩柱只需在外侧布置一个钢牛腿结构4，从而整个基础仍然可形成钢牛腿结构对称
分布的整体，当遭受水平双向地震作用时，桥梁在顺桥向和横桥向均能受到无粘结预应力筋5的作用。
43.本实用新型的工作原理为：
44.当地震来临时，如图2所示，由于承台2和混凝土桩柱3不是固结的，在地震力作用下，承台2和混凝土桩柱3会产生相对位移上下提离和摇摆，从而消散地震能量，装配式桥墩1本身不发展较大非弹性位移，从而有效减轻桥墩柱的损伤。承台2和混凝土桩柱3间的摇摆，有效阻碍了一部分地震能量向上部结构传递，使承台2以上桥梁结构的主体在地震中受力减小。同时由于承台2与混凝土桩柱3的钢牛腿结构4连接的无粘结预应力筋5，在承台2提离时提供拉力，使得混凝土桩柱3和承台2之间的提离和摇摆不超过一定极限，使得桥面位移可控制在设定范围内，避免承台2摇摆过大造成倾覆和倒塌。无粘结预应力筋5在桥墩和基础摇摆提供自复位功能，可以限制桥面地震最大位移和永久残余位移，大幅提升桥梁下部结构抗震性能的同时，有效提升了桥梁震后的可修复性。当地震荷载超过无粘结预应力筋5时，无粘结预应力筋5在桥墩屈服或较大损伤之前发生损坏，从而使得预应力筋具有“保险丝”的功能，为桥梁下部结构在地震下提供第一道防线；同时无粘结预应力筋5锚固在承台2顶部以及距离地面较短距离的钢牛腿结构4处，因而易于在地震损伤后进行维护和更换。同时，本实用新型采用了钢牛腿的连接方案，可依据实际桩柱布置而灵活布置预应力筋，当牛腿对称布置时，可在桥梁的顺桥向和横桥向同时提供自复位作用，提升桥梁结构的抗震性能以及震后可修复性；本实用新型专利结合了预制桥墩，灵活布置的钢牛腿结构，后张预应力筋的自复位功能和基础摇摆技术，加快桥梁施工进度、减少环境影响的同时，提高了桥梁结构的抗震性能以及震后可修复性，提升桥梁抗震韧性发展水平。
45.最后说明的是，本实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。