预制拼装桥墩连接构造综述

预制拼装桥墩连接构造综述

万孝

重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074

摘要：为了加快桥梁全预制装配进程的发展，桥梁下部结构的预制拼装技术近些年得到了较大的发展。预制拼装桥墩接缝处的构造形式往往是影响桥墩耐久性和承载力等抗震性能的最主要因素，本文主要对节段接缝处的连接构造形式做了一定的概述和总结。

关键词：预制拼装桥墩；抗震性能；接缝构造形式

0 前言

为了实现桥梁的快速建设，预制装配技术得到了较大的发展，目前预制装配式技术应用于桥梁上部结构已日趋成熟，极大的加快了现场施工进度，缩短了建设周期。桥墩作为桥梁结构最主要的竖向承重构件，对桥梁的安全起到了至关重要的作用，然而桥梁的快速建设不仅包括上部结构的快速建造，还应包括下部结构的快速建造；因此，桥墩采用装配式技术就可以更快实现桥梁的建设进度。

拼装桥墩的抗震性能在很大程度上取决于接缝的连接构造形式，一方面要满足构造形式在施工上的便捷性，另一方面还要满足抗震性能的要求。目前国内外许多科研工作者对拼装桥墩接缝构造形式提出了许多想法，采用了有限元模拟或者试验验证的方式对其构造形式的抗震性能进行研究。本文针对拼装桥墩的接缝连接构造形式，对其构造类型进行概况和总结。

1 单节段预制拼装桥墩连接构造类型

所谓单节段拼装桥墩，指的是桥墩墩身在纵向由一个整体节段构成，盖梁、墩柱和承台分别预制成型。

1. 1. 灌浆套筒连接

目前灌浆套筒连接构造形式在实际工程中已经有一定程度的运用，可运用于墩柱与承台、墩柱与盖梁接缝位置。主要由预留带肋钢筋、钢制套筒和灌注泥浆料组成，在实际施工过程中，预留带肋钢筋插入预埋在墩柱构件中钢制套筒内，而后通过预留的泥浆注浆孔和出浆孔，往钢制套筒内注入满足设计要求的泥浆材料。该构造的力学传递路径主要通过黏结摩擦传力，即墩柱在水平地震作用下纵向钢筋受拉时，拉力通过钢筋与灌浆料之间的黏结作用传递给钢制套筒本身，最后再传递到下部承台。其中预留钢筋带肋和钢制套管内壁凹凸性可以有助于加强连接部位的钢筋与套筒之间的约束力，使灌浆套筒连接构造形式接近于现浇式。

1. 2. 承插式连接

这种连接构造方式通过预制的墩柱与承台上预留的设计墩柱槽口进行拼合，接口缝隙处填筑满足设计要求的填缝料，填缝料一般为超高性能混凝土（UHPC）或者钢纤维混凝土等。另外为了增加桥墩的整体性、抗侧承载力和抗拔性能，墩柱与承台槽口处往往做成带各种形状的齿键型构造。齿键型构造能在一定程度上降低墩柱插入承台的深度，墩柱承插的深度在一定程度上影响桥墩的抗震性能，根据相关研究可知，该承插的深度一般为墩柱截面尺寸的0.7至1倍，该构造形式的桥墩破坏形式与现浇桥墩类似，这种连接方式提高了施工进度，但试件的耗能能力和延性性能较差。

1. 3. 湿接缝连接

传统的湿接缝连接即是预制墩柱预留出纵向受力主筋，承台也预留出相应的受力主筋，纵向钢筋通过焊接、机械套筒连接或者其他搭接方式连接成整体，而后经过后续箍筋的绑扎再支模浇筑搭接处外露的钢筋骨架，浇筑的混凝土材料可以是普通的混凝土的，也可以是UHPC等其他高性能材料，这种湿接缝最接近传统现浇桥墩。

1. 4. 预应力带耗能钢筋自复位连接

在这种构造形式中，预制墩柱的内部钢筋骨架与混凝土整浇为一体，钢筋不外露。根据设计要求在墩柱横截面上预留贯穿预应力钢绞线的孔道，孔道的位置根据截面大小和设计要求，一般采用截面中心布置和沿截面四周布置。这种构造类型的受力特征是，墩柱在地震作用下往复摇摆，形成摇摆结构。在桥墩自身重力和预应力钢绞线张拉力的作用下实现复位效果，这种在墩底接缝处不设置耗能装置的构造形式，残余位移来源于底部节段混凝土损伤和内部钢筋的屈服，但是，这种构造形式耗能能力太差，于是相关研究学者提出在墩柱与承台接缝处设置耗能钢筋的方式以提高这种构造形式桥墩的耗能能力，在满足残余位移较小的情况下，耗能能力也能提高。

1. 5. 外置带耗能阻尼器连接

在地震作用下，内置于混凝土内的耗能钢筋通过屈服耗能，其内置的缺点是不易观测和更换，于是有许多学者提出了把内置的耗能装置移植到混凝土外面，以便于震后的观测和更换。外置的耗能装置主要包括有耗能铝棒、耗能角钢、各种构造类型的耗能钢筋和钢板，通过特殊的构造形式和施加一定的预应力钢筋，把桥墩连接成一个受力整体。这种构造形式在是基于摇摆桥墩的基础上，在满足减少残余位移，提高耗能能力的情况下，实现耗能装置的可观测与可更换性。

2 多节段预制拼装桥墩连接构造类型

相比较于单节段预制拼装桥墩而言，多节段预制目的是为了减轻机械承载负担，降低机械吨位和重量，方便交通运输和现场安装施工。单节段预制拼装桥墩的接缝主要在墩身与承台接缝处，而多节段则还涉及到节段之间的连接构造。

2.1 干接缝连接

墩身由多个小节段拼装连接，在纵向由预应力钢筋串联起来。承台与底部节段接缝以及节段之间的接缝均为干接缝，这种构造类型的自复位效果极好，残余位移几乎为零，但滞回曲线的包络面积很小，耗能能力很差。

2.2 榫卯连接

多节段拼装桥墩在水平地震作用下，节段接触面易发生相对滑动，降低桥墩的抗震性能。榫卯连接构造可以提高节段之间的抗剪承载力，降低相对滑动，榫卯的构造形式多样，材质主要有钢榫卯，钢筋混凝土榫卯等。

2.3 钢管螺栓连接

钢管混凝土的承载力能力高，用钢管约束核心混凝土形成钢管混凝土节段，通过预应力钢筋串联起来，节段接缝处采用外置钢套管包裹接缝，内置的预埋件与外套钢管通过高强度的螺栓可靠连接，这种构造形式抗侧承载力高，耗能能力较好，且具有一定的自复位效果。

2.4 法兰连接

节段之间通过法兰盘和高强度螺栓连接。主要分为外伸式和内嵌式两种方式，外伸式法兰盘的截面尺寸大于墩柱截面尺寸，法兰盘作为预埋件的形式分别与上下节段柱的受力主筋连接，法兰盘之间则通过高强度螺栓连接起来，这种接缝处的构造形式容易导致截面突变，影响构件外观形象；内嵌式法兰盘为了避免外伸式的缺点，采用与节段墩柱同截面尺寸，最后通过内嵌式螺栓连接成整体。

3 结语

预制拼装技术是未来建设发展的大方向，针对桥梁体系中最主要的下部承重结构，桥墩预制拼装能更快实现快速建设。桥墩预制拼装最主要需要解决的是接缝处的可靠性，而接缝处的构造形式往往决定着桥墩整体的受力状态和抗震性能。基于这个出发点，本文对常用的接缝构造形式进行了梳理，但却不仅限于此。因为单节段和多节段的接缝构造形式可以相互借鉴和配合，从而导致接缝处的构造形式多种多样，在此就不一一展开。目前，对节段拼装桥墩接缝连接构造的研究仍然需要进行探索，以期加快全预制装配式桥梁的建设进程。

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作者简介：万孝（1994-），男，汉族，重庆人，重庆交通大学硕士研究生，研究方向：结构工程