装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构及施工方法技术

本发明专利技术公开了一种装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构及施工方法，属于装配式桥梁施工领域，该连接结构包括钢筋混凝土预制的上、下段墩柱，及在上、下段墩柱的底部和顶部分别预留多根上、下钢筋，当上、下段墩柱相互拼装时，多根上、下钢筋相互岔开拼合，并在上、下段墩柱的拼装处外缘安装配套严密的套筒，其内压入超高强混凝土的压浆体，并凝结多根上、下钢筋形成超高强混凝土连接段拼装接头，这种连接结构具有构造简单、安全可靠、经济合理、地面交通影响小、低碳环保等优点，其结合相应的施工方法能确保加固结构的质量和安全，经济效益和社会效益显著。且通用性强，只需改变套筒和抱箍的形状，就能适用菱形、方形或其他不规则形状的桥梁墩柱。

Super high strength concrete connection structure and construction method of fabricated bridge pier column

The invention discloses an assembled bridge pier column ultra-high strength concrete connection structure and construction method, which belongs to the field of assembled bridge construction. The connection structure includes reinforced concrete prefabricated upper and lower pier columns, and reserved multiple upper and lower reinforcing bars at the bottom and top of the upper and lower pier columns respectively, when the upper and lower pier columns are in phase. When assembling each other, several upper and lower reinforcing bars are separated and assembled, and a complete sleeve is installed at the outer edge of the assembling part of the upper and lower pier columns. The sleeve is pressed into the mortar of ultra-high strength concrete, and several upper and lower reinforcing bars are condensed to form assembling joints of ultra-high strength concrete connection sections. This connection structure has simple structure and safety. Reliable, economic and reasonable, less impact of ground traffic, low carbon environmental protection and other advantages, the combination of the corresponding construction methods can ensure the quality and safety of the reinforced structure, economic and social benefits are significant. It has strong versatility, and can be applied to bridge piers with diamond, square or other irregular shapes by changing the shape of sleeve and hoop.

【技术实现步骤摘要】
装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构及施工方法
本专利技术涉及一种装配式桥梁施工领域，具体是指装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构及施工方法。
技术介绍
装配式桥梁施工技术是桥梁工程建设的发展趋势。目前我国桥梁上部结构大部分都可以进行预制装配施工,而下部墩柱结构主要以现场支架浇筑为主，预制装配仍处在初步试验阶段。在工厂或工地集中分段预制桥梁墩柱，再运送到现场装配成型，装配式桥梁墩柱拼装接头方式是关键工序，既要牢固、安全、经济和美观，又要结构简单便于装配施工。常用的拼装接头有承插式接头、钢筋锚固接头、焊接接头、扣环式接头、法兰盘接头、预应力接头或上述几种方式组合接头等，以上拼装接头各有利弊，一般由桥梁墩柱规模、受力情况和施工条件确定。其中应用较多的钢筋锚固接头采用构件上预留钢筋或型钢，插入另一构件的预留槽内，或将钢筋互相焊接，再灌注半干硬性混凝土，但存在钢筋焊接量大、焊接空间小、费工费时、质量保障率低、钢筋套筒连接费用昂贵等缺点。也有采用杯型承插式超高性能混凝土接头，但仅适用于墩柱与承台的连接。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、安全可靠、经济合理、地面交通影响小、低碳环保的装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构及施工方法。本专利技术的技术问题通过以下技术方案实现：一种装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，包括钢筋混凝土预制而成的上段墩柱和下段墩柱，所述的上段墩柱底部预留多根向下延伸的相等连接段长度的上钢筋，下段墩柱顶部预留多根向上延伸的相等连接段长度的下钢筋；所述的上段墩柱和下段墩柱相互拼装，该多根上钢筋和多根下钢筋相互岔开拼合，并在上、下段墩柱的拼装处外缘安装配套严密的套筒，该套筒的上部设有通气孔，套筒的下部设有压浆管，并经压浆管向套筒内压入超高强混凝土的压浆体，该压浆体凝结多根上钢筋和多根下钢筋而形成超高强混凝土连接段拼装接头。每根所述的上钢筋下端均垂直弯折成7字形弯钩，每根所述的下钢筋上端均垂直弯折成7字形弯钩；所述的上段墩柱和下段墩柱相互拼装，该多根上钢筋和多根下钢筋相互岔开拼合的连接长度为40cm～60cm。所述的上段墩柱和下段墩柱均为圆柱墩柱，所述的套筒为钢质或高强PVC材料制成的圆柱筒，该圆柱筒由两片半圆筒状组合而成，在两片半圆筒状的上部和下部分别设有抱箍紧固，且套筒内径与墩柱外径相同，长度为连接段+2╳抱箍宽度+5cm～10cm。所述的抱箍承受通过套筒传递压浆体的压浆压力；所述的上钢筋或下钢筋长度为，直径为，其周边与压浆体粘结强度即粘结处剪切力，最大粘结强度，上钢筋或下钢筋与压浆体在弹性工作状态时，即时，，为上钢筋或下钢筋与压浆体的剪切刚度系数，为上钢筋或下钢筋的剪切位移函数；假定上钢筋或下钢筋在弹性工作状态时，与压浆体粘结变形符合胡克定律，则在上钢筋或下钢筋处取一微段，其长度为，则在处上钢筋或下钢筋轴力为，剪应力为，剪切位移为；所述的连接段在外力矩作用时，由上钢筋、下钢筋和压浆体共同承受荷载；抱箍、上钢筋或下钢筋以及连接段有关力学参数由以下公式计算：公式一、公式二、式中，得其中为待定系数，由边界条件确定，在上钢筋或下钢筋的顶端为即,在上钢筋或下钢筋的底端为，可求得当上钢筋或下钢筋的顶端受力达到时，达到塑性流动状态时，上钢筋或下钢筋达到极限抗拉拔力公式三、连接段顶端作用外力矩时，由压浆体、上钢筋和下钢筋承受荷载，在外力矩作用的平面内，最边缘上钢筋或下钢筋拉力为，任一上钢筋或下钢筋的编号受力为压浆体截面任一点单位面积的受力，以压浆体和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，即该点和坐标轴原点连线与轴之间的夹角处的受力为连接段顶端作用外力矩需满足下式在公式一、公式二和公式三中，——连接段压浆体的压浆压力，；——抱箍计算半径处的应力，；——分别为连接段墩柱半径，即压浆体周边半径和抱箍计算半径，；——单片半圆环抱箍截面所受的拉力和螺栓的拉力，；——连接段长度即上钢筋或下钢筋长度，；——上钢筋或下钢筋直径，；——上钢筋或下钢筋的截面积，；——上钢筋或下钢筋的弹性模量，；——连接段超高强混凝土的弹性模量，；——上钢筋或下钢筋至墩柱截面圆心的半径，；——单片半圆环抱箍截面积，；——单个螺栓截面积，；——抱箍截面所受的拉应力，；——螺栓截面所受的拉应力，；——抱箍截面材料的容许拉应力，；——螺栓截面材料的容许拉应力，；——连接段顶端作用的外力矩，；——上钢筋或下钢筋在处的受力，；——上钢筋或下钢筋顶端的受力，；——上钢筋或下钢筋底端的受力，，；——上钢筋或下钢筋顶端的极限抗拉拔力，；——上段墩柱和下段墩柱中的上钢筋和下钢筋的总数为根，以压浆体和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，在第IV象限绕轴顺时针编号，起点编号1至依次编号2、3、…、、…、为上钢筋或下钢筋的编号，编号为的上钢筋或下钢筋顶端的受力，沿轴至原点为线性分布，；——压浆体截面任一点单位面积的受力，以压浆体和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，即该点和坐标轴原点连线与轴之间的夹角处的受力,；——以压浆体和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，编号为的上钢筋或下钢筋顶端和坐标轴原点连线与轴之间的夹角，，；——以压浆体和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，压浆体顶端圆周边任一点即该点和坐标轴原点连线与轴之间的夹角，；——上钢筋或下钢筋与压浆体的剪切刚度系数，；——上钢筋或下钢筋周边与压浆体的粘结强度即粘结处剪切力，最大粘结强度，；——系数，，无量纲。所述的通气孔内径为10mm～15mm，每片半圆筒状上部侧面均设置一个通气孔，每个通气孔均与套筒内的连接段相连通。所述的压浆管设置在套筒下部侧面，内径为压浆体最大骨料粒径的3倍～4倍或为细钢纤维长度的2倍～3倍，压浆管内端与套筒内连接段相连通，压浆管外端连接压浆泵，压浆压力为0.5MPa～0.8MPa。所述的抱箍为钢质的圆环，是由两个半圆环抱合在套筒外并由螺栓紧固而成，抱箍内径与套筒外径相同。所述的压浆体为超高强混凝土，该超高强混凝土由水泥、硅灰、石英粉、硅砂和细钢纤维配制而成，抗压强度120MPa～180MPa，抗拉强度6MPa～10MPa，最大骨料粒径4mm～6mm,细钢纤维直径为0.2mm～0.6mm、长度为10mm～30mm。一种装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构的施工方法，包括如下步骤：步骤一、设计计算结构配筋、预制上段墩柱和下段墩柱①由公式二、公式三设计计算结构并配筋；②根据设计要求下料上钢筋和下钢筋；③绑扎上段墩柱、下段墩柱的钢筋骨架；④上段墩柱、下段墩柱的钢筋骨架吊入模板，精确定位上钢筋和下钢筋，并分别浇筑上段墩柱和下段墩柱；步骤二、运输预制构件至现场①养护合格，吊至堆放场地；②制作临时支架固定上钢筋和下钢筋，避免运输途中振动或碰撞影响上钢筋和下钢筋的安装定位对中；③输至安装现场有序堆放；步骤三、拼装并压浆①由公式一计算抱箍尺寸和螺栓型号，并制作压浆用的套筒和抱箍；②凿毛上段墩柱底面与上钢筋之间的混凝土，凿毛下段墩柱顶面与下钢筋之间的混凝土，并清理干净；③在上段墩柱与桥梁基础承台精确安装完成后，起吊上段墩柱至下段墩柱上方，用临时支架固定定位，上钢筋岔开放置在下钢筋之间间距的空隙中进行拼合；④设计配合比配制超高强混凝土的压浆体，并经试验符合设计要求；⑤压浆泵接通压浆管，启动压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，包括钢筋混凝土预制而成的上段墩柱（1）和下段墩柱（2），其特征在于所述的上段墩柱（1）底部预留多根向下延伸的相等连接段长度的上钢筋（3），下段墩柱（2）顶部预留多根向上延伸的相等连接段长度的下钢筋（4）；所述的上段墩柱（1）和下段墩柱（2）相互拼装，该多根上钢筋（3）和多根下钢筋（4）相互岔开拼合，并在上、下段墩柱的拼装处外缘安装配套严密的套筒（6），该套筒的上部设有通气孔（62），套筒的下部设有压浆管（61），并经压浆管向套筒（6）内压入超高强混凝土的压浆体（51），该压浆体凝结多根上钢筋（3）和多根下钢筋（4）而形成超高强混凝土连接段拼装接头。

【技术特征摘要】
1.一种装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，包括钢筋混凝土预制而成的上段墩柱（1）和下段墩柱（2），其特征在于所述的上段墩柱（1）底部预留多根向下延伸的相等连接段长度的上钢筋（3），下段墩柱（2）顶部预留多根向上延伸的相等连接段长度的下钢筋（4）；所述的上段墩柱（1）和下段墩柱（2）相互拼装，该多根上钢筋（3）和多根下钢筋（4）相互岔开拼合，并在上、下段墩柱的拼装处外缘安装配套严密的套筒（6），该套筒的上部设有通气孔（62），套筒的下部设有压浆管（61），并经压浆管向套筒（6）内压入超高强混凝土的压浆体（51），该压浆体凝结多根上钢筋（3）和多根下钢筋（4）而形成超高强混凝土连接段拼装接头。2.根据权利要求1所述的装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，其特征在于每根所述的上钢筋（3）下端均垂直弯折成7字形弯钩，每根所述的下钢筋（4）上端均垂直弯折成7字形弯钩；所述的上段墩柱（1）和下段墩柱（2）相互拼装，该多根上钢筋（3）和多根下钢筋（4）相互岔开拼合的连接长度为40cm～60cm。3.根据权利要求1所述的装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，其特征在于所述的上段墩柱（1）和下段墩柱（2）均为圆柱墩柱，所述的套筒（6）为钢质或高强PVC材料制成的圆柱筒，该圆柱筒由两片半圆筒状组合而成，在两片半圆筒状的上部和下部分别设有抱箍（7）紧固，且套筒（6）内径与墩柱外径相同，长度为连接段+2╳抱箍宽度+5cm～10cm。4.根据权利要求3所述的装配式桥梁墩柱超高强混凝土连接结构，其特征在于所述的抱箍（7）承受通过套筒（6）传递压浆体（51）的压浆压力；所述的上钢筋（3）或下钢筋（4）长度为，直径为，其周边与压浆体（51）粘结强度即粘结处剪切力，最大粘结强度，上钢筋（3）或下钢筋（4）与压浆体（51）在弹性工作状态时，即时，，为上钢筋（3）或下钢筋（4）与压浆体（51）的剪切刚度系数，为上钢筋（3）或下钢筋（4）的剪切位移函数；假定上钢筋（3）或下钢筋（4）在弹性工作状态时，与压浆体（51）粘结变形符合胡克定律，则在上钢筋或下钢筋处取一微段，其长度为，则在处上钢筋（3）或下钢筋（4）轴力为，剪应力为，剪切位移为；所述的连接段（5）在外力矩作用时，由上钢筋（3）、下钢筋（4）和压浆体（51）共同承受荷载；抱箍（7）、上钢筋（3）或下钢筋（4）以及连接段（5）有关力学参数由以下公式计算：公式一、公式二、式中，得其中为待定系数，由边界条件确定，在上钢筋（3）或下钢筋（4）的顶端为即,在上钢筋（3）或下钢筋（4）的底端为，可求得当上钢筋（3）或下钢筋（4）的顶端受力达到时，达到塑性流动状态时，上钢筋（3）或下钢筋（4）达到极限抗拉拔力公式三、连接段（5）顶端作用外力矩时，由压浆体（51）、上钢筋（3）和下钢筋（4）承受荷载，在外力矩作用的平面内，最边缘上钢筋或下钢筋拉力为，任一上钢筋或下钢筋的编号受力为压浆体（51）截面任一点单位面积的受力，以压浆体（51）和上、下钢筋的平面位置形成坐标轴，即该点和坐标轴原点连线与轴之间的夹角处的受力为连接段（5）顶端作用外力矩需满足下式在公式一、公式二和公式三中，——连接段（5）压浆体（51）的压浆压力，；——抱箍（7）计算半径处的应力，；——分别为连接段（5）墩柱半径，即压浆体（51）周边半径和抱箍（7）计算半径，；——单片半圆环抱箍（7）截面所受的拉力和螺栓（71）的拉力，；——连接段（5）长度即上钢筋（3）或下钢筋（4）长度，；——上钢筋（3）或下钢筋（4）直径，；——上钢筋（3）或下钢筋（4）的截面积，；——上钢筋（3）或下钢筋（4）的弹性模量，；——连接段（5）超高强混凝土的弹性模量，；——上钢筋（3）或下钢筋（4）至墩柱截面圆心的半径，；——单片半圆环抱箍（7）截面积，；——单个螺栓（71）截面积，；——抱箍（7）截面所受的拉应力，；——螺栓（71）截面所受的拉应力，；——抱箍（7）截面材料的容许拉应力，；——螺栓（71）截面材料的容许拉应力，；——连接段...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐懋刚，宋冰泉，张旭东，周一勤，
申请(专利权)人：宁波交通工程建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33