一种旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置的制作方法

本发明属于桥梁工程，尤其涉及一种旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置。

技术背景

随着城市交通和跨海大桥建设的推进，对有限场地内桥梁快速建设的需求逐步增加。而传统的现浇混凝土桥梁建造方法不可避免地需要等待混凝土凝结导致工期较长，而且现浇混凝土质量受现场环境影响难以保证在恶劣的环境下的耐久性能。预制拼装技术是解决这一矛盾的可行手段。目前桥梁上部结构的预制技术已经趋于成熟，而桥梁下部结构特别是墩柱的预制拼装技术应用较少。在国内已应用该技术的工程实例有东海大桥、杭州湾大桥等，都位于低烈度区域。由于节段连接装置的抗震性能尚不明确，限制了该技术在高烈度区的应用。

基于节段拼接桥墩的抗震性能，国内外学者进行了大量的研究。研究证明合理的设计节段连接能使节段拼装桥墩获得常规桥墩没有的抗震特性，其中重要的一点就是节段拼装桥墩具有一定的自我复位能力。在日本阪神地震中，有约1/5的钢筋混凝土桥梁损伤程度尚未达到重建的程度，但由于残余位移过大而无法继续使用。在阪神地震后，日本对桥梁抗震设计做了严格的规定：并将残余位移与地震荷载下的最大位移一起作为验算要求加入到规范之中。在抗震性能设计成为趋势的今天自我复位能力尤为可贵。

已有的预制桥墩连接装置基本都采用贯通墩柱全长各个节段的无粘结预应力筋保证拼接缝在地震等水平作用力下的承载性能。而该技术使得桥墩要承受额外的预应力荷载。为了保证节段连接处的混凝土在抵抗地震作用时不至于被严重压碎须采用钢管或FRP材料对节段进行加固或采用高标号特种混凝土，导致造价较高。而且仅有无粘结预应力筋的节段连接的耗能性能较差，为了保证连接的耗能性能通常需要保证一定数量的耗能钢筋穿过拼接缝，导致施工较为麻烦。所以本发明将涉及一种不使用预应力筋的连接装置。

技术实现要素：

本发明意在提供一种结构简单、安装方便的旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，自下而上包括：下预制节段、第一连接部分、旋钮部分、第二连接部分、上预制节段，所述第一连接部分分别连接下预制节段和旋钮部分，第二连接部分分别连接旋钮部分和上预制节段，所述第一连接部分和第二连接部分采用上下倒置方式分别连接旋钮部分，其中，

所述第一连接部分包括：第一圆环主体，在第一圆环主体的内壁上设有圆板，在所述圆板上设有8个等间距分布的连接件，所述连接件为“L”形，其包括水平部和垂直部，所述垂直部垂直设在所述圆板上，所述第二连接部分的结构与所述第一连接部分相同；

所述旋钮部分包括：第二圆环主体，在第二圆环主体的内壁上设有8个等间距分布的旋钮件，所述旋钮件为一凹槽，所述第一连接部分中每个水平部和第二连接部分中相对应水平部采用上下倒置方式卡扣在旋钮部分中相对应的凹槽两齿之间。

作为优选，所述下预制节段为钢管混凝土，所述上预制节段为钢筋混凝土，所述第一连接部分、第二连接部分和旋钮部分采用钢材料制成。

本发明有如下优点：首先，取消了传统连接中的预应力筋，桥墩不再同时承受上部结构重力和竖向预应力，非连接区域的桥墩截面无需特殊设计，设计简单方便；节段之间旋转旋钮件可以使用轻便工具完成，现场安装方便。其次，各节段均为预制，可以采用多节段多次拼接拼装成各种高度的桥墩，实用性和适用性强。最后，发生罕遇地震时连接件和旋钮件之间发生微小滑动可以耗能，一定程度上弥补了预制拼装桥墩耗能不足的缺陷。而且在卸载后可通过旋转旋钮部分进行复位。

附图说明

图1旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置示意图；

图2连接部分示意图；

图3旋钮部分示意图；

图4旋钮式预制节段拼装桥墩实例示意图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，本发明实施例提供一种旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，自下而上包括：下预制节段1、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、上预制节段4，所述下预制节段1为钢管混凝土，所述上预制节段4为钢筋混凝土，所述第一连接部分21、第二连接部分22和旋钮部分3采用钢材料制成，所述第一连接部分21分别连接下预制节段1和旋钮部分3，第二连接部分22分别连接旋钮部分3和上预制节段4，所述第一连接部分21和第二连接部分22采用上下倒置方式分别连接旋钮部分3。

所述第一连接部分21包括：第一圆环主体51，在第一圆环主体51的内壁上设有圆板6，在所述圆板6上设有8个等间距分布的连接件7，所述连接件7为“L”形，其包括水平部和垂直部，所述垂直部垂直设在所述圆板6上，所述第二连接部分22的结构与所述第一连接部分21相同。

所述旋钮部分3包括：第二圆环主体52，在第二圆环主体52的内壁上设有8个等间距分布的旋钮件8，所述旋钮件8为一凹槽，所述第一连接部分21中每个水平部和第二连接部分22中相对应水平部采用上下倒置方式卡扣在旋钮部分3中相对应的凹槽两齿之间。

实施例1

如图4所示，实施例1为三节段二次拼接的预制桥墩，自下而上包括：第一节段、第二节段以及第三节段，其中，

第一节段自下而上包括：基础60、第一下预制节段10、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、第一中预制节段41；所述下预制节段10、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、第一中预制节段41组成旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，所述第一中预制节段41为旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置中的上预制节段，且第一下预制节段10为钢管混凝土，所述第一中预制节段41为钢筋混凝土。

第二节段自下而上包括：第一中预制节段41、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、第二中预制节段42；第一中预制节段、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、第二中预制节段组成旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，所述第一中预制节段41和第二中预制节段42分别为旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置中下预制节段和上预制节段，且所述第二中预制节段42均为钢筋混凝土。

第三节段自下而上包括：第二中预制节段42、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、上预制节段40、墩帽50；第二中预制节段42、第一连接部分21、旋钮部分3、第二连接部分22、第一上预制节段40组成旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，所述第二中预制节段42为旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置中下预制节段，且所述第一上预制节段40为钢管混凝土。

预制时，第一节段中第一下预制节段10的钢管伸入基础60中，并在底部铺设钢板70，再浇筑基础60的混凝土，第一节段中第一中预制节段41的钢管顶部和第一连接部分21的底部焊接；同样地，第三节段中第一上预制节段40的钢管伸入墩帽50中，并在底部铺设钢板70，再浇筑墩帽50的混凝土，第三节段中第二中预制节段42的钢管顶部和第一连接部分21的底部焊接。

施工时，包括以下步骤：

步骤1、吊装第一节段

首先吊装第一节段的第一下预制节段、第一、二连接部分、第一中预制节段、基础和钢板，再吊装旋钮部分，使每个旋钮件正好卡在第一连接部分或第二连接部分两个连接件之间的空间里，并且要求上下连接件对齐；

步骤2、吊装第二节段

然后吊装第二节段的第二中预制节段与第一、二连接部分，使得旋钮部分的旋钮件落在第二连接部分两个连接件空隙中，并进行垂度矫正，再通过旋转旋钮部分，使上下每对连接件完全卡扣在旋钮件两齿之间，再往第一、二连接部分和旋钮部分的缝隙中浇筑混凝土，填至桥墩外径抹平，保证连接外表美观和使用耐久性，即完成一次拼装；

步骤3、吊装第三节段

再同样吊装第三节段的第一、二连接部分、第一上预制节段和墩帽，同样对准吊装并进行垂度矫正后，再旋转旋钮部分，在缝隙中浇筑混凝土，完成第二次拼接。

通过合理设计第一、第二连接部分和旋钮部分的尺寸，特别是连接件和旋钮件的厚度可以使连接装置实现以下受力性能。

在正常使用和多遇地震作用时由第一、二连接部分和旋钮部分接触面传递竖向轴力和弯矩，且能处于弹性范围；在罕遇地震等特殊荷载作用下连接件和旋钮件能发生微小的相对滑动，能起到耗能作用。卸载后可通过旋转旋钮部分进行复位。

本发明旋钮式预制节段拼装桥墩连接装置，特点如下：取消传统节段拼装桥墩连接装置中的预应力筋。采用旋钮拼接的形式对连接区域进行局部加固。在节段处预制旋钮上部拼接件先与钢筋笼焊接在一起，再浇筑混凝土。中间采用旋钮构件，先将构件交错拼接在一起并控制好角度，再旋转中间旋钮构件，从而将上下两节段连接到一起。优点为：首先，预制节段设计简便，可以直接拼接完成。当节段发生破坏时，连接件可替换；其次，加载时连接件在设计过程中均大于钢筋的抗拉强度，使滞回曲线趋于饱满。再次，取消了传统连接中的预应力筋，桥墩不再同时承受上部结构重力和竖向预应力，非连接区域的桥墩截面无需特殊设计。最后，节段之间采用旋钮连接可以使用轻便工具完成，没有张拉竖向预应力筋等工序，现场安装方便。本发明适用于各种有快速建造需求的桥梁建设。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。