一种墩梁锚固用钢筋结构、锚固节点结构及施工方法

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种墩梁锚固用钢筋结构、锚固节点及施工方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.预制拼装是土木工程发展的主要趋势，也是桥梁工程领域大力发展的方向，预制拼装桥梁较传统混凝土现浇桥梁更具优势，例如，工程结构质量高，现场湿作业少，施工速度快，对周边环境的干扰较小，绿色环保等。
4.桥墩-盖梁的连接节点需要将桥梁的上部结构荷载传至下部结构，受力较为复杂，是装配式桥梁结构区别于传统现浇结构的关键构造之一，也是预制拼装施工的重要环节。
5.目前预制拼装技术中常用的桥墩-盖梁的连接方式为灌浆波纹管和灌浆套筒连接，需在墩柱截面外缘布设数量较多的外伸钢筋并在盖梁上预留相应孔位，对构件制作和拼装精度的要求较高，施工难度大，更为重要的是，连接节点内侧区域无钢筋穿过，影响节点整体受力性能。专利申请cn110804944a公开了一种适用于地震高烈区的桥梁墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，墩柱外侧采用部分灌浆波纹管连接，墩柱内侧采用竖向钢筋伸入盖梁预留插槽并灌注混凝土，以实现墩柱和盖梁之间的固定。上述技术方案中，盖梁和墩柱之间的钢筋笼呈圆柱曲面结构，采用圆柱曲面结构的钢筋笼与混凝土的接触范围有限，锚固性能差，进而降低了节点整体传力性能，而且钢筋笼下部与墩柱纵筋之间需要焊接大量斜向钢筋，构造复杂，施工周期长，劳动强度大。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种墩梁锚固用钢筋结构，能够搭配竹节形预留孔洞并灌注混凝土，提高了锚固性能，改善了节点受力，同时施工便捷，缩短了施工周期。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.第一方面，本发明的实施例提供了一种墩梁锚固用钢筋结构，包括同轴设置的第一圆环和第二圆环，第一圆环和第二圆环之间设有多个沿环向设置的竖向钢筋，竖向钢筋伸出至第一圆环上方的端部和伸出至第二圆环下方的端部均设有朝向相同的折弯部，竖向钢筋与第一圆环和/或第二圆环之间设有弹性件，第一圆环弹性设有限位件，限位件的限位槽与折弯部配合以使得折弯部保持朝向第一圆环中心的状态；
9.限位件能够在盖梁作用下使得限位槽与折弯部脱离，以使得折弯部在弹性件的作用下转动至朝向第一圆环和第二圆环的外侧方向。
10.可选的，所述第一圆环和第二圆环的内环面均设置有连接座，所述竖向钢筋沿第一圆环和第二圆环的轴线方向穿过连接座并与连接座之间设有弹性件，所述限位件设置在竖向钢筋内侧，限位件与连接座弹性连接。
11.可选的，所述限位件采用u型结构，包括第一限位部和分别设置在第一限位部两侧的第二限位部、第三限位部，第二限位部和第三限位部之间形成限位槽，其中第二限位部的长度小于第三限位部的长度。
12.可选的，所述弹性件采用发条或扭簧。
13.可选的，所述第一圆环设置有阻挡件，能够与折弯部接触，以限制竖向钢筋在弹性件作用下的转动角度。
14.可选的，所述第一圆环和第二圆环之间还设置有多个沿环向分布的骨架钢筋，骨架钢筋设有垫块。
15.可选的，所述第二圆环底面设有支脚。
16.第二方面，本发明的实施例提供了一种墩梁锚固节点结构，包括墩柱和盖梁，墩柱和盖梁连接位置设有混凝土结构，混凝土结构包括第一混凝土部和位于第一混凝土部两端的第二混凝土部和第三混凝土部，第二混凝土部和第三混凝土部的外径大于第一混凝土部的外径，第二混凝土部位于盖梁内，第三混凝土部位于墩柱内，混凝土结构内设有第一方面所述的墩梁锚固用钢筋结构，竖向钢筋两端的折弯部分别位于第二混凝土部和第三混凝土部。
17.可选的，所述盖梁和墩柱之间设置有多个位于混凝土结构外周的预应力筋，预应力筋通过锚具锚固在盖梁顶面，或者盖梁与墩柱之间设有多个位于混凝土结构外周的灌浆波纹管或者灌浆套筒。
18.第三方面，本发明的实施例提供了一种墩梁锚固节点的施工方法，包括以下步骤：
19.将顶部设有第一孔洞的预制桥墩吊装就位，其中第一孔洞包括直径较大的第一孔部和直径较小的第二孔部，第二孔部顶端延伸至预制桥墩顶面；
20.通过第一孔洞在预制桥墩顶部置入预制好的第一方面所述的墩梁锚固用钢筋结构，其中竖向钢筋位于第二圆环下方的折弯部位于第一孔部内；
21.将底面设有第二孔洞的盖梁吊装就位，第二孔洞与第一孔洞连通，第二孔洞包括直径较大的第三孔部和直径较小的第四孔部，第三孔部底端延伸至盖梁底面，第一圆环上方的折弯部位于第三孔部，在盖梁的压力作用下，第一圆环上方的折弯部脱离限位槽，在弹性件的作用下，竖向钢筋两侧的折弯部均转动至朝向第一圆环和第二圆环外侧方向；
22.通过与盖梁上与第二孔洞连通的浇注口在第一孔洞和第二孔洞内浇注混凝土。
23.本发明的有益效果：
24.1.本发明的钢筋结构，竖向钢筋两端均设置有折弯部，施工时，当折弯部脱离限位件后，能够在弹性件的作用下向外展开，形成两端面积大的竹节形结构，进而与其配合使用的灌注混凝土也为竹节形结构，相对于传统的圆柱型的钢筋笼结构，极大的提高了钢筋结构的锚固性能，传力性能好，而且施工时折弯部能够在盖梁的作用下通过限位件的运动脱离限位槽，自动展开，操作简单，施工便捷。
25.2.本发明的节点结构，通过内置钢筋结构并灌注混凝土将桥墩与盖梁形成一个整体，且墩柱外侧设有预应力筋或灌浆波纹管或灌浆套筒增强，连接节点的受力整体性好，可靠性高；其次，墩柱和盖梁之间设置的预应力筋或灌浆波纹管或灌浆套筒及孔位，可以辅助定位，在不显著增加施工难度的同时提高拼装精度。
26.3.本发明的节点结构的施工方法，钢筋结构采用预制而成，使用时，直接吊装即
可，无需现场绑扎钢筋笼，极大的缩短了施工周期，降低了施工人员的劳动强度。
附图说明
27.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
28.图1为本发明实施例1收拢状态整体结构示意图；
29.图2为本发明实施例1收拢状态整体结构主视图；
30.图3为本发明实施例1收拢状态整体结构俯视图；
31.图4为本发明实施例1收拢状态整体结构仰视图；
32.图5为本发明实施例1展开状态整体结构示意图；
33.图6为本发明实施例1展开状态整体结构主视图；
34.图7为本发明实施例1展开状态整体结构俯视图；
35.图8为本发明实施例1展开状态整体结构仰视图；
36.图9为本发明实施例1收拢状态第一连接座处局部俯视图；
37.图10为本发明实施例1收拢状态第一连接座处局部主视图；
38.图11为本发明图7和图8中a向截面示意图；
39.图12为本发明图7和图8中b向截面示意图；
40.图13为本发明实施例1展开状态第一连接座处局部俯视图；
41.图14为本发明实施例1展开状态第一连接座处局部主视图；
42.图15为本发明实施例2整体结构主视图；
43.图16为本发明图13中的x向截面示意图；
44.其中，1.墩柱，2.盖梁，3.墩梁锚固用钢筋结构，4.环氧树脂层，5.浇注口，6.预应力筋，7.钢筋孔，8.锚具；
45.31.c型钢筋结构，32.第一圆环，33.第二圆环，34.骨架钢筋，35.混凝土垫块，36.第一连接座，37.第二连接座，361.弹性件，362.弹簧，363.限位件,364.阻挡件。
具体实施方式
46.本实施方式中“竹节形”是指两端部分截面面积大于中间部分截面面积的结构形状。
47.实施例1
48.本实施例提供一种墩梁锚固用钢筋结构，如图1-图14所示，包括同轴设置的第一圆环32和第二圆环33，使用时，第一圆环32位于第二圆环33上方，第一圆环32用于设置在盖梁2内部，第二圆环33用于设置在墩柱1内部。
49.第一圆环和第二环氧的内环面均设有连接座，第一圆环32的内环面设置有多个第一连接座36，多个第一连接座36沿环向等间隔设置，第二圆环33的内环面设置有多个与第一连接座36相匹配的第二连接座37，多个第二连接座37沿环向等间隔设置。
50.对应的第一连接座36和第二连接座37之间穿过有竖向钢筋，竖向钢筋的轴线与第一圆环和第二圆环的轴线相互平行。
51.竖向钢筋的顶端伸出至第一连接座上方，并设置有90
°
的第一折弯部，竖向钢筋的
底端伸出至第二连接座下方，并设置有90
°
的第二折弯部，第一折弯部和第二折弯部的折弯朝向相同，与竖向钢筋共同构成c型钢筋结构31。形成的c型钢筋结构31的尺寸和构造布置根据现有规范计算确定。
52.竖向钢筋与第一连接座和第二连接座转动连接，竖向钢筋能够绕自身轴线转动，竖向钢筋与第一连接座和/或第二连接座之间设有弹性件，本实施例中，竖向钢筋与第一连接座之间设有弹性件361，弹性件361采用现有的扭簧或发条，弹性件361能够带动竖向钢筋绕自身轴线转动，使得竖向钢筋两端的折弯部转动至朝向第一圆环32和第二圆环33外侧方向的姿态。
53.所述第一连接座的内侧设置有限位件363，限位件363设有限位槽，限位槽与第一折弯部配合，能够使得第一折弯部和第二折弯部保持朝向第一圆环32和第二圆环33中心的姿态。
54.限位件363与第一连接座弹性连接，能够沿第一圆环32和第二圆环33的轴线方向运动，本实施例中，第一连接座位于竖向钢筋内侧的部位设置有凹槽，凹槽内滑动连接有限位件363，限位件与弹簧362的顶端连接，弹簧362的底端与凹槽的底部槽面连接。
55.本实施例中，所述限位件363采用u型结构，包括第一限位部和设置在第一限位部一端的第二限位部，设置在第一限位部另一端的第三限位部，其中第一限位部与弹簧的顶端连接，第二限位部的长度小于第三限位部的长度。
56.第二限位部和第三限位部形成限位槽，在初始状态下，竖向钢筋的第一折弯部伸入第二限位部和第三限位部之间的限位槽中，在第二限位部和第三限位部的限位作用下，竖向钢筋无法利用弹性件转动。
57.当限位件363在外力作用下向下运动，使得第一折弯部与第二限位部脱离，即脱离限位槽时，限位件无法阻挡竖向钢筋的转动，竖向钢筋在弹性件的作用下绕自身轴线转动，使得第一折弯部和第二折弯部能够转动至朝向第一圆环和第二圆环外侧方向。
58.所述第一圆环的上端面上还设置有阻挡件364，阻挡件364采用阻挡杆，第一折弯部能够转动至与阻挡杆接触，利用阻挡板限制其继续转动，阻挡杆的设置位置使得第一折弯部能够转动180
°
，即第一折弯部与阻挡杆接触后，第一折弯部沿第一圆环和第二圆环的径向朝外侧方向设置。
59.采用此种设置方式，能够使得整个钢筋结构形成两端面积大中间面积小的竹节形结构，相应的混凝土结构也为竹节形结构，相对于传统的圆柱型钢筋结构，钢筋结构端部与混凝土的接触面积更大，传力性能更好，极大的提高了锚固性能，大大降低了锚固钢筋的长度，尤其适用于高度较小的盖梁。
60.通过阻挡杆的设置，能够保证弹性件的势能不能完全释放，以保证钢筋结构完全展开。
61.为了支撑所述钢筋结构，所述第一圆环32和第二圆环33设置有多个骨架钢筋34，骨架钢筋34的轴线平行于第一圆环32和第二圆环33的轴线，多个骨架钢筋34沿环向等间隔设置，与第一圆环32的连接位置位于相邻两个第一连接座之间，与第二圆环33的连接位置位于相邻两个第二连接座之间。
62.骨架钢筋上设置有至少一个垫块，垫块用于限制钢筋结构与孔洞壁的最小距离，并辅助钢筋结构在孔洞内的定位，本实施例中，所述垫块采用圆形混凝土垫块35。
63.所述第二圆环32的底端面上设置有多个支脚38，用于对钢筋结构置入墩柱孔洞内时，保证钢筋结构与底端面的最小距离，预留竖向钢筋折弯部的展开空间。
64.本实施例中，所述支脚的长度为5cm-10cm，本领域技术人员可根据实际需要进行设置。
65.实施例2
66.本实施例提供了一种墩梁锚固节点结构，如图15-图16所示，包括墩柱1和墩柱1上方的盖梁2，墩柱和盖梁连接位置处设置有竹节形的孔洞，孔洞内部设置有混凝土结构，混凝土结构内部埋入有实施例1所述的墩梁锚固用钢筋结构3。
67.具体的，所述墩柱1的顶面设有第一孔洞，第一孔洞包括同轴设置的第一孔部和第二孔部，第一孔部的直径大于第二孔部的直径，第二孔部一端与第一孔部连通，另一端延伸至墩柱的顶面。
68.所述盖梁2的底面设有第二孔洞，第二孔洞包括同轴设置的第三孔部和第四孔部，第三孔部的直径大于第四孔部的直径，第四孔部一端与第三孔部连通，另一端延伸至盖梁的顶面，盖梁与墩柱组合后，第四孔部与第二孔部同轴连通，使得第一孔洞和第二孔洞共同构成竹节形结构。
69.孔洞内设置有混凝土结构，使得混凝土结构包括第一混凝土部和位于第一混凝土部顶部的第二混凝土部以及位于第一混凝土部底端的第三混凝土部，第二混凝土部填充在第一孔部内，第三混凝土部填充在第三孔部内。
70.本实施例中，所述混凝土采用高性能材料，如超高性能混凝土(uhpc)。
71.所述混凝土结构内部设置有实施例1所述的钢筋结构，其中第一折弯部位于第二混凝土部内，且沿第一圆环和第二圆环的径向朝向外侧，第二折弯部位于第三混凝土部内且沿第一圆环和第二圆环的径向朝向外侧。
72.所述墩柱1顶面与盖梁底面之间还设有环氧树脂层4或砂浆垫层。墩柱1顶面和盖梁2底面之间的结合面作粗糙处理，以增大环氧树脂层4或砂浆垫层与墩柱1和盖梁2混凝土的接触面积。
73.所述墩柱1与盖梁2之间还设置有多个预应力筋6，多个预应力筋位于混凝土结构外周，预应力筋6一部分位于墩柱1内部，预应力筋6的顶端利用锚具8锚固在盖梁顶面。锚具8位于盖梁2顶面开设的锚固槽中，用作张拉预应力筋6，本实施例中，张拉预应力筋6采用现有的无粘结法。
74.在其他一些实施例中，可采用灌浆波纹管后灌浆套筒代替预应力筋。
75.采用此种设置方式，通过竹节形的混凝土结构将桥墩与盖梁形成一个整体，且墩柱外侧设有预应力筋增强，连接节点的受力整体性好，可靠性高；其次，墩柱和盖梁之间设置的预应力筋或灌浆波纹管或灌浆套筒及孔位，可以辅助定位，在不显著增加施工难度的同时提高拼装精度。
76.此连接节点不仅适用于桥墩-盖梁连接，同样可适用于其他装配式部位的连接，比如墩与承台等。
77.实施例3
78.本实施例提供了一种实施例2所述的墩梁锚固节点结构的施工方法，包括以下步骤：
79.步骤1：根据设计图纸加工实施例1所述的钢筋结构，预先旋转竖向钢筋，使得第一折弯部卡入限位件的限位槽中。
80.预制墩柱1和盖梁2，墩柱1顶面设置第一孔洞，盖梁2底面设置第二孔洞。具体的，墩柱1、盖梁2钢筋绑扎完成后，采用柔性充气模板在墩柱顶面预留第一孔洞，在盖梁底面预留第二孔洞，然后进行墩柱和盖梁的混凝土浇筑，待混凝土硬化后，将柔性充气模板放气后取出，在墩柱顶面形成第一孔洞，在盖梁底面形成第二孔洞。
81.对墩柱1和盖梁2的接触端界面作界面粗糙处理，采用现有方法即可，在此不进行详细叙述，对墩柱顶部外伸出的钢筋做防腐处理。
82.步骤2：将墩柱1和盖梁2运送至施工现场，在墩柱1的上端面敷设环氧树脂层4或砂浆垫层，将预制墩柱1吊装就位。
83.步骤3：预制墩柱1吊装就位后，将预制的实施例1的钢筋结构放置到预制墩柱的第一孔洞内，支脚38与第一孔洞的底面接触，骨架钢筋上的混凝土垫块保证钢筋结构与第一孔洞洞壁的距离，满足混凝土保护层的厚度，并辅助预制墩柱与钢筋结构的定位，保证安装精度。
84.步骤4：吊装盖梁，使得预制墩柱顶部预留的预应力筋对准盖梁预留的钢筋孔7插入，保证墩柱1与盖梁2的安装精度，然后盖梁2缓慢放下，当盖梁2内第二孔洞顶面与限位件363顶部接触时，带动限位件363向下运动，当第一折弯部与第二限位部脱离后，在弹性件的作用下，竖向钢筋转动，第一折弯部转动至与阻挡杆接触。此时第一折弯部位于第一孔洞的第一孔部内，第二折弯部位于第二孔洞的三孔部内，钢筋结构由收拢状态转变为展开状态。
85.步骤5：待盖梁2吊装就位，张拉预应力筋6并利用锚具锚固，盖梁2顶面开设有与第二孔洞连通的浇注口5向第一孔洞和第二孔洞形成的竹节形空间内浇注混凝土进行填充。
86.浇注的混凝土为超高性能混凝土(uhpc)。
87.采用本实施例的节点结构及施工方法，施工现场操作简单，同时拼装精度高，与常规的桥墩-盖梁连接节点施工相比，省去了钢筋笼现场绑扎的过程，增加了施工的质量，又缩短了工期。
88.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。