一种功能可恢复的预制装配式桥墩及其施工方法技术

本发明专利技术提供一种功能可恢复的预制装配式桥墩，包括桥墩上节段、桥墩下节段、预应力筋、钢管销、灌浆套筒、阻尼器、钢板、钢管、纵向钢筋；桥墩上节段、桥墩下节段构成桥墩本体，并在连接处设置有灌浆套筒；桥墩下节段安装在承台上，桥墩上节段上方用于安装主梁；预应力筋纵向连接桥墩本体、主梁和承台，并在接触部位外设钢管；主梁和桥墩本体间设置有钢板，主梁和桥墩两者的中部安装有钢管销；桥墩下节段和承台外侧，以及桥墩上节段和主梁外侧设置有连接两者的阻尼器。通过采用无粘结预应力筋使承台、桥墩、主梁竖向成为一体，具有更好的变形能力以抵抗地震作用，增强了预制拼装桥墩接缝的抗剪能力，震后损伤较小并迅速恢复使用功能。

【技术实现步骤摘要】
一种功能可恢复的预制装配式桥墩及其施工方法
本专利技术涉及预制装配式结构工程施工
，尤其是适用于高烈度区的功能可恢复的预制装配式桥墩及其施工方法。
技术介绍
当前城市桥梁结构设计正面临的主要挑战之一就是业主和居民除了要求桥梁结构安全和耐久以外，还要求通过快速施工来减少对周围交通的干扰、缩短阻塞时间、降低运输车辆和施工中产生的各种噪声等。这些要求的提出促进了工业化的节段拼装施工技术在城市桥梁建造中的应用。节段拼装桥墩是将桥墩沿垂直方向、按一定模数分成若干块件，如承台、柱、盖梁(墩帽)等，在桥址周围的预制场地上进行浇筑，通过运输工具运到施工场地，现场拼装。节段拼装桥墩技术比较适用于桥梁长度较长，桥墩数量较多，桥墩高度相对较高，现场无混凝土搅拌站和施工场地，混凝土输送管道设备较难布置的桥梁墩台的施工。节段拼装桥墩的主要特点是：工期短，可以在预制场预制构件，受周围外界干扰少。对于节段拼装桥墩而言，接缝是设计的关键，主要原因是接缝会承受较大的力，是更加容易破坏、劣化的部位。随着节段拼装施工技术在高地震危险区域的应用，一个面临的重要技术问题就是提升采用这种技术施工的桥墩抗震性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种功能可恢复的预制装配式桥墩及其施工方法，是提供一种可靠的预制拼装桥墩节段、承台、主梁的连接系统，以解决传统连接方式的不足。其技术方案如下所述：一种功能可恢复的预制装配式桥墩，包括桥墩上节段、桥墩下节段、预应力筋、钢管销、灌浆套筒、阻尼器、钢板、钢管、纵向钢筋；桥墩上节段、桥墩下节段构成桥墩本体，并在连接处设置有灌浆套筒用以连接纵向钢筋；桥墩下节段安装在承台上，桥墩上节段上方用于安装主梁；无粘接的预应力筋纵向连接桥墩本体、主梁和承台，并在接触部位外设钢管，通过张拉U型预应力筋将主梁、桥墩上节段、桥墩下节段、承台连接到一起；主梁和桥墩本体间设置有钢板，主梁和桥墩两者的中部安装有钢管销，将钢板留孔以便钢管销穿过钢板；桥墩下节段和承台外侧设置有连接两者的阻尼器，桥墩上节段和主梁外侧设置有连接两者的阻尼器。预应力筋为U型，共两条，桥墩本体、主梁和承台预留有预应力孔道，预应力孔道为无粘结的PVC管，其中承台预留U型预应力孔道，桥墩上节段、桥墩下节段、主梁预留直线型预应力孔道，主梁顶端张拉并固定U型无粘结的预应力筋。进一步的，桥墩上节段中间留有预应力孔道，预应力孔道为PVC管，在节段下部孔道变为直径10cm的混凝土孔洞。桥墩下节段中间留有PVC预应力孔道，在节段上部变为直径为10cm的钢管，高度为30-50cm，形状为直筒型，在两端直径线性过度减小为PVC孔道直径，并与PVC管道连接，以插入桥墩上节段中的混凝土孔洞中，目的是增强节段间的抗剪能力。钢管销采用钢管混凝土结构，一半预埋在桥墩上节段中，另一半插入到主梁的预留孔中。灌浆套筒采用粘结增强型套筒，为带剪力钉的套筒或者纺锤形套筒。桥墩上节段底部设置灌浆套筒，灌浆套筒的形式应为粘结增强型套筒，如纺锤形套筒或设置剪力钉的套筒。桥墩下节段的纵向钢筋外伸出桥墩上部，以便插入桥墩上节段中的灌浆套筒中，通过套筒灌浆实现纵向钢筋在桥墩上节段和桥墩下节段之间的连续。目的是通过增强节段的连接强度使节段连接成为一个整体，使接缝开合出现在桥墩与主梁、桥墩与承台的连接面上，即桥墩出现整体摇摆的情况。阻尼器采用软钢阻尼器，软钢阻尼器为摩擦钢板阻尼器或者形状记忆合金阻尼器。桥墩上节段上端两侧预埋钢板，为软钢阻尼器提供螺栓连接的母版，软钢阻尼器通过螺栓连接到主梁预留的钢板上。桥墩下节段下端两侧预埋钢板，为软钢阻尼器提供螺栓连接的母版，软钢阻尼器通过螺栓连接到承台预留的钢板上。在桥墩下节段和承台之间设置与桥墩上节段和桥墩下节段之间相同的钢管，并穿插预应力筋，以增强桥墩下节段和承台之间的剪力。钢管的直径为10cm，形状为直筒型，在两端直径线性过度减小为PVC孔道直径，并与PVC孔道紧密对接。钢管的一半在承台或桥墩本体中，另一半伸出承台或桥墩本体外，以插入桥墩本体预留的混凝土孔洞中。桥墩上节段和桥墩下节段是在工厂里预制好的钢筋混凝土结构。桥墩上节段上部预埋钢管销，钢管销为钢管混凝土结构，钢管销，其直径为桥墩宽度的1/20～1/10，长度为钢管销直径的2-4倍，以增强桥墩与主梁间的抗剪能力。灌浆套筒为半灌浆套筒或全灌浆套筒。利用上述功能可恢复的预制装配式桥墩的施工方法，包括以下步骤：(1)承台预留预应力孔道，用于穿入预应力筋；(2)桥墩下节段安装并穿插预应力筋：将桥墩下节段安装到承台上方，并将预应力筋穿过桥墩下节段中的预应力孔道，并根据放样要求准确安装桥墩下节段；(3)桥墩上节段安装并穿插预应力筋，套筒灌浆：将桥墩上节段安装到桥墩下节段上方，并将预应力筋穿过桥墩上节段中的预应力孔道以及钢管，桥墩下节段的外伸纵向钢筋对正插入到桥墩上节段的灌浆套筒中，通过灌浆套筒灌浆实现桥墩上节段和桥墩下节段纵向钢筋的连结；(4)主梁安装，穿插、张拉预应力筋：将主梁安装到桥墩上节段上方，要求钢管销插入主梁预留的孔洞中，预应力筋插入主梁的预应力管道中，张拉预应力筋；(5)连接耗能软钢阻尼器：软钢阻尼器通过螺栓连接到桥墩本体、承台、主梁的预留钢板当中。进一步的，在主梁底部与桥墩上节段连接的范围内设置钢板，防止接缝的交替张开闭合时的挤压碰撞对主梁的破坏。上述部件的共同作用，可以使桥墩在地震作用下实现功能的可恢复性。本专利技术连接中基于功能可恢复的基本要求，采用无粘结预应力筋使承台、桥墩本体、主梁竖向成为一体，使节段拼装桥墩在循环荷载作用下会发生接缝的交替张开闭合，不会发生现浇的钢筋混凝土桥墩出现的塑性铰现象。这样节段拼装桥墩的损伤程度较现浇钢筋混凝土桥墩就会小得多。钢管销和大直径的预应力钢管管道可以增加桥墩节段与桥墩、承台、主梁间的抗剪能力。节段间的普通钢筋通过粘结增强型灌浆套筒相连，可以保证节段间的连接强度和整体刚度。耗能阻尼器用来释放桥墩在整个系统受到地震力作用后的能量。通过以上各技术的综合使用，使本预制装配式桥墩实现震后的功能可恢复性。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、本专利技术充分利用桥墩摇摆功能以实现地震作用下的变形性能。通过U型预应力筋来控制桥墩要变带来的失稳现象。2、本专利技术与现有专利技术的区别是增强了桥墩节段间的连接强度。充分利用现有预应力钢管管道来增加截面间的抗剪能力，克服现有截面抗剪能力不足的缺点。通过采用粘结力较强的灌浆套筒来实现纵筋的连接，增加接缝的强度和刚度。3、本专利技术与现有桥墩的区别是通过增强节段间接缝剪力、刚度，增加耗能装置和剪力销、钢板多种手段，将桥墩、主梁、承台耦合到一起，成为一个系统，使本专利技术震后损伤较小，尽快恢复使用功能。附图说明图1为本专利技术提供的功能可恢复的预制装配式桥墩的结构示意图；图2为桥墩节段接缝断面图；图3为钢管销的结构示意图；图4为抗剪钢管的结构示意图；图5为灌浆套筒的结构示意图；图6为低屈服点的软钢阻尼器的结构示意图；图7为功能可恢复的预制装配式桥墩的安装流程图；图中1、桥墩上节段；2、桥墩下节段；3、预应力筋；4、钢管销；5、灌浆套筒；6、阻尼器；7、钢板；8、钢管；9、纵向钢筋。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：包括桥墩上节段、桥墩下节段、预应力筋、钢管销、灌浆套筒、阻尼器、钢板、钢管；桥墩上节段、桥墩下节段构成桥墩本体，并在连接处设置有灌浆套筒；桥墩下节段安装在承台上，桥墩上节段上方用于安装主梁；无粘接的预应力筋纵向连接桥墩本体、主梁和承台，并在接触部位外设钢管；主梁和桥墩本体间设置有钢板，主梁和桥墩两者的中部安装有钢管销，将钢板留孔以便钢管销穿过钢板；桥墩下节段和承台外侧设置有连接两者的阻尼器，桥墩上节段和主梁外侧设置有连接两者的阻尼器。

【技术特征摘要】
1.一种功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：包括桥墩上节段、桥墩下节段、预应力筋、钢管销、灌浆套筒、阻尼器、钢板、钢管；桥墩上节段、桥墩下节段构成桥墩本体，并在连接处设置有灌浆套筒；桥墩下节段安装在承台上，桥墩上节段上方用于安装主梁；无粘接的预应力筋纵向连接桥墩本体、主梁和承台，并在接触部位外设钢管；主梁和桥墩本体间设置有钢板，主梁和桥墩两者的中部安装有钢管销，将钢板留孔以便钢管销穿过钢板；桥墩下节段和承台外侧设置有连接两者的阻尼器，桥墩上节段和主梁外侧设置有连接两者的阻尼器。2.根据权利要求1所述的功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：预应力筋为U型，桥墩本体、主梁和承台预留有预应力孔道，预应力孔道为无粘结的PVC管，其中承台预留U型预应力孔道，桥墩上节段、桥墩下节段、主梁预留直线型预应力孔道，主梁顶端张拉并固定U型无粘结的预应力筋。3.根据权利要求1所述的功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：钢管销采用钢管混凝土结构，外侧为钢管，里面为混凝土，一半预埋在桥墩上节段中，另一半插入到主梁的预留孔中。4.根据权利要求1所述的功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：灌浆套筒采用粘结增强型套筒，为带剪力钉的套筒或者纺锤形套筒。5.根据权利要求1所述的功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：阻尼器采用软钢阻尼器，软钢阻尼器为摩擦钢板阻尼器或者形状记忆合金阻尼器。6.根据权利要求1所述的功能可恢复的预制装配式桥墩，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕嘉，孟凡龙，蔡玮，王志宇，侯巨伟，王梦筱，刘冬生，王丽群，王博，
申请(专利权)人：北京市政路桥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11