底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩的制作方法

本发明涉及一种桥梁技术，特别是一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩。

背景技术：

相比于整体现浇桥墩在桥梁施工现场通过脚架架设和模板搭设进行桥墩的整体浇筑，预制装配式桥墩的施工是将桥墩分为若干个节段，预先在预制工厂进行预制，完成后再运输到施工现场通过预应力筋等方式进行拼装形成一个整体桥梁墩柱。预制节段拼装桥墩凭借着其施工周期短、对施工场地限制低、对周边环境影响小、高承载能力及耐久性等优势被愈加广泛地应用到桥梁的下部结构。

在地震动作用下，传统的预制节段拼装桥墩的底部节段和承台之间会产生接缝，并伴随张开闭合往复的现象，在墩柱底部区域形成较大的刚性转动，会产生比其他位置更大的纵向压应变。这种作用会导致桥墩墩柱底部区域的混凝土保护层甚至核心混凝土产生开裂、压碎或剥落，对桥梁下部结构及整个桥梁结构的安全产生威胁。对此，采取什么方法对预制节段拼装桥墩的底部区域进行设计已达到更好的抗震效果是需要解决的问题。

目前主要针对改善预制节段拼装桥墩的抗震性能的主要方法有：设置耗能装置，改进节段连接方式，使用新型结构材料等。设置耗能装置可分为外置耗能器和内置耗能钢筋，虽然能够起到增加结构耗能，较少结构响应的效果，但是增大了结构设计与施工难度，同时也很难进行较精确地理论分析。改变节段连接方式主要包括节段之间的连接，比如在两节段接触面之间涂以环氧树脂水泥胶薄层以提升结构的抗剪能力和不透水性，或者在节段之间设置字母剪力键以增强桥墩的抗剪刚度和整体性等，但是这些方法对底部区域的损伤并没有太大的影响。使用新型的材料包括混凝土和筋材，将底部节段均使用新型混凝土材料比如ecc等或在内部使用新型筋材比如sma等以提高其自复位等抗震性能，但是这些均没有从结构的设计形式上去解决。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩，该桥墩可以在地震作用下损伤能够较少。

实现本发明目的的技术方案为：一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩，包括承台、小直径墩柱、空心节段墩身、预应力筋、若干实心墩身；承台固定，小直径墩柱下端与承台固定，空心节段墩身沿小直径墩柱周向设置并与小直径墩柱固定，最下端实心墩身设置于小直径墩柱、空心节段墩身上方，上方实心墩身设置于下方实心墩身上方，预应力筋沿轴向分别穿过实心墩身、空心节段墩身并固定于承台上或分别穿过实心墩身、小直径墩柱并固定于承台上。

采用上述桥墩，小直径墩柱、空心节段墩身、实心墩身内设置钢筋笼，且小直径墩柱钢筋笼延伸至承台内并与承台内部的钢筋焊接。

采用上述桥墩，实心墩身之间通过预应力筋面面连接，预应力筋先穿入预留孔道，实心墩身依次通过预应力连结起来。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：(1)在桥墩受力和变形集中的底部区域采用预制uhpfrc空心套筒，可更大程度地利用uhpfrc的高抗压强度和抗拉强度的力学性能，可以提升预制节段拼装桥墩的抗震承载能力与耗能能力，有效减少桥墩底部区域的结构损伤；(2)与承台共同浇筑的墩柱与预制uhpfrc空心套筒相结合而成的底部区域，可以限制底部接缝的张开闭合行为，使得底部区域形成类似于整体现浇桥墩的塑性铰区域，能够增加桥墩的耗能能力；(3)底部节段的结构形式可以提高桥墩墩柱的抗剪性能，防止桥墩墩柱在地震动作用下产生较大的侧向剪切位移；(4)结构形式易与制作和施工，好实现，便于节段之间的定位安装。

下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。

附图说明

图1是本发明一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩的整体结构示意图。

图2是本发明一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩的实心节段墩身、底部uhpfrc空心节段墩身、与承台共同浇筑的墩柱的底部构件的结构示意图。

图3是三种试件耗能对比图。

具体实施方式

结合图1，一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩，主要包括与小直径墩柱2共同浇筑的承1、实心墩身、空心节段墩身3、钢筋笼、预应力筋4；钢筋笼分别设置在各个墩柱内，与承台1共同浇筑的墩柱2的钢筋笼延伸到承台1内部，与承台1内部的钢筋焊接，空心节段墩身4与承台1上固结的小直径墩柱2之间通过高强灌浆料粘结组合成整个桥墩的底部节段，三根预应力筋4沿着圆形截面直径方向布置，底部在承台1内锚固，所有节段均通过预应力筋4面面连接，拼装为一个桥墩的形式，并对预应力筋4进行一定的张拉。

所述的钢筋笼包括承台内的钢筋笼，与承台共同浇筑的小直径墩柱的钢筋笼，空心节段内的钢筋笼，其他墩身内的钢筋笼，墩柱的钢筋笼包括纵筋和箍筋，若干纵筋沿着截面周长均匀分布，若干箍筋沿着纵筋长度方向间隔均匀分布，并与纵筋焊接形成一个整体。所述的小直径墩柱的钢筋笼的纵筋和箍筋均延伸到承台钢筋笼中，并与承台钢筋笼焊接连接。

结合图2，所述的实心墩身由普通混凝土浇筑而成，空心节段墩3由uhpfrc材料浇筑而成。所述的uhpfrc材料为一种由纤维和水泥等材料组成的高性能的混合材料。超高性能纤维增强混凝土(ultra-highperformanceconcretefiber-reinforcedconcrete，简称uhpfrc)因为其具有高的抗压强度和抗拉强度、高的抗裂性能和高耐久性等优点，作为新型材料的代表越来越多地被应用在桥梁结构中。

所述的与小直径墩柱2共同浇筑的承台1形成一个整体的预制构件。

所述的小直径墩柱2的钢筋笼的纵筋和箍筋均延伸到承台1钢筋笼中，并与承台钢筋笼焊接连接。

所述的预应力筋4沿着圆形截面直径方向布置，底部在承台1内锚固，各构件浇筑前均要预留预应力筋孔道6，孔道6直径约为预应力筋公称直径的1.5倍。

所述的空心节段墩身3与承台1共同浇筑的小直径墩柱2之间通过高强灌浆料粘结组合成整个桥墩的底部节段，空心节段墩身3的内径根据设计情况比要小直径墩柱的直径略大些。

所述的所有实心节段均通过预应力筋4面面连接，预应力筋先穿入预留孔道，节段依次通过预应力连结起来。

所述的两个节段在通过预应力连结之间，在两个连结面上刷高强水泥浆料，起到调平和粘结的作用。

所述的拼装为一个桥墩的形式，并对预应力筋进行一定的张拉，按照设计要求给定的轴压比进行预应力张拉。

一种底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩的主要的施工步骤如下：

第一步：绑扎钢筋笼。包括实心节段内的钢筋笼，空心节段3内的钢筋笼，承台1以及小直径墩柱2焊接组合而成的钢筋笼。

第二步：制作模板。分别制作各节段以及承台1其他构件的模板，在模板上分别用pvc管预留预应力筋孔道，该孔道直径至少约为预应力筋公称直径的1.5倍。

第三步：浇筑混凝土并养护。分别浇筑实心节段、空心节段3、承台1与小直径墩柱2组合而成的底部区域的构件以及其他构件。将空心节段3套筒套入与承台1共同浇筑的小直径墩柱2上，两构件之间浇筑高强灌浆料。

第四步：在承台孔道6中穿设预应力筋4。将预应力筋4底部锚固在承台底部区域。

第五步：拼装其他节段。在拼装之前，将每节段平面打磨平整，并在截面上抹上高强水泥浆料进行调平并起到粘结的作用。通过预应力筋4将各节段两两拼装在一起，穿过预应力孔道6。

第六步：拼装其他构件，比如盖梁等。

第七步：张拉预应力筋4，并锚固预应力筋4上部，组合成桥墩整体。

因此，为了保证在地震作用下桥墩墩柱底部区域的损伤能够较少的同时提高其抗震性能等，亟待发明一种新的底部节段结构形式的预制节段拼装桥墩。

结合图3，本发明与其他两类试件的耗能进行对比。三个试件主要的区别在于底部节段，其他情况相同，分别为：试件1-底部节段为普通混凝土实心节段；试件二-底部节段为实心的uhpfrc节段；试件三-底部节段为构件组合形式(空心uhpfrc套筒+与承台共同浇筑的小直径内柱)。

对三个试件进行了拟静力试验，在试件的墩顶通过位移控制循环加载。通过结果分析计算，得到三个试件的位移比与耗能之间的关系曲线图。图中横坐标为位移比(％)，即为施加的侧向位移占加载点到墩地承台表面的距离的比值)；纵坐标为通过滞回曲线计算得到的试件的耗能(kn·mm)。

从图中可以看出，三个试件的耗能随着位移比的增加而增加；在相同的位移比下，本发明的底部节段采用构件组合形式的试件的耗能最大。

体现为，在其他条件相同的情况下，本发明中底部节段采用构件组合形式的预制节段拼装桥墩比传统的底部采用实心普通混凝土节段、底部采用实心uhpfrc节段的耗能能力都要更好。