一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造及其装配方法

本发明涉及桥梁工程，具体涉及一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造。

背景技术：

1、装配式桥梁技术被认为是下一代桥梁工程创新技术之一，其可用于新桥的施工以及旧桥的更换，现有技术中的装配式桥梁采用预制桥墩-承台承插的连接方式，具有施工精度高、构件质量高、低碳环保、施工高效等优点。但是为了满足承插深度的要求，会导致承台的厚度较大，造价偏高，且对灌浆料的质量要求很高。近年来，不少学者提出了很多装配式桥梁节点的新结构形式，装配式桥梁与现浇桥梁相比，其节点的抗震性能是制约其在中高烈度地区应用的关键因素。目前众多学者大部分通过延性来评价桥墩的抗震性能，很少有学者关注到桥墩的韧性性能，也就是装配式桥墩的自复位性能和可恢复性能。

2、我国地处环太平洋地震带和亚欧地震带之间，地震活动频繁。由于桥墩与承台之间的连接部位受力性能薄弱、抗震性能不佳，且针对装配式桥墩的自复位特性和可恢复性能的设计尚有不足，均制约了预制装配建造技术在中高烈度区桥梁工程中的应用。传统的墩柱-承台设计难以避免桥墩在地震中的损伤和破坏，严重影响了震后快速恢复交通和灾后救援工作，如何将韧性抗震的新理念融入桥墩体系中，通过采用合理的措施来实现震后节段拼装桥墩功能的快速恢复，是桥梁建设的科研和相关从业人员值得思考的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，解决了现有技术中装配式桥梁抗震性能和震后可恢复性能欠缺的问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，提供一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其包括预制墩柱和承台，其特征在于：还包括多根无粘结预应力筋，预制墩柱包括至少两段结构相同的预制桥墩节段，每段预制桥墩节段均包括混凝土基体和被包裹于混凝土基体中的墩身钢筋胎架，墩身钢筋胎架包括多根互相垂直且固定的墩身纵筋和墩身箍筋；

4、承台的顶部设置有与预制墩柱配合的承插槽孔，承插槽孔的侧壁呈波纹状，承插于承插槽孔中的预制桥墩节段的混凝土基体采用高延性混凝土ecc浇筑而成；承插槽孔与预制桥墩节段间的缝隙中设置有用于增强承插节点区预制墩柱的抗拉拔性能的uhpc层；

5、预制桥墩节段和承台中均开设有预留孔道，无粘结预应力筋插入预留孔道中，将预制墩柱和承台连接为整体。

6、本发明的有益效果为：承插于承台的预制桥墩节段处于塑性铰处，该段预制桥墩节段桥墩采用ecc材料(工程用水泥基增强复合材料)浇筑，来代替传统的混凝土，预制桥墩节段和承台的承插处往往为薄弱部位，在两者之间采用uhpc(超高性能混凝土)浇筑。将ecc和uhpc应用于预制墩柱，可以直接利用材料本身优异的力学特性降低预制墩柱墩底处在地震中的损伤，并提高承插节点处的耗能能力和节点连接的可靠性。

7、承台和多段预制桥墩节段采用多根无粘结预应力筋连接，在地震作用下，可通过无粘结预应力筋的自复位能力来减小桥墩的残余位移，从而达到提升整体结构韧性性能的目的，实现预制拼装节段桥墩震后交通的快速恢复。

8、本发明的预制桥墩节段构造适用于中高墩柱，中高墩柱的吊装和运输难度较大，因此可以采用在工厂批量制作多段预制桥墩节段，再在现场拼装为预制墩柱的方式，不仅使吊装和运输均更加方便，还可显著加快施工速度、缩短工期。同时在发生较大地震时，预制桥墩节段间会出现开口和闭合，墩柱纵筋在节段间发生形变，可大量散耗地震能量，避免预制墩柱整体发生较大的损伤。

9、优选的，承台包括混凝土基体和被包裹在混凝土基体中的承台钢筋胎架，承台钢筋胎架包括多根互相垂直且固定的承台纵筋和承台箍筋。承台为钢筋-混凝土结构，整体性较好、刚度大、抗震抗冲击性好，且使用模板制作，相比于现砌方式制作的承台而言，开设承插槽孔更为容易。

10、优选的，承插槽孔的深度小于等于预制墩柱直径的0.8倍。相比于传统的预制墩柱-承台承插设计，本发明中的连接方式可以降低一定的承插深度、降低承台的厚度，从而降低承台造价。

11、优选的，非装配于承插槽孔的预制桥墩节段的底部均预埋有多根包裹在墩身纵筋外的金属波纹管，金属波纹管的直径大于等于两倍墩身纵筋的直径；

12、相邻两段预制桥墩节段中，下方的预制桥墩节段的墩身纵筋延伸出其混凝土基体顶部表面，并延伸至其上方的预制桥墩节段的金属波纹管内部；

13、多段预制桥墩节段通过金属波纹管中设置的高强灌浆料层连接形成预制墩柱，高强灌浆料层的高度大于等于十倍墩身纵筋的直径，金属波纹管的厚度≥2mm。

14、上述技术方案的有益效果为：采用金属波纹管内部灌浆的连接方式，高强灌浆料可以填满墩身纵筋与金属波纹管间的波纹间隙，形成坚固的连接整体，可以有效地提高预制桥墩节段之间的连接强度和预制墩柱整体的抗剪性能。

15、优选的，预制墩柱的顶部和承台的底部均设置有锚具，无粘结预应力筋通过锚具锚固。

16、第二方面，本发明还提供了一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造的装配方法，其包括如下步骤：

17、s1、在现场绑扎承台纵筋和承台箍筋，形成承台钢筋胎架，将承台钢筋胎架放入模具中进行浇筑，在浇筑时预留有承插槽孔和预留孔道，并将承插槽孔的侧壁设置为波纹状；

18、s2、将采用ecc浇筑而成的预制桥墩节段承插于承插槽孔中，依次装配剩余预制桥墩节段，装配时下方的预制桥墩节段中的墩身纵筋插入上方预制桥墩节段的金属波纹管中，并在金属波纹管中压注用高强灌浆料，拼装连接成完整的预制墩柱；

19、s3、将多根无粘结预应力筋插入预留孔道，从预制墩柱的顶部贯穿插入至承插槽孔的底部，并使用锚具进行锚固；

20、s4、调节预制墩柱和承台结构的水平度和垂直度，之后在预制墩柱和承台之间浇筑uhpc，直至uhpc溢出承插槽孔，完成预制墩柱和承台的拼接工作。

21、进一步地，预制桥墩节段的制作方法包括以下步骤：

22、s1、绑扎墩身纵筋和墩身箍筋形成墩身钢筋胎架，并在非装配于承插槽孔的预制桥墩节段中的每根墩身纵筋的底部套设上金属波纹管；

23、s2、将墩身钢筋胎架放入模具中，墩身纵筋伸出模具一端的顶部表面，并对装配于承插槽孔的预制桥墩节段浇筑ecc，对非装配于承插槽孔的预制桥墩节段浇筑混凝土，形成混凝土基体，在浇筑时需在混凝土基体中形成预留孔道。

技术特征：

1.一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，包括预制墩柱(1)和承台(2)，其特征在于：还包括多根无粘结预应力筋(9)，所述预制墩柱(1)包括至少两段结构相同的预制桥墩节段，每段所述预制桥墩节段均包括混凝土基体和被包裹于混凝土基体中的墩身钢筋胎架，所述墩身钢筋胎架包括多根互相垂直且固定的墩身纵筋(4)和墩身箍筋(5)；

2.根据权利要求1所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其特征在于：所述承台(2)包括混凝土基体和被包裹在混凝土基体中的承台钢筋胎架，承台钢筋胎架包括多根互相垂直且固定的承台纵筋(6)和承台箍筋(7)。

3.根据权利要求1所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其特征在于：所述承插槽孔(8)的深度小于等于预制墩柱(1)直径的0.8倍。

4.根据权利要求1所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其特征在于：非装配于承插槽孔(8)的预制桥墩节段的底部均预埋有多根包裹在墩身纵筋(4)外的金属波纹管(3)，所述金属波纹管(3)的直径大于等于两倍墩身纵筋(4)的直径；

5.根据权利要求1所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其特征在于：所述预制墩柱(1)的顶部和承台(2)的底部均设置有锚具，所述无粘结预应力筋(9)通过锚具锚固。

6.一种权利要求1-5任一所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造的装配方法，其特征在于，预制桥墩节段的制作方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种震后快速恢复交通的节段桥墩连接构造，其包括预制墩柱、承台和多根无粘结预应力筋，预制墩柱包括至少两段预制桥墩节段；处于塑性铰处的预制桥墩节段采用高延性混凝土ECC进行浇筑；承台的顶部中央设置有与预制墩柱配合的承插槽孔，承插槽孔的侧壁呈波纹状，预制墩柱承插于承插槽孔中；承插槽孔与预制墩柱间的缝隙中浇筑有用于增强预制墩柱的抗拉拔性能的UHPC。无粘结预应力筋从预制墩柱的顶部贯穿至承台的底部，并将预制墩柱和承台连接为一个整体。本发明可在满足中高烈度区装配式桥梁的抗震需求、确保施工质量的同时，提升预制墩柱一定的自复位能力，可为中高烈度区节段拼装桥墩技术应用提供一种全新技术解决方案。

技术研发人员：朱海燕,张广达,李爱青,苏思博
受保护的技术使用者：青海民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16