一种混合连接的多节段预制拼装桥墩

1.本发明涉及装配式结构技术领域，尤其是涉及一种混合连接的多节段预制拼装桥墩。


背景技术：

2.随着经济和社会发展的需求，我国逐渐开始将预制拼装施工方式应用于桥梁领域。当前多节段预制拼装桥墩应用较少且多为通长预应力钢绞线连接、现浇湿接缝连接。通长预应力钢绞线连接需要现场穿束以及预应力筋孔道内灌注高强灌浆料，而实际施工过程表明预应力钢绞线长度长，穿入难度大。此外对于高墩，在灌注高强灌浆料时由于内部压强过大易导致节段接缝处漏浆，施工质量难以保证。对于湿接缝连接，无法充分发挥多节段预制拼装桥墩高效、快捷的施工的特点。当前单节段预制拼装桥墩采用较多的为灌浆套筒连接，灌浆套筒连接性能可靠，但是多节段预制拼装桥墩若大量采用灌浆套筒连接会大大提高建造成本以及施工难度，因此多节段预制拼装桥墩若全部采用套筒连接在经济以及施工难度上均存在不合理性。


技术实现要素：

3.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种连接性能可靠、施工效率高、精度要求低、经济性高的混合连接的多节段预制拼装桥墩。
4.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.根据本发明的一个方面，本发明提供一种混合连接的多节段预制拼装桥墩，用于单柱墩，包括墩底承台、墩顶盖梁以及连接所述墩底承台和所述墩顶盖梁的多个非塑性铰区纵筋伸出节段，相邻两个所述非塑性铰区纵筋伸出节段之间设有非塑性铰区纵筋搭接节段，所述墩底承台与最下方的非塑性铰区纵筋伸出节段之间通过第一塑性铰区节段连接。
6.优选地，所述墩底承台包括承台混凝土以及设于所述承台混凝土内的多个承台半套筒连接件和用以固定所述承台半套筒连接件的承台钢筋笼，每个所述承台半套筒连接件均包括承台内纵筋以及与所述承台内纵筋一端连接的承台半套筒，所述承台半套筒位于所述承台混凝土内部的顶端。
7.优选地，所述第一塑性铰区节段包括第一节段混凝土以及设于所述节段混凝土内的第一钢筋笼和多个第一半套筒连接件，所述第一半套筒连接件包括第一节段纵筋以及设于所述第一节段纵筋顶部的第一半套筒，所述第一节段纵筋的底部插入所述承台半套筒内。
8.优选地，所述非塑性铰区纵筋伸出节段包括伸出节段混凝土以及设于所述伸出节段混凝土内的多根伸出节段纵筋和用以固定多根所述伸出节段纵筋的第二钢筋笼，与所述第一塑性铰区节段连接的非塑性铰区纵筋伸出节段的伸出节段纵筋的顶部与所述非塑性铰区纵筋搭接节段连接，底部插入所述第一半套筒中，其他所述非塑性铰区纵筋伸出节段的伸出节段纵筋的两端均与所述非塑性铰区纵筋搭接节段连接。
9.优选地，所述非塑性铰区纵筋搭接节段包括搭接节段混凝土以及设于所述搭接节段混凝土内的多根节段小纵筋、多个泡沫块和第三钢筋笼，所述第三钢筋笼用以缠绕固定所述节段小纵筋和所述泡沫块于所述搭接节段混凝土内，相邻两个所述泡沫块之间形成用以插入所述伸出节段纵筋的空腔。
10.优选地，所述墩顶盖梁上设有多个盖梁空腔，所述盖梁空腔的位置与所述墩顶盖梁连接的所述非塑性铰区纵筋伸出节段的伸出节段纵筋的设置位置相对应，该非塑性铰区纵筋伸出节段的伸出节段纵筋均插入所述盖梁空腔中。
11.优选地，所述墩底承台的顶部以及各个节段的墩身拼接面均设有用以安装剪力键的剪力键孔。
12.优选地，各节段的接缝处均设有环氧树脂垫层。
13.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种混合连接的多节段预制拼装桥墩，用于双柱墩和多柱墩，包括多柱墩顶盖梁和多个墩底承台，每个所述墩底承台依次通过第一塑性铰区节段和第二塑性铰区节段与所述多柱墩顶盖梁连接。
14.优选地，所述第一塑性铰区节段和所述第二塑性铰区节段之间设有至少一个非塑性铰区结构；每个所述非塑性铰区结构包括非塑性铰区纵筋伸出节段和非塑性铰区纵筋搭接节段，所述第二塑性铰区节段的底部与所述非塑性铰区纵筋搭接节段的顶部连接，所述第一塑性铰区节段的顶部与所述非塑性铰区纵筋伸出节段的底部连接。
15.与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
16.1、本发明提供的一种混合连接的多节段预制拼装桥墩将桥墩分为多个墩身节段进行拼接，每个墩身节段分别设置有纵筋，与采用通长的预应力钢束相比，避免了穿入钢束长度过大带来的问题。并且采用通长的预应力筋连接时内部孔洞也为通长设置，灌浆时下部接缝处压力大，容易漏浆。本发明每个灌浆区域为单独设置，灌浆高度低、压力小。
17.2、本发明提供的一种混合连接的多节段预制拼装桥墩通过在第一塑性铰区节段通过半套筒连接非塑性铰区纵筋伸出节段，在相邻两个非塑性铰区纵筋伸出节段之间通过非塑性铰区纵筋搭接节段连接，在确保墩柱强度以及抗震性能的同时避免了大量的灌浆套筒的使用，有效的控制了成本、降低了施工精度要求。
18.3、本发明提供的一种混合连接的多节段预制拼装桥墩通过定位箍筋准确定位纵筋和半套筒的位置，并在绑扎时实现纵筋和半套筒的刚接，大大提高试件精度降低现场拼装时因为半套筒使用而产生的对施工精度要求过高的问题。
19.4、本发明提供的一种混合连接的多节段预制拼装桥墩的所有节段采用定位箍筋和frp箍筋，采用frp箍筋可大大提高施工效率。
20.5、本发明提供的一种混合连接的多节段预制拼装桥墩的空腔和盖梁空腔均填充高强灌浆料进行连接，连接强度高、对现场施工精度要求低，大大提高施工效率。
附图说明
21.图1为本实施例提供的一种用于单柱墩的混合连接的多节段预制拼装桥墩的结构示意图。
22.图2为图1所示实施例中墩底承台的结构示意图；
23.图3为图2所示实施例的内部结构示意图；
24.图4为图1所示实施例中第一塑性铰区节段的结构示意图；
25.图5为图3所示实施例的内部结构示意图；
26.图6为图1所示实施例中非塑性铰区纵筋伸出节段的结构示意图；
27.图7为图6所示实施例的内部结构示意图；
28.图8为图1所示实施例中非塑性铰区纵筋搭接节段的结构示意图；
29.图9为图8所示实施例的内部结构示意图；
30.图10为图1所示实施例中墩顶盖梁的结构示意图；
31.图11为图1所示实施例施加质量块的结构示意图；
32.图12为图1所示实施例施加张拉施加荷载体系的结构示意图；
33.图13为本实施例提供的一种用于双柱墩和多柱墩的混合连接的多节段预制拼装桥墩的结构示意图；
34.图14为图13所示实施例中第二塑性铰区节段的结构示意图；
35.图15为图14所示实施例的内部结构示意图；
36.图16为图13所示实施例中多柱墩顶盖梁的结构示意图；
37.图中附图标记为：1、墩底承台，11、承台混凝土，12、承台内纵筋，13、承台半套筒，14、承台定位箍筋，15、承台frp箍筋，2、第一塑性铰区节段，21、节段混凝土，22、第一节段纵筋，23、第一半套筒，24、第一定位箍筋，25、第一frp箍筋，3、非塑性铰区纵筋伸出节段，31、伸出节段混凝土，32、伸出节段纵筋，33、第二定位箍筋，34、第二frp箍筋，4、非塑性铰区纵筋搭接节段，41、搭接节段混凝土，42、节段小纵筋，43、泡沫块，44、空腔，45、第二灌浆孔，46、第二出浆孔，47、第三定位箍筋，48、第三frp箍筋，5、墩顶盖梁，51、盖梁空腔，52、多柱墩顶盖梁，6、剪力键插入孔道，7、剪力键，8、质量块，9、张拉施加荷载体系，91、锚板，92、张拉拉索，10、第二塑性铰区节段，101、第二节段混凝土，102、第二节段纵筋，103、第四定位箍筋，104、第四frp箍筋。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
39.根据本发明的一个方面，本实施例提供一种混合连接的多节段预制拼装桥墩，用于单柱墩，参考图1所示，包括墩底承台1、墩顶盖梁5以及连接墩底承台1和墩顶盖梁5的多个非塑性铰区纵筋伸出节段3，相邻两个非塑性铰区纵筋伸出节段3之间设有非塑性铰区纵筋搭接节段4，墩底承台1与最下方的非塑性铰区纵筋伸出节段3之间通过第一塑性铰区节段2连接。
40.参考图2和图3所示，墩底承台1包括承台混凝土11以及设于承台混凝土11内的承台钢筋笼和多个承台半套筒连接件，承台钢筋笼用以固定承台半套筒连接件，每个承台半套筒连接件均包括承台内纵筋12以及与承台内纵筋12一端连接的承台半套筒13，承台半套筒13位于承台混凝土11内部的顶端，承台钢筋笼包括多根承台定位箍筋14和承台frp箍筋15，多根承台定位箍筋14和承台frp箍筋15将多根承台半套筒连接件缠绕固定在承台混凝土11内。
41.参考图4和图5所示，第一塑性铰区节段2包括第一节段混凝土21以及设于第一节段混凝土21内的第一钢筋笼和多个第一半套筒连接件，每个第一半套筒连接件包括第一节段纵筋22以及设于第一节段纵筋顶部的第一半套筒23，第一节段纵筋22的底部插入承台半套筒13内。第一钢筋笼包括多根第一定位箍筋24和第一frp箍筋25，多根第一定位箍筋24和第一frp箍筋25将多根第一半套筒连接件缠绕固定在第一节段混凝土21内。
42.作为一种可选的实施方式，根据实际节段高度以及预估塑性铰长度不设置或设置多个第一塑性铰区节段2，设置多个第一塑性铰节段时，将其依次连接。
43.作为一种可选的实施方式，所有半套筒连接件的半套筒的侧面均设有第一灌浆孔和第一出浆孔，且半套筒的一端与相应纵筋的灌浆连接，另一端通过螺纹连接或焊接与相应纵筋固定。
44.参考图6和图7所示，非塑性铰区纵筋伸出节段3包括伸出节段混凝土31以及设于伸出节段混凝土31内的多根伸出节段纵筋32和用以固定多根伸出节段纵筋32的第二钢筋笼，与第一塑性铰区节段2连接的非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32的顶部与非塑性铰区纵筋搭接节段4连接，底部插入第一半套筒23中，并通过灌浆第一半套筒23固定；其他非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32的两端均与非塑性铰区纵筋搭接节段4连接。
45.第二钢筋笼包括多根第二定位箍筋33和第二frp箍筋34，多根第二定位箍筋33和第二frp箍筋34将多根缠绕固定在伸出节段混凝土31内。
46.作为一种可选的实施方式，伸出节段纵筋32采用扩大头钢筋。
47.作为一种可选的实施方式，将伸出节段纵筋32弯曲成l形、u形或在绑扎第二钢筋笼时，将伸出节段纵筋32伸入上、下的两个非塑性铰区纵筋搭接节段4中弯曲180
°
形成u形，进而实现伸出节段纵筋32在非塑性铰区纵筋搭接节段4中更有效的锚固。
48.参考图8～9所示，非塑性铰区纵筋搭接节段4包括搭接节段混凝土41以及设于搭接节段混凝土41内的多根节段小纵筋42、多个泡沫块43和第三钢筋笼，第三钢筋笼用以缠绕固定节段小纵筋42和泡沫块43，相邻两个泡沫块43之间形成用以插入伸出节段纵筋32的空腔44，每个空腔44上均设有第二灌浆孔45和第二出浆孔46。第三钢筋笼包括第三定位箍筋47和第三frp箍筋48，第三定位箍筋47和第三frp箍筋48将节段小纵筋42和泡沫块43缠绕固定在搭接节段混凝土41内。
49.作为一种可选的实施方式，所有纵筋和半套筒连接件均可通过绑扎或焊接固定于相应定位箍筋的相应位置上。
50.参考图10所示，墩顶盖梁5上设有多个盖梁空腔51，盖梁空腔51的位置与墩顶盖梁5连接的非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32的设置位置相对应，使得所有伸出节段纵筋32均能插入盖梁空腔51中，并灌注高强灌浆料实现连接。
51.当与墩顶盖梁5连接的节段为非塑性铰区纵筋搭接节段4时，连接该非塑性铰区纵筋搭接节段4底部的非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32延伸并锚固在墩顶盖梁5的墩顶空腔51内。
52.作为一种可选的实施方式，空腔44和墩顶空腔51的尺寸均可根据施工精度进行调整，以降低施工要求提高施工效率。
53.作为一种可选的实施方式，墩底承台1的顶部以及各个节段的墩身拼接面均设有
剪力键7，剪力键7能够保证拼装过程中各个拼接面的定位，防止拼装完成后桥墩的倾斜或者滑动倾覆。
54.作为一种可选的实施方式，剪力键7包括金属剪力键和混凝土剪力键，通过设置相应的剪力键插入孔道6安装金属剪力键，通过设置凸混凝土剪力键和凹键槽制作混凝土剪力键。
55.作为一种可选的实施方式，各节段的接缝处均设有环氧树脂垫层。在完成桥墩的拼装之后对多节段预制拼装桥墩进行沿墩身轴向荷载的施加，进而紧密压实接缝处的环氧树脂层。
56.根据本发明的另一个方面，本实施例提供一种混合连接的多节段预制拼装桥墩，用于双柱墩和多柱墩，参考图13所示，包括多柱墩顶盖梁52和多个墩底承台1，每个墩底承台1依次通过第一塑性铰区节段2和第二塑性铰区节段10与多柱墩顶盖梁52连接。
57.优选地，第一塑性铰区节段2和第二塑性铰区节段10之间设有至少一个非塑性铰区结构。
58.每个非塑性铰区结构包括非塑性铰区纵筋伸出节段3和非塑性铰区纵筋搭接节段4，第二塑性铰区节段10的底部与非塑性铰区纵筋搭接节段4的顶部连接，第一塑性铰区节段2的顶部与非塑性铰区纵筋伸出节段3的底部连接。
59.参考图14和图15所示，每个第二塑性铰区节段10包括第二节段混凝土101以及设于第二节段混凝土101内的钢筋笼和第二节段纵筋102，第二节段纵筋102的底部插入位于其下方的非塑性铰区纵筋搭接节段4内，顶部插入多柱墩顶盖梁52内。钢筋笼包括多根第四定位箍筋103和第四frp箍筋104，多根第四定位箍筋103和第四frp箍筋104将多根第二节段纵筋102缠绕固定在第二节段混凝土101内。
60.参考图16所示，多柱墩顶盖梁52设有多个盖梁空腔51，盖梁空腔51的设置位置与所有第二塑性铰区节段10中第二节段纵筋102的设置位置相对应，使得所有第二节段纵筋102均能插入多柱墩顶盖梁52中，最后灌注高强灌浆料实现连接。
61.本实施例提供的一种用于双柱墩和多柱墩的混合连接的多节段预制拼接桥墩中第一塑性铰区节段2、非塑性铰区纵筋伸出节段3、非塑性铰区纵筋搭接节段4、剪力键7、环氧树脂垫层以及各种实施方式均与用于单柱墩的混合连接的多节段预制拼接桥墩一致，在此不多做赘述。
62.本实施例提供的一种混合连接的多节段预制拼接桥墩的施工方法包括以下步骤：
63.s1：根据各节段的高度设计制作各纵筋，并根据各纵筋布置位置制作各定位箍筋。
64.s2：在混凝土、混凝土节段中放置定位箍筋，根据定位箍筋准确绑扎各阶段的纵筋或半套筒连接件，然后采用frp纤维缠绕与纵筋骨架上制作frp箍筋。对于节段内无纵筋的非塑性铰区纵筋搭接节段4，在空腔44外侧通过第三定位箍筋47绑扎多根节段小纵筋42，进而形成节段纵筋骨架，并利用frp纤维制作frp箍筋。
65.s3：在非塑性铰区纵筋搭接节段4预设空腔44的位置上和墩顶盖梁5预设墩顶空腔51的位置上放置泡沫块以形成相应空腔，并在空腔的上、下端预留用以形成灌浆孔和出浆孔的管道。
66.s4：制作剪力键，对于金属剪力键，在剪力键插入孔道6设计位置处绑扎一端封闭的金属波纹管或者泡沫，或在浇筑混凝土阶段置入一端封闭的金属波纹管或者泡沫。对于
混凝土剪力键，可通过在模板表面设置突起和凹槽实现混凝土剪力键的制作。
67.s5：浇筑混凝土并养护。混凝土形成强度后拆除放置的泡沫块以形成空腔。
68.s6：在拼装每一个节段时首先在剪力键孔道内安装金属剪力键以起到定位作用，混凝土剪力键正常拼装即可。
69.s7：吊装第一塑性铰区节段2，随后将第一节段纵筋22插入到承台半套筒13内，承台半套筒13内灌注高强灌浆料实现连接，节段接缝处均匀涂抹环氧树脂垫层。
70.s8：吊装非塑性铰区纵筋伸出节段3，并将伸出节段纵筋32伸入第一半套筒23内，第一半套筒23灌注高强灌浆料实现连接，节段接缝处均匀涂抹环氧树脂垫层。
71.s9：吊装非塑性铰区纵筋搭接节段4，使得伸出节段纵筋32伸入空腔44内，吊装位于该非塑性铰区纵筋搭接节段4上方的非塑性铰区纵筋伸出节段3，使得该非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32伸入非塑性铰区纵筋搭接节段4的空腔44内，在空腔内灌注高强灌浆料实现连接，节段接缝处均涂抹环氧树脂垫层。重复s8、s9步骤直至墩身安装完成。对于双柱墩和多柱墩，墩身最上部节段为墩顶第二塑性铰区节段10，第二塑性铰区节段10的第二节段纵筋102的底部插入非塑性铰区纵筋搭接节段4内，顶部插入多柱墩顶盖梁52内。
72.s10：吊装盖梁，吊装前在接缝处涂抹环氧树脂层，对于单柱墩，位于墩身顶部的非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32伸入盖梁空腔51内，对于多柱墩，第二塑性铰区节段10的第二节段纵筋102伸入盖梁空腔51内。最后灌注高强灌浆料实现连接。
73.对于单柱墩，若墩身顶部节段为非塑性铰区纵筋搭接节段4，则该非塑性铰区纵筋搭接节段4下方的非塑性铰区纵筋伸出节段3的伸出节段纵筋32直接伸入盖梁空腔51，灌注高强灌浆料后完成连接。
74.s11：参考图11和图12，拼装完成后通过在墩顶施加大密度质量块8或者利用张拉施加荷载体系9施加沿轴向荷载以挤压密接缝处环氧树脂层，形成强度后拆除临时荷载施加体系。张拉施加荷载体系9包括锚板91和张拉拉索92，采用张拉施加荷载体系9时，需要在墩底承台1搭建时，在墩底承台内1预埋锚固构件。形成强度后拆除张拉施加荷载体系，完成最终拼装。
75.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。