CN108316130A - 一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，包括混凝土承台（1）、拼装墩身（2）、贯通纵筋（6）和无粘结预应力筋（7）；其特征在于：所述拼装墩身（2）由预制节段（4）组成，所述贯通纵筋（6）由普通钢筋和精轧螺纹钢筋两种钢筋混合而成，并与无粘结预应力筋（7）一同将混凝土承台（1）及各拼装墩身（2）连接成为完整墩体系。

Description

一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩

技术领域

本发明涉及一种预制节段拼装混凝土墩，特别是涉及一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩。

背景技术

地震等自然灾害及战争所造成的桥梁垮塌也需要采用桥梁快速建造技术进行紧急重建。预制节段拼装桥梁体系成为满足上述需求的有效方案之一，其良好应用前景得益于以下主要优点：(1) 绝大多数构件采用工业化制作和机械化拼装，具有突出的建造效率；(2) 现场施工周期短且受季节和天气影响小；(3) 构件制作及养护条件好故而耐久性高，全寿命周期维护成本降低；(4) 对桥址周边生态环境、居住环境及既有交通干扰小。

目前，采用预制节段拼装实现桥梁上部结构快速建造的技术已较为成熟，相比之下，预制拼装墩的实际工程应用却较为罕见，究其主要原因是关于该新型墩抗震性能的研发及应用依然较为缺乏。我国地处环太平洋地震带与地中海-喜马拉雅地震带的交汇处，是世界上地震灾害最严重的国家之一。然而，大部分既有拼装墩的研究及发明主要致力于提高该类墩的施工便利性或减小墩自身震后损伤程度，而未对墩在地震激励下最大位移响应及震后残余位移同时进行有效控制。

已有研究表明，通过提高墩屈服后刚度可有效减小墩震时最大位移响应及其离散性，同时显著提高墩自复位能力、确保桥梁结构震后功能性。利用预制节段拼装技术以实现钢筋混凝土墩的高效及绿色建造，同时显著提高墩屈服后刚度以提高墩自身抗震性能和自复位性能，对进入交通基础设施大规模建设的我国具有突出的实际意义。但是，目前对于提高拼装墩屈服后刚度这一问题还缺乏成熟的解决方案。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明是要提供一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩及施工方法，解决了现有拼装墩技术中难以同时减小墩震时最大位移反应及震后残余位移这一难题。普通钢筋屈服强度标准值在400MPa~500MPa之间，精轧螺纹钢筋的屈服强度标准值在785MPa~1200MPa之间，两者具有相同的弹性模量。因此，当本发明所提出的混合配筋的拼装墩遭受地震灾害时，墩中配置的普通钢筋将率先屈服，并通过弹塑性变形耗散地面运动输入至桥梁结构中的能量，从而有利于减小桥梁位移及加速度等动力反应；普通钢筋屈服后，精轧螺纹钢筋仍能保持弹性状态，当地震强度继续增大时，墩位移动力反应增大，此时精轧螺纹钢筋的拉应力水平将继续增加，墩水平承载力随之增大，从而有利于提高墩屈服后刚度。本发明通过采用普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的方案，提高墩屈服后刚度，减小墩在强震下弹塑性最大动力响应的离散性，有助于实现拼装墩基于性能的抗震设计；墩屈服后刚度的提高还可有效提高墩体自恢复能力，显著降低墩震后残余变形，提高桥梁结构震后功能性和可修复性；此外，本发明所涉及的拼装墩的施工方法简捷可行，施工难度小、效率高，确保了墩高效率及绿色化建造。

为解决上述技术问题，本发明提供一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，包括混凝土承台（1）、拼装墩身（2）、贯通纵筋（6）和无粘结预应力筋（7）；其特征在于：所述拼装墩身（2）由若干单个预制节段（4）组成，所述贯通纵筋（6）由普通钢筋和精轧螺纹钢筋两种钢筋混合而成，并与无粘结预应力筋（7）一同将混凝土承台（1）及各拼装墩身（2）连接成为完整墩体系。

各个预制节段（4）的几何尺寸、配筋构造和所用材料可以相同，以降低拼装难度，提高施工效率；也可不同，以降低墩预制成本。各预制节段（4）的上下端面可以是平面，上下相邻两节段之间通过摩擦抗剪机制有效传递地震作用下产生的剪力；另外，根据抗震设计需要，预制节段（4）的上下端面还可以设置单个或多个抗剪键，如此，拼装后的上下相邻两节段相互咬合，可有效提高拼接缝处的抗剪承载力。

贯通纵筋（7）由普通热轧带肋钢筋与精轧螺纹钢筋混合而成，两者配筋率比值在0.5~2.0之间。混合配置两种钢筋可有效提高墩的屈服后刚度，从而综合提高墩抗震性能和自复位能力。如图3所示，在截面上，两种纵筋间隔布置。

贯通纵筋（6）所用普通钢筋的类型为HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、HRB400E、HRB500E、HRBF400E、HRBF500E。贯通纵筋（6）所用精轧螺纹钢筋的类型为PSB785、PSB830、PSB930、PSB1080、PSB1200。混凝土承台（1）、各预制节段（4）均预留波纹孔道（5）。预留波纹孔道（5）采用预埋圆形金属波纹管的方式实现，波纹管直径应为，其中d为贯通纵筋直径。所用金属波纹管应符合规范《预应力混凝土用金属波纹管（JG 225-2007）》的要求。承台中埋置的波纹管的长度不小于36d，d为贯通纵筋直径。另外，精轧螺纹钢筋下端应使用与该筋材配套的螺母锚具，以增强锚固性能。

无粘结预应力筋（7）的下端浇筑于混凝土承台（1）中，墩拼装时筋束依次穿过各预制节段（4）中预留的内壁光滑的预应力筋孔道（8），筋束上部放置于最顶部节段的预应力筋锚具凹槽（3）中，待预应力筋张拉完成后进行封锚。无粘结预应力筋（7）所用的预应力筋类型为钢绞线、预应力螺纹钢筋或FRP预应力筋。

本发明对比现有技术具有以下优点：

本发明的纵向钢筋由屈服点较低的普通钢筋和屈服点高的精轧螺纹钢筋混合而成，可显著提高墩屈服后刚度，从而减小墩在地震激励下最大位移反应及其离散性，并有效提高墩自复位能力，减小震后残余变形，提高桥梁结构震后功能性。

通过调整普通钢筋与精轧螺纹钢的配置比例，可实现对墩的屈服承载力、屈服后刚度、峰值承载力及极限位移角的有效控制，从而实现墩多性能水准下的设计。

本发明所提墩自身具有突出的滞回耗能能力，可有效吸收并耗散地震时输入至桥梁结构的能量，因此无需另外设置耗能阻尼器或隔震支座，从而降低桥梁建设成本。

墩纵筋被高强灌浆料包裹，且灌浆料之外尚有金属波纹管及箍筋约束，故在地震作用下纵筋一般不会发生受压屈曲破坏；另一方面，受金属波纹管约束的高强灌浆料可与混凝土一同参与受压，故混凝土受压应力水平与较低、破坏程度不大。因此本发明提出的墩震后修复难度小，有助于实现灾区桥梁交通网络的快速恢复。

本发明所提墩在拼装过程简单，对拼装时操作精度要求不高；且运输及吊装时无需大型设备，建造灵活、效率高，有助于实现桥梁快速建设。

附图说明

图1是混合配筋的拼装墩剖面图；

图2是单个预制节段立体示意图；

图3混合配筋的拼装墩横截面示意图；

图4本发明混合配筋的拼装墩施工流程示意图；

图5是实施例2所述混合配筋的拼装墩剖面图；

图6是实施例3所述混合配筋的拼装墩剖面图。

附图中各部件的标记如下：1.承台；2.拼装墩身；3.预应力筋锚具凹槽；4.预制节段；5.预留波纹孔道；6.贯通纵筋；7.无粘结预应力筋；8.预应力筋孔道；9.金属波纹管；10.普通钢筋；11.精轧螺纹钢筋；12.箍筋。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本发明的实施例，对本发明作进一步的描述。各附图中相同的标号表示相同的元件。下面的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1，如图1所示，本发明提供一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，包括混凝土承台（1）、拼装墩身（2）、贯通纵筋（6）和无粘结预应力筋（7）。拼装墩身由一定数量的单个预制节段（4）竖向叠放而成，并通过无粘结预应力筋（7）张拉成为墩整体。各预制节段（4）均具有相同尺寸的矩形截面，且各节段高度相同。节段高度为截面长边的倍，如此既能使墩塑性铰充分开展以确保抗震耗能能力，又能使单个节段体积及重量较小而易于拼装。如图2所示，各预制节段（4）在相同截面位置布置有相同数量的预留波纹孔道（5）。因此，拼装后可确保预留波纹孔道（5）及预应力筋孔道（8）上下贯通。待各预制节段（4）拼装完成并张拉完预应力筋（6）后，将贯通纵筋（7）置入预留波纹孔道。若单根贯通纵筋（7）长度小于墩身高度，则通过机械连接、焊接或绑扎连接的方式对贯通纵筋（7）进行接长。贯通纵筋的连接延长操作应符合相应规范规定。实施例1所述的普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩的施工方法如图4所示：首先，浇筑墩承台基础，浇筑时预留波纹孔道，以便贯通纵筋***基础中锚固；然后，拼装墩底节段，并依次拼装其余节段，使预应力筋从节段的预应力筋孔道（8）中穿过；待拼装完成后，张拉预应力筋；最后，将贯通纵筋置入预留波纹孔道（5）中，并对孔道进行压力灌浆，确保灌浆充盈密实。贯通纵筋受到周围灌浆料、金属波纹管（9）及箍筋（12）的约束，因此在地震作用下不易发生受压屈曲损伤。而且，由于灌浆料的协同抗压，地震时混凝土压应力及塑性损伤均不大。因此该类墩具有良好的震后功能性，有助于实现重要桥梁结构的震后畅通。

实施例2，如图5所示，本实施例与前述实施例1的不同之处在于，普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩的墩身仅有一个预制节段（4）。当墩长细比不大于6时，可将整个墩身作为一整个节段进行预制，如此可提高墩拼装效率。而且，由于墩长细比不大于6，因此整个节段的尺寸和重量不至于过大而难以运输、拼装。当采用与实施例2相同或相近的设计、施工方案时，应注意预制的墩身节段的尺寸及重量满足相关交通运输法规，且不超过吊装起重设备吨位限制。

实施例3，如图6所示，本实施例与前述实施例1的不同之处在于，普通钢筋与精轧螺纹钢筋仅贯通拼装墩身2下部若干节段，而不沿整个墩身布置。对于悬臂墩，地震作用下墩底弯矩最大，从墩底向上弯矩逐渐减小。抗震设计时根据墩弯矩分布，可逐渐减少纵向钢筋配筋率，并最终在某合理高度处进行截断。纵筋截断位置的确定应符合相应抗震设计规范规定。当普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩的高度较大时，采用此方案可在保证抗震性能不变的前提下有效减小用钢量，加快施工进度，提高经济效益。

最后说明的是，以上实例仅用于说明本发明的技术方案而非限制。

Claims (10)

1.一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，包括混凝土承台1、拼装墩身2、贯通纵筋6和无粘结预应力筋7；其特征在于：所述拼装墩身2由一个或者一个以上预制节段4组成，所述贯通纵筋6由普通钢筋和精轧螺纹钢筋两种钢筋混合而成，并与无粘结预应力筋7一同将混凝土承台1及各拼装墩身2连接成为完整墩体系。

2.一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，包括混凝土承台1、拼装墩身2、贯通纵筋6和无粘结预应力筋7；其特征在于：所述拼装墩身2由两个或者两个以上单个预制节段4组成，所述贯通纵筋6由普通钢筋和精轧螺纹钢筋两种钢筋混合而成，并与无粘结预应力筋7一同将混凝土承台1及各拼装墩身2连接成为完整墩体系，普通钢筋与精轧螺纹钢筋仅贯通拼装墩身2下部若干节段，而不沿整个墩身布置。

3.根据权利要求1或2所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：普通钢筋与精轧螺纹钢筋配筋率比值在0.5~2.0之间，在平面内间隔布置和/或对称布置。

4.根据权利要求1或2所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：预制节段4的上下端面是平面或者设置单个或多个抗剪键。

5.根据权利要求1-4所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：贯通纵筋6所用普通钢筋的类型为HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500、HRB400E、HRB500E、HRBF400E或者HRBF500E；贯通纵筋6所用精轧螺纹钢筋的类型为PSB785、PSB830、PSB930、PSB1080或者PSB1200。

6.根据权利要求1-4所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：混凝土承台1、各预制节段4均预留波纹孔道5。

7.根据权利要求7所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：预留波纹孔道5采用预埋圆形金属波纹管，波纹管直径应为，其中d为贯通纵筋直径。

8.根据权利要求6或7所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：承台中埋置的波纹管的长度不小于36d，d为贯通纵筋直径。

9.根据权利要求1-4所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：精轧螺纹钢筋下端使用与该筋材配套的螺母锚具，以增强锚固性能。

10.根据权利要求1或2所述的一种普通钢筋与精轧螺纹钢筋混合配筋的拼装墩，其特征在于：无粘结预应力筋7的下端浇筑于混凝土承台1中，墩拼装时筋束依次穿过各预制节段4中预留的内壁光滑的预应力筋孔道8，筋束上部放置于最顶部节段的预应力筋锚具凹槽3中，待预应力筋张拉完成后进行封锚；其中，无粘结预应力筋7所用的预应力筋类型为钢绞线、预应力螺纹钢筋或FRP预应力筋。