CN103590324A - 横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法，该桥墩包括横向抗剪墩底节段、多个横向抗剪墩身节段和横向抗剪墩顶节段，所述横向抗剪墩底节段、多个横向抗剪墩身节段和横向抗剪墩顶节段间均通过咬合接面和抗剪插销连接，还包括通过预留孔道贯穿并锚固于所述横向抗剪墩底节段、多个横向抗剪墩身节段和横向抗剪墩顶节段的多个自复位组件；本发明还提供了上述桥墩的安装方法；本发明所述自复位桥墩构造简洁，所用构件取材方便；本发明所述自复位桥墩的施工方法简单易行，安全可靠，解决了节段式混凝土桥墩的实际应用难题。

Description

横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程以及结构工程领域，具体涉及一种横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法。

背景技术

随着我国经济社会的高速发展，特别是公路和铁路交通的迅猛发展，桥梁结构的设计方案面临着更高的要求，其中桥墩的力学性能和施工便利性尤为重要。

常规基于延性设计的混凝土桥墩着眼于确保遭遇极端荷载情形下的桥梁安全，其力学性能优异，延性变形能力强，得到了广泛的应用。然而在实际工程中，整体设计的混凝土桥墩难以避免以下不足：(a)混凝土的一次浇筑量较大，浇筑质量难以保证，且泵送混凝土能力要求高；(b)整体式桥墩一旦严重损伤破坏，通常需要全桥墩拆除修复，带来巨大的经济负担；(c)施工周期长，施工过程现浇所需的模板支撑***存在较大的安全隐患。

节段装配技术具有良好的经济性和施工便利性，可以推广到混凝土桥墩。节段式混凝土桥墩的应用前景得益于其以下突出的优点：(a)节段式混凝土桥墩的构件能够在预制工厂加工完成，缩短工程周期和施工可能带来的交通中断，节约社会经济成本，为现代高速发展和繁忙运输的交通体系提供有效的解决方案；(b)节段式混凝土桥墩在配备后张拉预应力钢筋后能够具备有效的自复位能力，在强震中实现受约束的摇摆机制，将震后残余变形控制在可接受的范围之内，进而提高全生命周期的抗震性能；(c)节段式混凝土桥墩能够较好地满足质量控制和耐久性要求，在预制工厂中可有效调控构件浇筑环境，避免了现场浇筑，特别是跨海、跨江大桥的恶劣环境带来的影响；(d)节段式混凝土桥墩对施工安全和生态环境的负面影响较小，现场工作量的降低将缩短现场工期，模板支撑架使用数量的减少将降低生命财产安全的潜在危险。

节段拼装技术释放了桥墩和承台之间的固接约束，为形成有限摇摆下的自复位机制提供了必要条件，为新型自复位桥墩体系的发展奠定了基础。然而，简单的对混凝土桥墩进行节段拼装会引入新的技术问题，例如：桥墩节段之间缺乏有效的抗剪机制以抵抗剪力，桥墩的侧向刚度因节段间接缝的存在而明显削弱等。目前，对于以上问题缺乏成熟的解决方案，在一定程度上制约了节段拼装桥墩在工程应用中的推广。

设置有咬合接面的装配式节段自复位桥墩能有效克服上述问题，形成安全可靠的桥墩整体，为工程设计应用提供性能优良，施工便利，经济合理的方案。咬合接面在节段接缝处形成了可靠的横向抗剪机制，保障了节段间有效的剪力传递；同时自复位组件为桥墩充足的初始侧向刚度和强震作用后的自复位机制提供了有力保障，进而提高其全生命周期的力学性能，是一种合理可行的节段式混凝土桥墩方案，是对混凝土桥墩技术体系的发展和完善。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法，解决了现有节段式混凝土桥墩技术中缺乏合理抗剪连接组件的问题；同时通过附加预应力自复位组件，实现桥墩的震后自恢复能力；本发明自复位桥墩构造简洁，性能可靠，为节段式混凝土桥墩的广泛应用奠定了技术基础；本发明施工方法便捷可行，经济实用。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，包括横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3，所述横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3间均通过咬合接面4和抗剪插销5连接，还包括通过预留孔道贯穿并锚固于所述横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3的多个自复位组件6。

所述咬合接面4为倒梯形。

所述抗剪插销5连接于相邻节段的接缝处。

所述抗剪插销5在相邻节段的接缝处间隔设置多个。

所述自复位组件6采用后张拉无粘结预应力钢筋、高强拉杆或FRP拉筋。

上述所述的横向抗剪的节段式自复位桥墩的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：采用工厂预制或现场预制制备横向抗剪墩底节段（1）、横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）；

步骤2：在基座（8）上预留的与横向抗剪墩底节段（1）、横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）相对应的孔中设置抗剪插销（5），并将自复位组件（6）穿入基座（8）上预留孔洞，自复位组件（6）的长度要保证在横向抗剪墩顶节段（3）顶端留有预设长度，对自复位组件（6）进行锚固；

步骤3：将横向抗剪墩底节段（1）沿已定位的自复位组件（6）吊装到位，然后逐段安装横向抗剪墩身节段（2），每一节段安装完毕后设置抗剪插销（5），直至安装完所有横向抗剪墩身节段（2）；

步骤4：安装横向抗剪墩顶节段（3），并在横向抗剪墩顶节段（3）顶部对自复位组件（6）进行后张拉锚固施加预应力，完成装配施工。

本发明所提供的横向抗剪的节段式自复位桥墩中，横向抗剪墩底节段1、横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3三类墩柱组件采用预制拼装的方法形成墩柱整体。横向抗剪墩底节段1、横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3均具有倒梯形构型，可用于有效嵌合相邻的节段，在提供可靠的剪力传递机制的同时，允许桥墩节段沿着桥墩墩身轴线方向发生一定的张合，形成节段接缝开合机制，为其自复位性能提供必要的条件。

本发明所提供的横向抗剪的节段式自复位桥墩中，咬合接面4用于有效嵌合相邻混凝土节段，在提供横向剪力传递的同时，允许桥墩节段沿墩身轴线方向发生一定的张合，形成节段接缝之间的开合机制；抗剪插销5在节段接缝间纵向连续布置，形成对咬合接面4的有效补充，当侧向荷载较大时能够提供有效的剪力传递，避免剪切错位，以便安全可靠地形成桥墩整体。自复位组件6一般由一系列无粘结后张拉预应力筋组成，在横向抗剪墩底节段1、横向抗剪墩身节段2以及横向抗剪墩顶节段3拼装完成后，通过在横向抗剪墩顶节段3顶部和承台底部施加锚固，施加合适的预应力，以实现桥墩的自复位性能；通过在墩顶节段和承台之间后张拉无粘结预应力筋，基于节段之间的开合机制，可形成桥墩的自复位性能。一方面，后张拉预应力能够可控地对桥墩施加合适量级的预应力，为桥墩日常使用状态的安全性和舒适性提供保障；另一方面，无粘结的处理技术可以使得预应力筋和其他墩身构件保持较为明显在应变差，从而在强震作用下全过程保持弹性，避免塑性残余变形，有效实现节段式桥墩的自复位功能。

本发明所提供的横向抗剪的节段式自复位桥墩中，与整体式混凝土桥墩相比其优势在于：混凝土节段不需要考虑在基础中的锚固深度，而是作为一个现场施工的元件，能够逐节段施工，高效灵活方便；对施工场地要求较低，施工难度较小，不需要大量的模板支撑架体系，能够减小施工安全隐患。通过沿桥墩墩身轴线连续布置抗剪插销5，保障了节段式桥墩在可能发生剪切错位的危险时的整体安全，作为咬合接面抗剪机制的补充，形成节段式桥墩横向抗剪的“双保险”。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过咬合接面横向抗剪节段实现了节段式混凝土桥墩的应用方案。咬合接面横向抗剪节段能够保证混凝土节段有效传递剪力，有效控制变形，同时节段接缝处又能够保持有限开合变形的特征，为自复位性能的引入提供了基础。

(2)抗剪插销5能够有效地形成桥墩节段之间的辅助抗剪机制，作为咬合接面横向抗剪的补充，避免了节段式桥墩的剪切错动，限制变形的过度增大。

(3)自复位组件6可有效提升节段式混凝土桥墩的全生命周期力学性能，不仅能在日常使用条件下提高桥墩的侧向刚度，同时能够在强震等极端荷载作用后提供恢复力，减小塑性残余变形，大大改善桥墩的震后力学性能和可修缮性。

(4)本发明中所有构件的取材方便，构造简洁，生产方式基本可采用工厂预制加工，自复位组件6的现场施工方法也简单易行，可操作性强。

(5)本发明解决了节段式混凝土桥墩的实际应用难题，相比现有的技术方案并不增加施工难度和工序，提供了可靠安全的施工方法和技术方案，施工灵活快速方便，实用性强。

附图说明

图1为采用横向抗剪的节段式自复位桥墩的整体结构示意图。

图2为横向抗剪墩顶节段示意图。

图3为横向抗剪墩顶节段俯视图。

图4为横向抗剪墩身节段示意图。

图5为横向抗剪墩身节段和墩底节段的截面示意图。

图6为横向抗剪墩底节段示意图。

图7为本发明施工方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，包括安装在基座8上的横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3，所述横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3间均通过咬合接面4相互嵌合，采用预制拼装的方法形成墩柱整体。抗剪插销5在节段之间连续布置，配合咬合接面4实现剪力的有效传递。还包括通过预留孔道贯穿并锚固于所述横向抗剪墩底节段1、多个横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3的多个自复位组件6，自复位组件6通过锚固施加合适的预应力，可为节段式桥墩提供自复位能力，在节段预制时需预留相应孔洞。本实施例咬合接面4为倒梯形。

作为本发明的优选实施方式，所述自复位组件6采用后张拉无粘结预应力钢筋、高强拉杆或FRP拉筋。

如图2、图3所示，横向抗剪墩顶节段3顶部需要在拼装完成后，通过锚具后张拉无粘结预应力筋，作为桥墩的自复位组件，自复位组件沿桥墩接面周边均布；同时墩顶节段需安装桥墩和上部结构之间的连接支座。

横向抗剪墩身节段2和横向抗剪墩顶节段3的示意图分别如图4和图6所示，相邻节段通过倒梯形的咬合接面彼此嵌合，形成有效的横向传力机制；横向抗剪墩身节段和墩底节段的截面示意图如图5所示，抗剪插销5在接面的中部和两侧分别布置，可避免节段间的剪切错位，在节段预制时需预留相应孔洞。

如图7所示，本发明横向抗剪的节段式自复位桥墩的施工方法，包括如下步骤：(a)采用预制工厂预制节段，现场逐节段装配的方式施工，基座照规范进行设计配筋，同时预留抗剪插销5和自复位组件6所需孔洞并与预制节段的相应孔洞对齐；(b)将自复位组件6穿过预留孔洞，并在承台底部对其进行有效锚固；(c)将横向抗剪墩底节段1沿已定位的自复位组件6吊装到位，逐段拼装横向抗剪墩身节段2，每一节段安装完毕后设置抗剪插销5，直至安装完所有横向抗剪墩身节段2，然后安装横向抗剪墩顶节段3；(d)在横向抗剪墩顶节段3顶部对自复位组件6进行后张拉锚固施加预应力，然后安装合适的支座即可。

本发明提供的横向抗剪的节段式自复位桥墩及其施工方法，可切实应用于公路和铁路的桥梁建设项目中，发挥其施工便利性和震后可修复性的突出优势。咬合接面横向抗剪节段配合抗剪插销能够有效传递横向剪力，避免了节段式桥墩的剪切错动，限制变形的过度增大；同时又能够保持节段间的有限开合机制，通过引入自复位组件提升节段式混凝土桥墩的力学性能。本发明不仅能在日常使用条件下提高桥墩的侧向刚度，同时能够在强震等极端荷载作用后提供自恢复力，减小塑性残余变形，有效改善桥墩的震后可修复性。本发明解决了节段式混凝土桥墩的实际应用难题，相比现有的技术方案并不增加施工难度和工序，所用构件的取材方便，构造简单，基本可采用工厂预制加工，为节段式混凝土桥墩的实际应用提供了安全可靠的施工方法和技术方案。

Claims (6)

1.一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，包括横向抗剪墩底节段（1）、多个横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3），其特征在于：所述横向抗剪墩底节段（1）、多个横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）间均通过咬合接面（4）和抗剪插销（5）连接，还包括通过预留孔道贯穿并锚固于所述横向抗剪墩底节段（1）、多个横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）的多个自复位组件（6）。

2.根据权利要求1所述的一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，其特征在于：所述咬合接面（4）为倒梯形。

3.根据权利要求1所述的一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，其特征在于：所述抗剪插销（5）连接于相邻节段的接缝处。

4.根据权利要求3所述的一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，其特征在于：所述抗剪插销（5）在相邻节段的接缝处间隔设置多个。

5.根据权利要求1所述的一种横向抗剪的节段式自复位桥墩，其特征在于：所述自复位组件（6）采用后张拉无粘结预应力钢筋、高强拉杆或FRP拉筋。

6.权利要求1至5任一项所述的横向抗剪的节段式自复位桥墩的施工方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采用工厂预制或现场预制制备横向抗剪墩底节段（1）、横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）；

步骤2：在基座（8）上预留的与横向抗剪墩底节段（1）、横向抗剪墩身节段（2）和横向抗剪墩顶节段（3）相对应的孔中设置抗剪插销（5），并将自复位组件（6）穿入基座（8）上预留孔洞，自复位组件（6）的长度要保证在横向抗剪墩顶节段（3）顶端留有预设长度，对自复位组件（6）进行锚固；

步骤3：将横向抗剪墩底节段（1）沿已定位的自复位组件（6）吊装到位，然后逐段安装横向抗剪墩身节段（2），每一节段安装完毕后设置抗剪插销（5），直至安装完所有横向抗剪墩身节段（2）；

步骤4：安装横向抗剪墩顶节段（3），并在横向抗剪墩顶节段（3）顶部对自复位组件（6）进行后张拉锚固施加预应力，完成装配施工。

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