首页 / 专利分类库 / 道路、铁路或桥梁的建筑 / 一种互锁式交错U筋连接的预制装配桥墩及施工方法

一种互式交错U筋连接的预制装配桥墩及施工方法

申请号 CN202310963836.0 申请日 2023-08-02 公开(公告)号 CN117867962A 公开(公告)日 2024-04-12
申请人 张君策; 发明人 张君策; 熊二刚; 曾凡奎;
摘要 本 发明 公开了一种互 锁 式交错U型筋连接的预制装配桥墩及施工方法,主要涉及预制节段与承台之间或节段之间的连接结构。桥墩节段内沿周向分布多个U型纵筋,U型纵筋的端部在连接区对向交错布置,并在其交错空间内设置附加外箍筋,箍筋加密区通长布置附加内箍筋,并浇有高强高韧性 混凝土 ,所述附加内箍筋与纵筋形成芯柱结构,芯柱外侧附加内外箍筋与交错空间形成圈梁式结构,实现了塑性铰区上移并提高了塑性铰区塑性耗能能 力 。在避免复杂施工工艺的同时,整体提升了桥墩传力效果和抗剪抗震性能。这种互锁式交错U筋连接结构在满足等同现浇的同时可解决传统预制装配桥墩节段连接的施工 精度 高、连接区过长和造价高的问题,具有较高的实际应用和推广价值。
权利要求

1.一种互式交错U型筋连接结构,其特征在于,包括一组U型筋,所述一组U型筋的端部对向交错布置;
在所述一组U型筋的交错重叠空间内至少有2对附加筋穿过,附加筋均垂直于所穿过的每个U型筋所在的平面;如果是2对附加筋,则穿过所述交错重叠空间的四个上,如果大于
2对,则其余的附加筋穿过交错重叠空间的中部;
在所述两个U型筋的整体的外部设置有外层箍筋。
2.一种互锁式交错U型筋连接的预制装配桥墩,其特征在于,包括基础承台和墩柱节段,墩柱节段包括沿周向均匀分布的多个互锁式交错结构,所述互锁式交错结构包括多个上纵筋和一个下纵筋,其中,每个所述上纵筋的两端均为U型筋,所述下纵筋的上半部为U型筋且下半部为平筋,下纵筋的上部的底端以及水平筋均位于基础承台内;相邻两个上纵筋的相靠近的两个U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;位于最下方的上纵筋的下端的U型筋与下纵筋的U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;所有位于同一高度上呈周向分布的成对交错布置的U型筋共同围成一个箍筋加密区,每个所述箍筋加密区中,成对的U型筋重叠部分的高度区间为交错区;
每个所述箍筋加密区的交错区上设有至少2对圆形附加筋,所述圆形附加筋包括圆形附加内箍筋和圆形附加外箍筋,两者为同心圆,且它们均垂直于所穿过的每个U型筋所在的竖向平面;每个所述交错区内的所述2对圆形附加筋穿过每相邻两个叠加的U型筋的重叠空间的四个角上;圆形附加筋与U型筋的重叠空间形成圈梁式骨架;
在每个所述箍筋加密区上交错区之外的区域内,沿竖向均匀分布有多个大小相同的圆形附加内箍筋,每个所述箍筋加密区上的所有圆形附加内箍筋与所有U型筋内侧边共同围成一个芯柱骨架;所述的圈梁式骨架与芯柱骨架上与其相同高度的部分共同组成连接区;
在所有所述互锁式交错结构的整体外部沿竖向设有多个外层箍筋或设有一螺旋式箍筋;桥墩的截面形式并不局限于圆形;
在所述芯柱中下部骨架内以及所述连接区向上下分别延伸一定余量高度后的区域共同作为后浇区,后浇区内浇筑有高强高韧性混凝土,墩柱节段的其余部分浇筑有混凝土。
3.如权利要求2所述的互锁式交错U型筋连接的预制装配桥墩,其特征在于,还包括第3对圆形附加筋,它们穿过对应的重叠空间的中部。
4.如权利要求2所述的互锁式交错U型筋连接的预制装配桥墩的施工方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.预制装配桥墩筋笼制作与安装,在工厂预制装配桥墩的基础承台和墩柱节段完成钢筋笼绑扎,基础承台和墩柱节段沿周向分布多个U型纵筋,内外设多个附加箍筋;S2.预制构件支设模板,附加内箍筋内部预留空腔,于桥墩节段与基础承台内浇筑混凝土;S3. 浇筑高强高韧性混凝土于桥墩节段内部空腔,形成芯柱节段;S4.吊装桥墩节段,并采用临时支撑固定,确定连接区高度,使上下U型筋交错布置,其中U型筋交错区为连接区;S5. 绑扎连接区钢筋,包括至少2对圆形附加内外箍筋,形成圈梁式骨架,在交错区整体外部沿竖向设有多个外层箍筋;S6.后浇区支设模板,浇筑高强高韧性混凝土于芯柱中下部区域和连接区向上下延伸部分,共同形成后浇区;S7.安装多个桥墩节段,使上下U型筋交错布置,其他步骤与前述相同。

说明书全文

一种互式交错U筋连接的预制装配桥墩及施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于装配式桥梁结构应用技术领域,主要涉及一种采用互锁式交错U筋连接的预制装配桥墩及施工方法。

背景技术

[0002] 装配式桥梁结构具有施工周期短、质量稳定、环境污染小、节约资源等优点,符合“绿色、低和可持续发展 ”的理念,对推动城市建筑与基础设施工业化建设、减少污染物废弃物排放有重要意义,是我国桥梁工程建设发展的趋势。
[0003] 目前桥梁工程上部结构的预制装配技术已经较为成熟,随着装配式技术的发展,桥梁下部结构的预制拼装技术的研究被广泛关注。预制拼装构件采用工厂化预制生产,现场吊装拼接,其连接方式对其结构传和抗震性能有重要影响,如何保证连接区的可靠性和耐久性是目前亟待解决的问题。目前,常见的连接方式有灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接、承插式连接、插槽式连接和现浇湿接缝连接等。灌浆套筒连接、灌浆波纹管连接和承插式连接具有与现浇构件相近的受力性能和抗震性能,且现场湿作业少,但是这类连接形式较为复杂,精度要求高,施工难度较大,施工效率较低。插槽式连接对施工精度要求相对低,但现场湿作业较多,快速施工的优势较其余连接类型有较大的差距。现浇湿接缝连接依然需要在接头处对纵向筋进行连接(机械链接、焊接和绑扎搭接)、之后施工现场搭设模板、浇筑混凝土并完成后续养护工作,现场施工作业量较大,较其他连接技术施工工期较长,对后续工程进程影响较大。
[0004] 为加快基础设施建设的速度,减小环境污染,推动装配式桥梁结构新技术新材料的发展,解决当前预制装配桥墩存在连接区过长、施工公差精度高、预制装配结构的质量和施工效率都不能得到保证等问题,亟需一种适用于短连接区、快速施工的节点连接构造。

发明内容

[0005] 为解决预制装配式桥墩存在连接区过长、施工公差精度要求较高等问题,本发明提出一种采用互锁式交错U筋连接的预制装配桥墩及施工方法。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案予以解决:
[0007] 一方面,本发明提供一种互锁式交错U型筋连接结构,包括一组U型筋,所述一组U型筋的端部对向交错布置;
[0008] 在所述一组U型筋的交错重叠空间内至少有2对附加筋穿过,附加筋均垂直于所穿过的每个U型筋所在的平面;如果是2对附加筋,则穿过所述交错重叠空间的四个上,如果大于2对,则其余的附加筋穿过交错重叠空间的中部;
[0009] 在所述两个U型筋的整体的外部设置有外层箍筋。
[0010] 第二方面,本发明提供一种互锁式交错U型筋连接的预制装配桥墩,包括基础承台和墩柱节段,墩柱节段包括沿周向均匀分布的多个互锁式交错结构,所述互锁式交错结构包括多个上纵筋和一个下纵筋,其中,每个所述上纵筋的两端均为U型筋,所述下纵筋的上半部为U型筋且下半部为平筋,下纵筋的上部的底端以及水平筋均位于基础承台内;相邻两个上纵筋的相靠近的两个U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;位于最下方的上纵筋的下端的U型筋与下纵筋的U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;所有位于同一高度上呈周向分布的成对交错布置的U型筋共同围成一个箍筋加密区,每个所述箍筋加密区中,成对的U型筋重叠部分的高度区间为交错区;
[0011] 每个所述箍筋加密区的交错区上设有至少2对圆形附加筋,所述圆形附加筋包括圆形附加内箍筋和圆形附加外箍筋,两者为同心圆,且它们均垂直于所穿过的每个U型筋所在的竖向平面;每个所述交错区内的所述2对圆形附加筋穿过每相邻两个叠加的U型筋的重叠空间的四个角上;圆形附加筋与U型筋的重叠空间形成圈梁式骨架;
[0012] 在每个所述箍筋加密区上交错区之外的区域内,沿竖向均匀分布有多个大小相同的圆形附加内箍筋,每个所述箍筋加密区上的所有圆形附加内箍筋与所有U型筋内侧边共同围成一个芯柱骨架;所述的圈梁式骨架与芯柱骨架上与其相同高度的部分共同组成连接区;在所有所述互锁式交错结构的整体外部沿竖向设有多个外层箍筋或设有一螺旋式箍筋;桥墩的截面形式并不局限于圆形;
[0013] 在所述芯柱中下部骨架内以及所述连接区向上下分别延伸一定余量高度后的区域共同作为后浇区,后浇区内浇筑有高强高韧性混凝土,墩柱节段的其余部分浇筑有混凝土。
[0014] 进一步的,还包括第3对圆形附加筋,它们穿过对应的重叠空间的中部。
[0015] 第三方面,本发明提供一种互锁式交错U型筋连接预制装配桥墩的施工方法,包括如下步骤:
[0016] S1.预制装配桥墩钢筋笼制作与安装,在工厂预制装配桥墩的基础承台和墩柱节段完成钢筋笼绑扎,基础承台和墩柱节段沿周向分布多个U型纵筋,内外设多个附加箍筋。
[0017] S2.预制构件支设模板,附加内箍筋内部预留空腔,于桥墩节段与基础承台内浇筑混凝土。
[0018] S3. 浇筑高强高韧性混凝土于桥墩节段内部空腔,形成芯柱节段。
[0019] S4.吊装桥墩节段,并采用临时支撑固定,确定连接区高度,使上下U型筋交错布置,其中U型筋交错区为连接区。
[0020] S5. 绑扎连接区钢筋,包括至少2对圆形附加内外箍筋,形成圈梁式骨架,在交错区整体外部沿竖向设有多个外层箍筋。
[0021] S6.后浇区支设模板,浇筑高强高韧性混凝土于芯柱中下部区域和连接区向上下延伸部分,共同形成后浇区。
[0022] S7.安装多个桥墩节段,使上下U型筋交错布置,其他步骤与前述相同。
[0023] 需要说明的是,每个连接区的芯柱分两阶段浇筑高强高韧性混凝土。芯柱顶段为上墩柱节段的下空腔,于预制构件阶段即S2步骤时浇筑;芯柱中下段于装配阶段即S6步骤时与连接区一同浇筑。
[0024] 相较于现有技术,本发明具有如下有益效果:
[0025] (1)本发明中,相邻两个上纵筋的U型筋端部对向交错布置,同时最下方的上纵筋与下纵筋的U型筋端部对向交错布置,降低了施工精度要求加快施工,缩短了连接区高度,节约了成本。
[0026] (2)墩柱底部靠近基础承台的位置为桥墩的塑性铰区,传统装配式桥墩在地震作用下会在墩柱与基础连接处发生塑性破坏,本发明中,每个箍筋加密区通长布置附加内箍筋,附加内箍筋与纵筋形成芯柱骨架,后浇区通过浇筑高强高韧性混凝土在内侧形成轴压强度高、抗剪性能好的芯柱,芯柱外侧形成连接可靠的圈梁式结构,可将塑性铰区上移至节段内部,纵筋弯锚至塑性铰区上部,其锚固长度大于塑性铰长度。从而实现塑性铰区截面双排配筋设计和芯柱增强设计,提高了塑性铰区截面屈服弯矩,减少承台基础的塑性损伤,增强了塑性铰区的抗震性能,同时提升了桥墩墩柱整体的变形和耗能能力。另外,通过设置芯柱,桥墩的自复位能力得到提升,在一定程度上减轻地震等极端情况下的损伤,提高桥墩的抗震性能和安全性能。
[0027] (3)附加内外箍筋的设置能够增强桥墩的抗剪抗震性能,与墩柱节段中主筋形成相互弯锚嵌固互锁结构,减小钢筋的锚固长度和预制装配桥墩的连接区长度。
[0028] (4)墩柱节段中的上纵筋和下纵筋的U型端部交错布置,并在每个交错区上布置至少两对圆附加内箍筋和附加外箍筋,形成互锁式交错U筋结构,与传统的连接结构相比,较大的增强了连接结构的传力性能和抗震抗剪性能,达到甚至超越等同现浇。
[0029] (5)对后浇区采用高强高韧性混凝土进行浇筑,与传统结构相比钢筋混凝土的粘结锚固能力提升数倍以上,在地震作用下减少混凝土的开裂,增强了桥墩的承载能力、延性和耗能能力。附图说明
[0030] 图1为本发明的互锁式交错U筋连接预制装配桥墩立体图;
[0031] 图2为本发明的互锁式交错U筋连接预制装配桥墩配筋示意图;
[0032] 图3为图2中的箍筋加密区的放大图;
[0033] 图4为本发明的互锁式交错U筋连接预制装配桥墩的交错区水平截面图;
[0034] 图5 为本发明的互锁式交错U筋连接预制装配桥墩的U型筋交错示意图;
[0035] 图6为图3中采用高强高韧性混凝土后浇区示意图;
[0036] 图中各标号含义:1‑墩柱节段;2‑基础承台;3‑上纵筋;4‑下纵筋;5‑节段空腔;6‑附加内箍筋;7‑附加外箍筋;8‑外箍筋;9‑芯柱中部后浇区;10‑芯柱下部后浇区;11‑交错连接段后浇区

具体实施方式

[0037] 本实施例给出的互锁式交错U型筋的预制装配桥墩包括基础承台2和墩柱节段1,墩柱节段1包括沿周向均匀分布的多个互锁式交错结构,所述互锁式交错结构包括多个上纵筋3和一个下纵筋4,其中,每个所述上纵筋的两端均为U型筋,所述下纵筋4的上半部为U型筋且下半部为水平筋,下纵筋的上部的底端以及水平筋均位于基础承台内;相邻两个上纵筋的相靠近的两个U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;位于最下方的上纵筋3的下端的U型筋与下纵筋4的U型筋所在的平面均为竖直平面且它们的端部对向交错布置;所有位于同一高度上呈周向分布的成对交错布置的U型筋共同围成一个箍筋加密区,每个所述箍筋加密区中,成对的U型筋重叠部分的高度区间为交错区;
[0038] 每个所述箍筋加密区的交错区上设有至少2对圆形附加筋,所述圆形附加筋包括圆形附加内箍筋6和圆形附加外箍筋7,两者为同心圆,且它们均垂直于所穿过的每个U型筋所在的竖向平面;每个所述交错区内的所述2对圆形附加筋穿过每相邻两个叠加的U型筋的重叠空间的四个角上;优选的,还包括第3对圆形附加筋,它们穿过对应的重叠空间的中部。圆形附加筋与U型筋的重叠空间形成圈梁式骨架;
[0039] 在每个所述箍筋加密区内交错区之外的区域内,沿竖向均匀分布有多个大小相同的圆形附加内箍筋6,每个所述箍筋加密区内的所有圆形附加内箍筋6与所有U型筋内侧边共同围成一个芯柱骨架;所述的圈梁式骨架与芯柱骨架上与其相同高度的部分共同组成连接区;在所有所述互锁式交错结构的整体外部沿竖向设有多个外层箍筋8,或设有一螺旋式箍筋;桥墩的截面形式并不局限于圆形;
[0040] 在所述芯柱中下部骨架内以及所述连接区向上下分别延伸一定余量高度后的区域共同作为后浇区,后浇区内浇筑UHPC(超高性能混凝土,为高强高韧性混凝土,抗压强度≥120MPa,抗拉强度≥10 MPa,具有高应变硬化特征,极限拉应变超过3%),墩柱节段的其余部分浇筑有混凝土。
[0041] 一种互锁式交错U型筋连接预制装配桥墩的施工方法,包括如下步骤:
[0042] S1. 在工厂完成预制装配桥墩的墩柱节段1和基础承台2的制作,完成钢筋笼的绑扎。所述基础承台和墩柱节段1沿周向分布多个U型纵筋;所有U型筋的位于节段内的部分的内侧边之外上下套装多个圆形附加内箍筋6,所有U型纵筋整体外部上下套装多个外设箍筋8。
[0043] S2. 预制构件支设模板,墩柱节段1与基础承台附加内箍筋内部留置空腔5,在墩柱节段1与基础承台中浇筑混凝土;
[0044] S3. 在墩柱节段1下空腔内部浇筑UHPC,即完成在墩柱节段内部的芯柱浇筑工作。
[0045] S4. 将墩柱节段1吊装在基础承台2上,并采用临时支撑固定,将该墩柱节段上纵筋3的下端的U型筋与基础承台的下纵筋4的U型筋的端部对向交错布置,应说明的是,由于该连接结构的优异的传力效果,不限制U型筋交错间距,仅等距布置即可;周向上所有成对交错布置的U型筋共同围成一个箍筋加密区,箍筋加密区中,成对的U型筋重叠部分的高度区间为交错区。
[0046] S5. 进行连接区钢筋的绑扎,绑扎所述箍筋加密区的交错区上设有至少2对圆形附加筋,所述圆形附加筋包括圆形附加内箍筋6和圆形附加外箍筋7,所述交错区内的所述2对圆形附加筋穿过每两个叠加的U型筋的重叠空间的四个角上,绑扎形成圈梁式骨架;
[0047] 绑扎所述箍筋加密区上的所有圆形附加内箍筋6与所有U型筋内侧边共同围成的芯柱骨架的中部区域;在交错区整体外部沿竖向设有多个外层箍筋8。
[0048] S6. 后浇区支设模板,在所述芯柱骨架内中下部区域以及所述连接区向上下分别延伸一定余量高度后的区域共同作为后浇区,向后浇区内浇筑高强高韧性混凝土。
[0049] S7. 当将一个墩柱节段安装在另一个墩柱节段上时,将位于上方的墩柱节段上纵筋的下端的U型筋与位于下方的墩柱节段的上纵筋上端的U型筋的端部对向交错布置,其余施工方式与上述步骤相同。
[0050] 需要说明的是,每个连接区的芯柱分两阶段浇筑高强高韧性混凝土。芯柱顶段为上墩柱节段的下空腔5,于预制构件阶段即S2步骤时浇筑;芯柱中下段于装配阶段即S6步骤时与连接区一同浇筑。
[0051] 需要说明的是,以上权利要求书中所描述的各项具体技术特征、实施例以及实施方式仅为本发明的最佳实施例。本发明并不局限于上述具体实施方式,在技术领域的普通技术人员可以根据不同的实际工程情况进行优化选择,凡是依据本发明技术原理与方法、未脱离本发明技术方案内容,对上述实施例进行的任何改进与变化,也应视为本发明的保护范围。
[0052] 本发明的方法及得到的预置装配桥墩具有如下突出的优点:
[0053] (1)相邻两个上纵筋的U型筋端部对向交错布置,同时最下方的上纵筋与下纵筋的U型筋端部对向交错布置,降低了施工精度要求加快施工,缩短了连接区高度,节约了成本。
[0054] (2)墩柱底部靠近基础承台的位置为桥墩的塑性铰区,传统装配式桥墩会在墩柱与基础连接处发生塑性破坏,本实施例中,每个箍筋加密区通长布置附加内箍筋,附加内箍筋与纵筋形成芯柱骨架,后浇区通过浇筑UHPC在内侧形成轴压强度高、抗剪性能好的芯柱,芯柱外侧形成连接可靠的圈梁式结构,可将塑性铰区上移至节段内部,纵筋弯锚至塑性铰区上部,其锚固长度大于塑性铰长度,从而实现塑性铰区截面双排配筋设计和芯柱增强设计,提高了塑性铰区截面屈服弯矩,减少承台基础的塑性损伤,增强了塑性铰区的抗震性能,同时提升了桥墩墩柱整体的变形和耗能能力。另外,通过设置芯柱,桥墩的自复位能力得到提升,在一定程度上减轻地震等极端情况下的损伤,提高桥墩的抗震性能和安全性能。
[0055] (3)圆形附加筋的设置能够增强桥墩的抗剪抗震性能,与墩柱节段中主筋形成相互弯锚嵌固互锁结构,减小钢筋的锚固长度和预制装配桥墩的连接区长度。
[0056] (4)墩柱节段中的上纵筋和下纵筋的U型端部交错布置,并在每个交错区上布置至少两对圆形附加内箍筋和圆形附加外箍筋,形成互锁式交错U筋结构,与传统的连接结构相比,较大的增强了连接结构的传力性能和抗震抗剪性能,达到甚至超越等同现浇。
[0057] (5)对后浇区采用高强高韧性混凝土进行浇筑,与传统结构相比钢筋混凝土的粘结锚固能力提升数倍以上,在地震作用下减少混凝土的开裂,增强了桥墩的承载能力、延性和耗能能力。
QQ群二维码
意见反馈