一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法

本发明专利涉及结构工程的技术领域，具体而言，涉及一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法。

背景技术：

装配式施工是将在工厂或现场预制的桥梁结构运输至桥位处进行拼装，能够减轻环境污染，对交通及居民生活影响小，从桥梁上部结构进行预制拼装到下部结构也采用预制技术，当前装配式桥梁全面发展，已研发了涵盖桩基、墩柱、盖梁、桥台、挡土墙、主梁、防撞护栏的全装配式桥梁结构，并逐渐成为桥梁建设的主流。

通常装配式桥墩为直筒式空心墩，在桥墩本体和承台本体之间形成塑性铰区域，为了保证桥墩本体与承台本体之间连接可靠性，往往会采用预应力连接方式，而传统预应力连接方式桥墩的墩底塑性铰区域易发生刚性转动，在转动过程中会导致桥墩本体的边缘区混凝土开裂甚至压溃，桥墩墩身和承台基础之间通过预应力连接且接触面无剪力键或其他限位装置时，接缝位置易因局部应力大而发生破坏，导致桥墩边缘区混凝土被压溃。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，旨在解决现有技术中，装配式桥墩本体的边缘区域容易开裂影响墩身安全性的问题。

本发明是这样实现的，一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩，包括承台本体、桥墩本体、预应力筋和耗能棒；

所述承台本体的上端面具有向内凹陷的固定槽，所述桥墩本体的底部装配于所述固定槽中；

所述桥墩本体包括上部支撑段和下部连接段，所述下部连接段在墩身周围向外延伸形成有连接块，所述连接块预留有上部预应力筋管道；

所述预应力筋的下端埋设于所述承台本体中，所述预应力筋穿设于所述上部预应力筋管道；

所述耗能棒的下部埋设于所述承台本体中，其上部位于所述桥墩本体的所述下部连接段中。

进一步的，所述下部连接段为实心墩形式，其内部预留有布置孔，所述耗能棒的上部穿设于所述布置孔。

进一步的，所述固定槽的形状与所述下部连接段的横截面相同或相应，所述固定槽为四周凹陷、中部设有凸起部的形式，所述桥墩本体的底部设有空腔，所述凸起部嵌入在所述空腔中，所述凸起部的外侧壁抵压在所述空腔的内侧壁上。

进一步的，所述固定槽内铺设有橡胶垫层，所述下部连接段位于所述橡胶垫层上方。

进一步的，所述连接块的外侧呈竖直布置，其上部呈倾斜布置，所述连接块靠近所述桥墩本体的一侧高，远离所述桥墩本体的一侧低。

进一步的，所述承台本体内预埋有锚固装置，所述预应力筋的下端锚固在所述锚固装置上，在所述桥墩本体安装好后对所述预应力筋的上端进行张拉。

进一步的，所述锚固装置的上方预设有下部预应力筋管道，所述预应力筋穿设于所述下部预应力筋管道。

一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的施工方法，包括以下步骤：

s01：预制桥墩本体，所述桥墩本体包括上部支撑段和下部连接段，所述下部连接段在墩身周围向外延伸形成有连接块，所述连接块预留有上部预应力筋管道；

s02：浇筑承台本体，在浇筑过程中，在所述承台本体的上端面形成向内凹陷的固定槽，用于装配所述桥墩本体的底部，将所述预应力筋的下端和所述耗能棒的下部埋设于所述承台本体中；

s03：将预制好的桥墩本体吊装至所述承台本体上，使得所述下部连接段嵌入至所述固定槽，所述预应力筋穿设于所述上部预应力筋管道，所述耗能棒的上部穿设于所述下部连接段；

s04：在所述桥墩本体安装好后对所述预应力筋的上端进行张拉，保持所述桥墩本体竖直布置，并将所述预应力筋的上端固定。

进一步的，在步骤s02中，在所述承台本体内预埋有锚固装置，在所述锚固装置的上方设有下部预应力筋管道，所述预应力筋的下端锚固在所述锚固装置上，所述预应力筋的下部穿设在所述下部预应力筋管道中。

进一步的，所述固定槽的外轮廓大于所述下部连接段的底部，在完成步骤s04后，对所述固定槽与所述下部连接段之间的空隙用填充材料进行填充。

总而言之，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，其包括承台本体、桥墩本体、预应力筋、橡胶垫层和耗能棒；承台本体上表面向下凹陷，形成和桥墩本体的下部连接段形状相同的固定槽；桥墩本体分为上部支撑段和下部连接段，下部连接段周围向外部凸出，形成连接块，并在其中预留预应力管道，内部预制为预留耗能棒布置孔的实心墩形式；在安装桥墩前预先在固定槽底部铺设一层橡胶垫层，通过改变桥墩连接段形式，改变预应力钢筋的位置，再辅以橡胶垫层，保证了桥墩既具有传统预应力连接方式的优点，又能够一定程度克服预应力桥墩的缺点。

2.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，因为在桥墩本体的下部连接段四周向外设置连接块，并在其中布置张拉预应力筋，避免了预应力孔道对桥墩本体的削弱，增强了在预应力连接方式中桥墩本体的竖向承载力。

3.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，在桥墩底部铺设一层橡胶垫层，可以防止桥墩本体因偏心受压或者其他特殊情况下导致桥墩本体的边缘混凝土被压溃，还可以增加桥墩的抗震性能；预应力筋的添加增加了桥墩的震后自复位性能，在震后的残余变形小，利于修复；

4.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，在施工时不用采用临时固定措施，施工方便；不用采用其他特殊施工工艺，施工简单。

附图说明

图1是本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的结构示意图；

图2是本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的桥墩本体的仰视示意图；

图3是本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的承台本体的剖面示意图；

图4是本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的承台本体的俯视示意图。

附图标记说明：

1-承台本体，101-固定槽，1011-凹陷部位，1012-凸起部；

2-桥墩本体，201-上部支撑段，202-下部连接段，2021-连接块，2022-空腔，2023-布置孔；

3-预应力筋，301-上部预应力筋管道，302-下部预应力筋管道；

4-橡胶垫层；

5-耗能棒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照图1-4所示，为本发明提供的较佳实施例。

一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩，包括承台本体1、桥墩本体2、预应力筋3和耗能棒5，承台本体1的上端面具有向内凹陷的固定槽101，桥墩本体2的底部装配于固定槽101中；桥墩本体2包括上部支撑段201和下部连接段202，下部连接段202在墩身周围向外延伸形成有连接块2021，连接块2021预留有上部预应力筋管道301；预应力筋3的下端埋设于所述承台本体1中，预应力筋3穿设于上部预应力筋管道301；耗能棒5的下部埋设于承台本体1中，其上部位于下部连接段202中。

本实施例提供了一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩，桥墩本体2的下部连接段202在墩身周围向外部凸出形成连接块2021，并在其中布置张拉预应力筋3，避免了预应力孔道对桥墩本体2的削弱，增强了在预应力连接方式中桥墩本体2的竖向承载力。当桥墩本体2发生一定程度的偏斜时，由于预应力筋3的张拉作用，桥墩本体2会被预应力筋3拉回到正常位置，自动复位。预埋在承台本体1中的耗能棒5，其上部穿设在桥墩本体2的下部连接段202中，提高了桥墩的抗震性能，在地震作用时优先破坏耗能棒5从而保护桥墩本体2。

如图1-2所示，本实施例提供了一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩，包括：承台本体1、桥墩本体2、预应力筋3、橡胶垫层4和耗能棒5。

承台本体1可以是预制的，也可以是现浇的，在承台本体1的上端面上向内凹陷，形成和桥墩本体2底部形状相同或相应的固定槽101，该固定槽101为四周凹陷，中间形成有凸起部1012的形式。固定槽包括凹陷部位1011和凸起部1012，凸起部1012的上端面可与承台本体1的上端面平齐，施工简单，只需将四周凹陷部位挖除即可；或者凸起部1012的上端面可高于承台本体1的上端面，增强桥墩本体2与承台本体1的连接。对应地，桥墩本体2的底部设有空腔2022，当桥墩本体2被吊装到承台本体1的固定槽101上时，承台本体1上凸起部1012嵌入到桥墩本体2底部的空腔2022中，凸起部1012的外侧壁抵压在空腔2022的内侧壁上；桥墩本体2空腔2022外围的部分嵌入到固定槽101的凹陷部位1011中，从而实现桥墩本体2底部与承台本体1的稳固连接。

优选的，固定槽101的外轮廓略大于桥墩下部连接段202的外轮廓，有利于桥墩本体2的吊装安放，当桥墩本体2完成安装后，在固定槽101与下部连接段202之间的周围空隙用填充材料进行填充，填充材料可以是混凝土，保证桥墩连接的稳定性。

桥墩本体2包括上部支撑段201和下部连接段202，上部支撑段201为通常形式的空心墩，可采用圆筒状空心墩、方筒状空心墩等形式，用于支撑桥梁。下部连接段202为实心墩形式，其内部预留有竖直向下的布置孔2023，耗能棒5的上部穿设于该布置孔2023。下部连接段202在墩身周围向外延伸形成有连接块2021，连接块2021中预留有上部预应力筋管道301；连接块2021的外侧呈竖直布置，其上部呈倾斜布置，连接块2021靠近桥墩本体2的一侧高，远离桥墩本体2的一侧低。在桥墩本体2的浇筑过程中，采用钢筋混凝土结构，尤其是下部连接段202及连接块2021，布置有竖直方向的纵向钢筋、水平方向的横向钢筋和环状的横向箍筋，以此来增强下部连接段202及连接块2021的强度。

桥墩本体2的连接块2021的布置避免了预应力孔道对桥墩本体2的削弱，增强了在预应力连接方式中桥墩本体2的竖向承载力。连接块2021的外侧呈竖直布置，当桥墩本体2的下部连接段202与固定槽101连接时，连接块2021与固定槽101的凹陷部位1011相匹配，提供更好的连接支撑。连接块2021的上部呈倾斜布置，连接块2021靠近桥墩本体2的一侧高，远离桥墩本体2的一侧低，形成了桥墩本体2下部连接段202的刚度渐变，增强了桥墩承受地震荷载时的受力区域，从而提高了桥墩的抗震性能。

在本实施例中，耗能棒5采用铅芯棒，合金棒或者铁芯棒等，耗能棒5在震时会吸收能量保护桥墩本体2；耗能棒5的下部预埋在承台本体1的凸起部1012的中间，其上部穿设在桥墩本体2的下部连接段202的预留布置孔2023中，布置孔2023的直径和耗能棒5的直径相等或者布置孔2023的直径稍大于耗能棒5的直径。耗能棒5的布置提高了桥墩的抗震性能，在地震作用时优先破坏耗能棒5从而保护桥墩本体2。

在预制桥墩本体2时，同时预制布置孔2023，可采用钢筋混凝土浇筑形成，当桥墩本体2吊装完成，耗能棒5已穿设到布置孔2023中后，可对耗能棒5与布置孔2023之间的间隙采用混凝土灌浆填充。优选的，布置孔2023的设置可采用套筒形成，例如在桥墩本体2的底部预埋一个钢套筒，该钢套筒的内径略大于或等于耗能棒5的直径，在吊装桥墩本体2时，将耗能棒5的上部穿设到钢套筒中，装配的精度会明显提高，而且避免布置孔2023产生崩边的现象。

预应力筋3的下端埋设在承台本体1中，其上端穿设于连接块2021中预制的上部预应力筋管道301。在承台本体1内预埋有锚固装置，预应力筋3的下端锚固在锚固装置上，在锚固装置的上方、承台本体1内预设有下部预应力筋管道302，预应力筋3穿设于下部预应力筋管道302。下部预应力筋管道302与上部预应力筋管道301相连通。优选的，上部预应力筋管道301和下部预应力筋管道302呈竖直布置。从下到上，预应力筋3的下端锚固在锚固装置上，其下部穿设于下部预应力筋管道302，在桥墩本体2安装过程中，使得预应力筋3的上部穿设于上部预应力筋管道301；在桥墩本体2安装好后对预应力筋3的上端进行张拉，使得桥墩本体2保持竖直布置，并将预应力筋3的上端固定。在上部预应力筋管道301的上端可采用沉孔的形式布置，从而使得预应力筋3的张拉端固定在沉孔当中，并且沉孔的端面为水平布置，有利于张拉端的固定。

预应力筋3用锚具、夹具和连接器按锚固方式不同，可分为夹片式(单孔和多孔夹片锚具)、支承式(镦头锚具、螺母锚具等)、锥塞式(钢质锥形锚具等)和握裹式(挤压锚具、压花锚具等)。工程设计单位根据结构要求、产品技术性能和张拉施工方法，选用合适的锚具。

当预应力筋3为钢铰线或钢铰线束时，在张拉端选用夹片锚具，在固定端：若安装在结构之外，则选用夹片锚具或挤压锚具；若安装在结构之内，则选用压花锚具或挤压锚具。

当预应力筋3为高强钢丝束时，在张拉端选用夹片锚具、镦头锚具或锥塞锚具，在固定端：若安装在结构之外，则选用夹片锚具、挤压锚具或镦头锚具；若安装在结构之内，则选用镦头锚具或挤压锚具。

当预应力筋3为精轧螺纹钢筋时，在张拉端选用螺母锚具，在固定端：若安装在结构之外，选用螺母锚具。

预应力筋3的数量可根据结构设计要求进行调整，数量可以是四根，但并不限于四根。布置预应力筋3时，最好是均匀的布置在桥墩本体2的四周，使得桥墩本体2所受的预应力筋3的张拉力量是平衡的。当桥墩本体2发生一定程度的偏斜时，由于预应力筋3的张拉作用，桥墩本体2会被预应力筋3拉回到正常位置，自动复位。

在承台本体1的固定槽101底部，铺设有橡胶垫层4，桥墩本体2的下部连接段202吊装在橡胶垫层4上方。橡胶垫层4具有高弹性变形和承载的功能，可以防止桥墩本体2因偏心受压或者其他特殊情况下导致桥墩本体2的边缘混凝土被压溃，还可以增加桥墩的抗震性能。

在本实施例中，在安装桥墩本体2前预先在固定槽101底部铺设一层橡胶垫层4，并通过改变桥墩本体2的下部连接段202形式，改变预应力钢筋的位置，再辅以橡胶垫层4，保证了桥墩既具有传统预应力连接方式的优点，又能够一定程度克服传统预应力桥墩的缺点。传统预应力桥墩的缺点为：传统预应力连接方式桥墩的墩底塑性铰区域易发生刚性转动，在转动过程中会导致桥墩本体2的边缘区混凝土开裂甚至压溃，桥墩墩身和承台基础之间通过预应力连接且接触面无剪力键或其他限位装置时，接缝位置易因局部应力大而发生破坏，导致桥墩边缘区混凝土被压溃。橡胶垫层4不仅可以起到耗能减震作用，还可以避免桥墩本体2的边缘区域混凝土开裂甚至压溃，确保桥墩本体2和承台本体1二者之间柔性接触，有利于桥墩本体2的自动复位，进一步提升了装配式桥墩的自复位和强耗能的性能。

橡胶垫层4铺设在固定槽101的底部位置，其厚度根据桥墩本体2预应力筋3的数量进行调整，对桥墩本体2在特殊条件下受力起缓冲作用，且可以起到抗震耗能的作用，不影响桥墩的正常安放和使用。

橡胶垫层4可以采用天然橡胶或合成橡胶制成，也可以是多层结构，例如采用铅芯橡胶支座，由铅芯棒、橡胶层、钢板等，叠层粘接而成，在上下端面设置有钢板，在上下钢板之间设置橡胶层，橡胶层由多层天然橡胶和多层钢片交替层叠而成，在橡胶层中央设有铅芯，铅芯连接上下钢板。在以上结构中，铅芯帮助承载物在地震后拉回原位，天然橡胶使得橡胶垫层4能水平变形，钢片使得橡胶垫层4具有垂直载重的能力，上下钢板可用来将橡胶垫层4固定在固定槽101底部与桥墩本体2底部之间。橡胶垫层4既具有较高的承载性，又具有较大的阻尼、大水平位移能力和复位功能，它是一种集支承与耗能于一体的隔震装置。

一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩的施工方法，包括以下步骤：

s01：预制桥墩本体2，桥墩本体2包括上部支撑段201和下部连接段202，下部连接段202在墩身周围向外延伸形成有连接块2021，连接块2021预留有上部预应力筋管道301；

s02：浇筑承台本体1，在浇筑过程中，在承台本体1的上端面形成向内凹陷的固定槽101，用于装配桥墩本体2的底部，将预应力筋3的下端和耗能棒5的下部埋设于承台本体1中；

s03：将预制好的桥墩本体2吊装至承台本体1上，使得下部连接段202嵌入至固定槽101，预应力筋3穿设于上部预应力筋管道301，耗能棒5的上部穿设于下部连接段202；

s04：在桥墩本体2安装好后对预应力筋3的上端进行张拉，保持桥墩本体2竖直布置，并将预应力筋3的上端固定。

在步骤s01中，在预制桥墩本体2的过程中，将下部连接段202预制成实心墩形式，在下部连接段202的内部预留布置孔2023，供耗能棒5的上部布置用。

在步骤s01中，预制桥墩本体2时，连接块2021布置为外侧竖直，其上部呈倾斜布置，连接块2021靠近桥墩本体2的一侧高，远离桥墩本体2的一侧低，从而实现下部连接段202刚度的渐变。

在步骤s02中，在承台本体1内预埋有锚固装置，在锚固装置的上方设有下部预应力筋管道302，预应力筋3的下端锚固在锚固装置上，预应力筋3的下部穿设在下部预应力筋管道302中。

在步骤s03中，在桥墩本体2吊装前，在固定槽101的底部铺设橡胶垫层4，再将桥墩本体2的下部连接段202的底部吊装在橡胶垫层4的上方。

在步骤s04中，在张拉预应力筋3过程中，使得预应力筋3呈紧绷状态。

固定槽101的外轮廓大于下部连接段202的底部，在完成步骤s04后，对固定槽101与下部连接段202之间的空隙用填充材料进行填充。

在完成步骤s04后，对耗能棒5与布置孔2023内壁之间的空隙用填充材料进行填充。

总而言之，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得下列有益效果：

1.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，其包括承台本体1、桥墩本体2、预应力筋3、橡胶垫层4和耗能棒5；承台本体1上表面向下凹陷，形成和桥墩本体2的下部连接段202形状相同的固定槽101；桥墩本体2分为上部支撑段201和下部连接段202，下部连接段202周围向外部凸出，形成连接块2021，并在其中预留预应力管道，内部预制为预留耗能棒5布置孔2023的实心墩形式；在安装桥墩前预先在固定槽101底部铺设一层橡胶垫层4，通过改变桥墩连接段形式，改变预应力钢筋的位置，再辅以橡胶垫层4，保证了桥墩既具有传统预应力连接方式的优点，又能够一定程度克服预应力桥墩的缺点。

2.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，因为在桥墩本体2的下部连接段202四周向外设置连接块2021，并在其中布置张拉预应力筋3，避免了预应力孔道对桥墩本体2的削弱，增强了在预应力连接方式中桥墩本体2的竖向承载力。

3.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，在桥墩底部铺设一层橡胶垫层4，可以防止桥墩本体2因偏心受压或者其他特殊情况下导致桥墩本体2的边缘混凝土被压溃，还可以增加桥墩的抗震性能；预应力筋3的添加增加了桥墩的震后自复位性能，在震后的残余变形小，利于修复；

4.本发明提供的一种具备自复位与强耗能的装配式桥墩及其施工方法，在施工时不用采用临时固定措施，施工方便；不用采用其他特殊施工工艺，施工简单。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。