一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构及其施工方法，其应用于建筑施工的承插式连接技术领域，承插式连接结构包括承台、插装在承台承插槽口的墩柱、承台环形钢筋、墩柱环形钢筋、抗剪连接钢筋和加固件，多个承台环形钢筋呈多排多列地环绕设在承台的承插槽口处内壁，多个墩柱环形钢筋呈多排多列地环绕设在墩柱的插装处外壁，抗剪连接钢筋设置有若干根，每根抗剪连接钢筋将一列多组承台环形钢筋和墩柱环形钢筋卡紧，加固件用于将墩柱和承台之间的承插槽口填充固定；该结构和施工方法解决能够现有的研究和技术难以应用于超过7度的抗震设防烈度地区、长期运营后接缝开裂的结构安全难题，提高承插式连接结构的抗震强度和耐久性能。和耐久性能。和耐久性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构及其施工方法


[0001]本专利技术涉及建筑施工的承插式连接
，特别涉及一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构及其施工方法。

技术介绍

[0002]承插式连接方式，是直接将预制桥墩插入承台预留槽中，并用灌浆料填缝形成整体的桥墩
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承台连接构造，承插式连接在施工精度、速度、质量和便捷性方面相比其它连接方式具有显著优势，但该类连接的目前实际应用依旧寥寥。这是因为国内外对其在常规和地震作用下的力学性能研究非常之少，导致目前仅有的相关地标规范(广东省《DBJT15
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2019装配式市政桥梁工程技术规范》公开预览版)中只能对其设计参数过分保守取值，不仅造价高且只能应用于不超过7度的抗震设防烈度地区，从而鲜见应用案例。
[0003]针对承插式连接的力学性能问题，相关研究者已发表了一些学术论文或申请相关专利，如2017年授权的专利技术专利“CN105421222
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桥梁预制桥墩立柱与承台承插式连接结构及其拼装方法”、2018年提交申请的专利技术专利“CN109853363
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管墩与承台连接结构及施工方法”、“徐艳,曾增,葛继平,等.承插式预制拼装桥墩的最小合理承插深度[J].同济大学学报(自然科学版),2019,(12).1706
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1711.”、2018年提交申请的专利技术专利“CN110886202
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一种预制钢筋混凝土空心桥墩承插式节点连接构造及作法”等。本专利技术研发过程中对这些现有研究和技术进行了实体有限元非线性精细化受力分析，发现对于承插式连接接缝处在收缩徐变作用下的耐久性能和在地震作用下的抗震性能问题，在这些现有研究和技术中仍旧无法得到解决。
[0004]对现有技术的承插式连接结构，以上述专利和论文所述桥梁为分析对象，主要构造尺寸为：上构为30m预应力小箱梁、单幅桥宽12m，单幅桥下构为双柱墩接盖梁、墩径1.4m、桩径0.8m，支座顶距承台顶10m，承台长宽均为4.2m、厚1.5m，承插式槽口深度1m、侧面接缝厚6cm、底面接缝厚2cm。主要建模参数为：采用通用非线性有限元软件建模，混凝土采用实体单元，加密处单元尺寸1cm、非加密处单元尺寸10cm，钢筋为与实体单元耦合的钢筋单元并按实际尺寸、位置和数量建模；线弹性分析时各材料和单元均按弹性考虑；非线性分析时的裂缝模型选用总应变裂缝模型，钢筋混凝土的受拉本构关系采用Hordijk函数模拟、素混凝土的受拉本构关系采用脆性函数模拟，两者的受压本构关系均采用Thorenfeldt函数模拟；抗震设防烈度为8度，抗震分析方法为反应谱法，按现行《公路桥梁抗震设计规范》最不利组合进行E1地震作用下的验算。根据图1可知，承插式连接的线弹性水平方向主应力远超现行《公路圬工桥涵设计规范》混凝土抗拉强度设计值，该处混凝土将发生开裂。根据图2可知，承插式连接超过2/3高度发生开裂，超过现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》抗裂验算容许值；根据图3可知，承插式连接接缝超过2/3高度的单元处于“Fully Open
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loading”开裂状态，该状态代表“单元应力为0的状态下，应变持续增大”，即该处的开裂是非收敛的，实际开裂情况有可能会进一步恶化；考虑到反应谱法为拟静力方法，该方法不能模拟实际地震作用下地震加速度方向通常会快速反复变化的情况，因此可认为实际地
震中所述承插式连接的开裂情况将更为严重，当地震力从各个水平方向传递而来时，上述承插式连接接缝的四周均将出现较深的开裂，高烈度地震作用下可能呈现脆性破坏；即使不考虑地震作用，在支座摩阻力、收缩徐变等作用下，接缝处新老混凝土界面亦存在耐久性问题。
[0005]可见，对于现有技术的承插式连接，仍旧没有解决桥墩与承台间连接在地震中的抗震性能和使用的耐久性能的问题。究其原因，是既有的承台墩柱承插式连接构造在水平地震力、支座摩阻力作用下接缝处存在较大拉应力且无贯通承台与墩柱的钢筋，受限于承插式构造的墩柱与承台间的有限间隙，现有研究和技术无法实现设置贯通钢筋，接缝处素混凝土在墩柱大偏压状态下会出现一侧受拉而张开的现象；而地震力方向是周期性反复变化的，导致这些现有的承插式构造变成一种“摇摆体系”，使得受压区局部应力更大，甚至墩身与承台槽口出现反复碰撞、冲击的现象；此外，现有的承插式构造无法明确后浇接缝在收缩徐变、温度及上构支座摩阻力等常见可变作用下的开裂问题，其耐久性和可靠度均难以保障。所以，现有的承插式构造很难像常规现浇钢筋混凝土结构那样同时通过混凝土受拉开裂与钢筋变形进行能量耗散，难以满足现行《公路桥梁抗震设计规范》“在E1地震作用下B类桥梁结构总体反应在弹性范围且基本无损伤”的要求，其耐久性和抗震性能均不如常规现浇钢筋混凝土结构。
[0006]针对承插式连接的力学性能问题，相关研究者已发表了一些学术论文或申请相关专利，本专利技术研发过程中对这些现有研究和技术进行了实体有限元非线性精细化受力分析，发现对于承插式连接接缝处在收缩徐变作用下的耐久性能和在地震作用下的抗震性能不佳问题，在这些现有研究和技术中仍旧无法得到解决。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的现有承插式连接抗震性能不佳、接缝容易开裂的问题，提供一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构及其施工方法，能够应用于超过7度的抗震设防烈度地区，解决长期运营后接缝开裂的结构安全难题，能够提高承插式连接结构的抗震强度和耐久性能。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0009]一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其包括承台、插装在承台承插槽口处的墩柱、承台环形钢筋、墩柱环形钢筋、抗剪连接钢筋和加固件，多个承台环形钢筋以多排多列排列方式环绕设在承台的承插槽口处内壁，多个墩柱环形钢筋以多排多列排列方式环绕设在墩柱的插装处外壁，承台环形钢筋与墩柱环形钢筋一一对应为多组，承台环形钢筋与墩柱环形钢筋位置错位设置且在竖直投影方向上形成重合区域，抗剪连接钢筋设有若干根，每根抗剪连接钢筋置于重合区域内并卡紧在一列多组承台环形钢筋和墩柱环形钢筋内侧，加固件用于将墩柱和承台之间的承插槽口填充固定。
[0010]通过承台环形钢筋、墩柱环形钢筋、抗剪连接钢筋与加固件浇筑固定，在承台与墩柱之间形成高强度的结构，通过将承台预埋钢筋和墩柱预埋钢筋的拉应力转化为承台环形钢筋和墩柱环形钢筋的剪、拉应力，通过承台环形钢筋和墩柱环形钢筋之间所箍混凝土的抗剪能力和抗剪连接钢筋的抗剪能力，最终承受承台与墩柱之间的应力传递，其接缝处具有较大的水平抗拉和竖向抗剪切强度，在高烈度地震作用下具有较好的延性，提高了承插
式连接结构的抗震强度和耐久性能，能够有效解决现有的研究和技术难以应用于超过7度的抗震设防烈度地区、长期运营后接缝开裂的结构安全难题。
[0011]在本专利技术较佳的实施例中，上述承台环形钢筋相对于承台可在竖直面转动，墩柱环形钢筋相对于墩柱可在竖直面转动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，包括承台、插装在承台承插槽口处的墩柱、承台环形钢筋、墩柱环形钢筋、抗剪连接钢筋和加固件，多个所述承台环形钢筋以多排多列排列方式环绕设在承台的承插槽口处内壁，多个所述墩柱环形钢筋以多排多列排列方式环绕设在墩柱的插装处外壁，所述承台环形钢筋与墩柱环形钢筋一一对应为多组，所述承台环形钢筋与墩柱环形钢筋错位设置且在竖直投影方向上形成重合区域，所述抗剪连接钢筋设有若干根，每根抗剪连接钢筋置于重合区域内并卡紧在一列多组所述承台环形钢筋和所述墩柱环形钢筋内侧，所述加固件用于将墩柱和承台之间的承插槽口填充固定。2.根据权利要求1所述的基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，所述承台环形钢筋相对于承台可在竖直面转动，所述墩柱环形钢筋相对于墩柱可在竖直面转动，所述承台环形钢筋和所述墩柱环形钢筋转至水平状态时，所述承台环形钢筋与墩柱环形钢筋在竖直投影方向上形成重合区域。3.根据权利要求2所述的基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，还包括锁紧件，每组抗剪连接钢筋在竖直方向上与每组所述承台环形钢筋和所述墩柱环形钢筋分别通过所述锁紧件锁紧固定。4.根据权利要求2所述的基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，所述承台环形钢筋相对于承台可由竖直状态转动至水平状态，墩柱环形钢筋相对于墩柱可由竖直状态转动至水平状态，所述承台环形钢筋与墩柱环形钢筋均处于水平状态时，在水平方向和竖直方向均相互错位。5.根据权利要求1
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4任一所述的基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，还包括承台预埋钢筋和墩柱预埋钢筋，所述承台环形钢筋通过承台预埋钢筋连接至承台的承插槽口处内壁，所述墩柱环形钢筋通过墩柱预埋钢筋连接至墩柱的插装处外壁。6.根据权利要求5所述的基于错位串环钢筋的承插式连接结构，其特征在于，所述承台预埋钢筋和墩柱预埋钢筋为U形钢筋，所述承台环形钢筋串入至少一个承台预埋钢筋的U形封口端，所述承...

【专利技术属性】
技术研发人员：于鹏，何旭辉，周帅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：