橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法
2023-05-03 10:03:31 1
橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法
【專利摘要】一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法，該橋墩包括橫向抗剪墩底節段、多個橫向抗剪墩身節段和橫向抗剪墩頂節段，所述橫向抗剪墩底節段、多個橫向抗剪墩身節段和橫向抗剪墩頂節段間均通過咬合接面和抗剪插銷連接，還包括通過預留孔道貫穿並錨固於所述橫向抗剪墩底節段、多個橫向抗剪墩身節段和橫向抗剪墩頂節段的多個自復位組件；本發明還提供了上述橋墩的安裝方法；本發明所述自復位橋墩構造簡潔，所用構件取材方便；本發明所述自復位橋墩的施工方法簡單易行，安全可靠，解決了節段式混凝土橋墩的實際應用難題。
【專利說明】橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橋梁工程以及結構工程領域，具體涉及一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟社會的高速發展，特別是公路和鐵路交通的迅猛發展，橋梁結構的設計方案面臨著更高的要求，其中橋墩的力學性能和施工便利性尤為重要。
[0003]常規基於延性設計的混凝土橋墩著眼於確保遭遇極端荷載情形下的橋梁安全，其力學性能優異，延性變形能力強，得到了廣泛的應用。然而在實際工程中，整體設計的混凝土橋墩難以避免以下不足:(a)混凝土的一次澆築量較大，澆築質量難以保證，且泵送混凝土能力要求高；(b)整體式橋墩一旦嚴重損傷破壞，通常需要全橋墩拆除修復，帶來巨大的經濟負擔；(C)施工周期長，施工過程現澆所需的模板支撐系統存在較大的安全隱患。
[0004]節段裝配技術具有良好的經濟性和施工便利性，可以推廣到混凝土橋墩。節段式混凝土橋墩的應用前景得益於其以下突出的優點:(a)節段式混凝土橋墩的構件能夠在預製工廠加工完成，縮短工程周期和施工可能帶來的交通中斷，節約社會經濟成本，為現代高速發展和繁忙運輸的交通體系提供有效的解決方案；(b)節段式混凝土橋墩在配備後張拉預應力鋼筋後能夠具備有效的自復位能力，在強震中實現受約束的搖擺機制，將震後殘餘變形控制在可接受的範圍之內，進而提高全生命周期的抗震性能；(C)節段式混凝土橋墩能夠較好地滿足質量控制和耐久性要求，在預製工廠中可有效調控構件澆築環境，避免了現場澆築，特別是跨海、跨江大橋的惡劣環境帶來的影響；(d)節段式混凝土橋墩對施工安全和生態環境的負面影響較小，現場工作量的降低將縮短現場工期，模板支撐架使用數量的減少將降低生命財產安全的潛在危險。
[0005]節段拼裝技術釋放了橋墩和承臺之間的固接約束，為形成有限搖擺下的自復位機制提供了必要條件，為新型自復位橋墩體系的發展奠定了基礎。然而，簡單的對混凝土橋墩進行節段拼裝會引入新的技術問題，例如:橋墩節段之間缺乏有效的抗剪機制以抵抗剪力，橋墩的側向剛度因節段間接縫的存在而明顯削弱等。目前，對於以上問題缺乏成熟的解決方案，在一定程度上制約了節段拼裝橋墩在工程應用中的推廣。
[0006]設置有咬合接面的裝配式節段自復位橋墩能有效克服上述問題，形成安全可靠的橋墩整體，為工程設計應用提供性能優良，施工便利，經濟合理的方案。咬合接面在節段接縫處形成了可靠的橫向抗剪機制，保障了節段間有效的剪力傳遞；同時自復位組件為橋墩充足的初始側向剛度和強震作用後的自復位機制提供了有力保障，進而提高其全生命周期的力學性能，是一種合理可行的節段式混凝土橋墩方案，是對混凝土橋墩技術體系的發展和完善。
【發明內容】
[0007]為了解決上述現有技術存在的問題，本發明的目的在於提供一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法，解決了現有節段式混凝土橋墩技術中缺乏合理抗剪連接組件的問題；同時通過附加預應力自復位組件，實現橋墩的震後自恢復能力；本發明自復位橋墩構造簡潔，性能可靠，為節段式混凝土橋墩的廣泛應用奠定了技術基礎；本發明施工方法便捷可行，經濟實用。
[0008]為達到以上目的，本發明採用如下技術方案:
[0009]一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，包括橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3，所述橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3間均通過咬合接面4和抗剪插銷5連接，還包括通過預留孔道貫穿並錨固於所述橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3的多個自復位組件6。
[0010]所述咬合接面4為倒梯形。
[0011]所述抗剪插銷5連接於相鄰節段的接縫處。
[0012]所述抗剪插銷5在相鄰節段的接縫處間隔設置多個。
[0013]所述自復位組件6採用後張拉無粘結預應力鋼筋、高強拉杆或FRP拉筋。
[0014]上述所述的橫向抗剪的節段式自復位橋墩的施工方法，包括如下步驟:
[0015]步驟1:採用工廠預製或現場預製製備橫向抗剪墩底節段(I)、橫向抗剪墩身節段
(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)；
[0016]步驟2:在基座(8)上預留的與橫向抗剪墩底節段(I)、橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)相對應的孔中設置抗剪插銷(5)，並將自復位組件(6)穿入基座(8)上預留孔洞，自復位組件(6)的長度要保證在橫向抗剪墩頂節段(3)頂端留有預設長度，對自復位組件(6)進行錨固；
[0017]步驟3:將橫向抗剪墩底節段(I)沿已定位的自復位組件(6)吊裝到位，然後逐段安裝橫向抗剪墩身節段(2)，每一節段安裝完畢後設置抗剪插銷(5)，直至安裝完所有橫向抗剪墩身節段(2)；
[0018]步驟4:安裝橫向抗剪墩頂節段(3)，並在橫向抗剪墩頂節段(3)頂部對自復位組件(6 )進行後張拉錨固施加預應力，完成裝配施工。
[0019]本發明所提供的橫向抗剪的節段式自復位橋墩中，橫向抗剪墩底節段1、橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3三類墩柱組件採用預製拼裝的方法形成墩柱整體。橫向抗剪墩底節段1、橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3均具有倒梯形構型，可用於有效嵌合相鄰的節段，在提供可靠的剪力傳遞機制的同時，允許橋墩節段沿著橋墩墩身軸線方向發生一定的張合，形成節段接縫開合機制，為其自復位性能提供必要的條件。
[0020]本發明所提供的橫向抗剪的節段式自復位橋墩中，咬合接面4用於有效嵌合相鄰混凝土節段，在提供橫向剪力傳遞的同時，允許橋墩節段沿墩身軸線方向發生一定的張合，形成節段接縫之間的開合機制；抗剪插銷5在節段接縫間縱向連續布置，形成對咬合接面4的有效補充，當側向荷載較大時能夠提供有效的剪力傳遞，避免剪切錯位，以便安全可靠地形成橋墩整體。自復位組件6 —般由一系列無粘結後張拉預應力筋組成，在橫向抗剪墩底節段1、橫向抗剪墩身節段2以及橫向抗剪墩頂節段3拼裝完成後，通過在橫向抗剪墩頂節段3頂部和承臺底部施加錨固，施加合適的預應力，以實現橋墩的自復位性能；通過在墩頂節段和承臺之間後張拉無粘結預應力筋，基於節段之間的開合機制，可形成橋墩的自復位性能。一方面，後張拉預應力能夠可控地對橋墩施加合適量級的預應力，為橋墩日常使用狀態的安全性和舒適性提供保障；另一方面，無粘結的處理技術可以使得預應力筋和其他墩身構件保持較為明顯在應變差，從而在強震作用下全過程保持彈性，避免塑性殘餘變形，有效實現節段式橋墩的自復位功能。
[0021]本發明所提供的橫向抗剪的節段式自復位橋墩中，與整體式混凝土橋墩相比其優勢在於:混凝土節段不需要考慮在基礎中的錨固深度，而是作為一個現場施工的元件，能夠逐節段施工，高效靈活方便；對施工場地要求較低，施工難度較小，不需要大量的模板支撐架體系，能夠減小施工安全隱患。通過沿橋墩墩身軸線連續布置抗剪插銷5，保障了節段式橋墩在可能發生剪切錯位的危險時的整體安全，作為咬合接面抗剪機制的補充，形成節段式橋墩橫向抗剪的「雙保險」。
[0022]本發明相對於現有技術具有以下有益效果:
[0023](I)通過咬合接面橫向抗剪節段實現了節段式混凝土橋墩的應用方案。咬合接面橫向抗剪節段能夠保證混凝土節段有效傳遞剪力，有效控制變形，同時節段接縫處又能夠保持有限開合變形的特徵，為自復位性能的引入提供了基礎。
[0024](2)抗剪插銷5能夠有效地形成橋墩節段之間的輔助抗剪機制，作為咬合接面橫向抗剪的補充，避免了節段式橋墩的剪切錯動，限制變形的過度增大。
[0025](3)自復位組件6可有效提升節段式混凝土橋墩的全生命周期力學性能，不僅能在日常使用條件下提高橋墩的側向剛度，同時能夠在強震等極端荷載作用後提供恢復力，減小塑性殘餘變形，大大改善橋墩的震後力學性能和可修繕性。
[0026](4)本發明中所有構件的取材方便，構造簡潔，生產方式基本可採用工廠預製加工，自復位組件6的現場施工方法也簡單易行，可操作性強。
[0027](5)本發明解決了節段式混凝土橋墩的實際應用難題，相比現有的技術方案並不增加施工難度和工序，提供了可靠安全的施工方法和技術方案，施工靈活快速方便，實用性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為採用橫向抗剪的節段式自復位橋墩的整體結構示意圖。
[0029]圖2為橫向抗剪墩頂節段示意圖。
[0030]圖3為橫向抗剪墩頂節段俯視圖。
[0031]圖4為橫向抗剪墩身節段示意圖。
[0032]圖5為橫向抗剪墩身節段和墩底節段的截面示意圖。
[0033]圖6為橫向抗剪墩底節段示意圖。
[0034]圖7為本發明施工方法流程圖。
【具體實施方式】
[0035]以下結合附圖及具體實施例，對本發明作進一步的詳細描述。
[0036]如圖1所示，本發明一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，包括安裝在基座8上的橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3，所述橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3間均通過咬合接面4相互嵌合，採用預製拼裝的方法形成墩柱整體。抗剪插銷5在節段之間連續布置，配合咬合接面4實現剪力的有效傳遞。還包括通過預留孔道貫穿並錨固於所述橫向抗剪墩底節段1、多個橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3的多個自復位組件6，自復位組件6通過錨固施加合適的預應力，可為節段式橋墩提供自復位能力，在節段預製時需預留相應孔洞。本實施例咬合接面4為倒梯形。
[0037]作為本發明的優選實施方式，所述自復位組件6採用後張拉無粘結預應力鋼筋、高強拉杆或FRP拉筋。
[0038]如圖2、圖3所示，橫向抗剪墩頂節段3頂部需要在拼裝完成後，通過錨具後張拉無粘結預應力筋，作為橋墩的自復位組件，自復位組件沿橋墩接面周邊均布；同時墩頂節段需安裝橋墩和上部結構之間的連接支座。
[0039]橫向抗剪墩身節段2和橫向抗剪墩頂節段3的示意圖分別如圖4和圖6所示，相鄰節段通過倒梯形的咬合接面彼此嵌合，形成有效的橫向傳力機制；橫向抗剪墩身節段和墩底節段的截面示意圖如圖5所示，抗剪插銷5在接面的中部和兩側分別布置，可避免節段間的剪切錯位，在節段預製時需預留相應孔洞。
[0040]如圖7所示，本發明橫向抗剪的節段式自復位橋墩的施工方法，包括如下步驟:(a)採用預製工廠預製節段，現場逐節段裝配的方式施工，基座照規範進行設計配筋，同時預留抗剪插銷5和自復位組件6所需孔洞並與預製節段的相應孔洞對齊；(b)將自復位組件6穿過預留孔洞，並在承臺底部對其進行有效錨固；(C)將橫向抗剪墩底節段I沿已定位的自復位組件6吊裝到位，逐段拼裝橫向抗剪墩身節段2，每一節段安裝完畢後設置抗剪插銷5，直至安裝完所有橫向抗剪墩身節段2，然後安裝橫向抗剪墩頂節段3 ;(d)在橫向抗剪墩頂節段3頂部對自復位組件6進行後張拉錨固施加預應力，然後安裝合適的支座即可。
[0041]本發明提供的橫向抗剪的節段式自復位橋墩及其施工方法，可切實應用於公路和鐵路的橋梁建設項目中，發揮其施工便利性和震後可修復性的突出優勢。咬合接面橫向抗剪節段配合抗剪插銷能夠有效傳遞橫向剪力，避免了節段式橋墩的剪切錯動，限制變形的過度增大；同時又能夠保持節段間的有限開合機制，通過引入自復位組件提升節段式混凝土橋墩的力學性能。本發明不僅能在日常使用條件下提高橋墩的側向剛度，同時能夠在強震等極端荷載作用後提供自恢復力，減小塑性殘餘變形，有效改善橋墩的震後可修復性。本發明解決了節段式混凝土橋墩的實際應用難題，相比現有的技術方案並不增加施工難度和工序，所用構件的取材方便，構造簡單，基本可採用工廠預製加工，為節段式混凝土橋墩的實際應用提供了安全可靠的施工方法和技術方案。
【權利要求】
1.一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，包括橫向抗剪墩底節段(I)、多個橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)，其特徵在於:所述橫向抗剪墩底節段(I)、多個橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)間均通過咬合接面(4)和抗剪插銷(5)連接，還包括通過預留孔道貫穿並錨固於所述橫向抗剪墩底節段(I)、多個橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)的多個自復位組件(6)。
2.根據權利要求1所述的一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，其特徵在於:所述咬合接面(4)為倒梯形。
3.根據權利要求1所述的一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，其特徵在於:所述抗剪插銷(5)連接於相鄰節段的接縫處。
4.根據權利要求3所述的一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，其特徵在於:所述抗剪插銷(5)在相鄰節段的接縫處間隔設置多個。
5.根據權利要求1所述的一種橫向抗剪的節段式自復位橋墩，其特徵在於:所述自復位組件(6)採用後張拉無粘結預應力鋼筋、高強拉杆或FRP拉筋。
6.權利要求1至5任一項所述的橫向抗剪的節段式自復位橋墩的施工方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟1:採用工廠預製或現場預製製備橫向抗剪墩底節段(I)、橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3); 步驟2:在基座(8)上預留的與橫向抗剪墩底節段(I)、橫向抗剪墩身節段(2)和橫向抗剪墩頂節段(3)相對應的孔中設置抗剪插銷(5)，並將自復位組件(6)穿入基座(8)上預留孔洞，自復位組件(6)的長度要保證在橫向抗剪墩頂節段(3)頂端留有預設長度，對自復位組件(6)進行錨固； 步驟3:將橫向抗剪墩底節段(I)沿已定位的自復位組件(6)吊裝到位，然後逐段安裝橫向抗剪墩身節段(2)，每一節段安裝完畢後設置抗剪插銷(5)，直至安裝完所有橫向抗剪墩身節段(2); 步驟4:安裝橫向抗剪墩頂節段(3 )，並在橫向抗剪墩頂節段(3 )頂部對自復位組件(6 )進行後張拉錨固施加預應力，完成裝配施工。
【文檔編號】E01D21/00GK103590324SQ201310522820
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月29日 優先權日:2013年10月29日
【發明者】何銘華, 劉暉, 石永久, 郭佳 申請人:清華大學