基于灌浆套筒式的装配式钢筋混凝土桥墩施工技术及应用研究

装配式混凝土桥墩能大大减少施工工期,提高施工质量。在桥墩预制过程中经常需要将其分成若干节块,目前不同节块间钢筋常用灌浆套筒连接在一起。从接头连接机理角度对灌浆套筒进行分类,并用实验的方法分析了全灌浆钢筋套筒在受拉时应力变化,针对实验结果提出了灌浆套筒施工质量控制措施,并以南宁市绕城高速某高架桥为例验证了该质量控制措施的高效性。     

采用新型连接套筒安装预制构件的工艺研究

在保障现状繁忙交通通行的建设条件下,体量庞大的大跨度门式桥墩盖梁的快速、精准预制装配成为预制装配设计和建造的难点。采用新型集束钢筋连接套筒施工工艺,即通过边墩侧采用常规灌浆套筒,中墩侧采用新型多点集束钢筋预应力连接,实现复杂现场条件下相距甚远的预制立柱与整体预制门墩盖梁顺利精准对接。     

承插式预制拼装桥墩抗震性能研究综述

承插式连接构造是预制桥墩与承台之间的一种拼接方式,与灌浆套筒和灌浆波纹管等以钢筋为对接单元的拼接构造相比施工精度要求较低,与现浇湿接缝,预应力节段干接等构造相比现场作业少,是桥梁下部结构预制拼装的一种有力竞争方案。现从试验研究、理论研究和工程应用三个方面对承插式构造抗震性能研究进行综述,以促进该技术在国内预制拼装桥墩建设中的应用。     

桥墩预制装配连接技术特点与应用

桥墩预制装配技术得到越来越广泛的应用,而预制构件之间的连接是该技术的关键之一。常用的的连接方式有现浇湿接头、灌浆套筒、金属波纹管、承插式、插槽式、UHPC等。现浇接头性能最接近整体现浇结构,然而施工效率不高;灌浆套筒安装方便,可是预制精度和连接质量控制的要求高;金属波纹管经济实用,适用于墩柱与盖梁的连接;承插式整体性好,施工精度要求相对不高;UHPC连接则具有构造简单、施工方便快捷的特点。在实际应用中结合工程建设条件、桥墩结构型式、不同的连接部位,因地制宜地选择,并且不断改进既有的连接技术、研发新的连接技术,满足不断发展的桥梁预制装配技术的需要。     

预制桥墩灌浆套筒连接单向拉拔承载力试验研究

为保障预制桥墩用全灌浆套筒连接极限承载力,提升其施工质量,对灌浆套筒连接进行单向拉拔承载力研究。总结分析相关规范中全灌浆套筒连接的材料性能、设计要求和施工技术等方面相关规定;进行10组足尺全灌浆套筒连接单向拉拔试验和19组有限元实体模型分析,研究钢筋锚固长度、直径、轴向偏位及灌浆料强度等因素对其极限承载力的影响,并提出施工质量控制指标和措施。结果表明：相关规范对灌浆料强度、钢筋锚固长度等指标的标准值规定存在一定差异;钢筋轴向偏位及安装偏斜对全灌浆套筒连接拉拔承载力影响可忽略,且应保证灌浆套筒连接中钢筋与灌浆料具有足够多的接触面积;当灌浆料强度不低于60、80、100 MPa时,其钢筋锚固长度应分别不低于10d、8d和6d(d为钢筋公称直径),钢筋直径应符合灌浆套筒连接规定的规格要求或小于1个级别,且钢筋轴向偏位不应大于3 mm。     

预制装配桥墩塑性铰区的抗震性能研究

采用基于修正压力场模型和扰动应力场模型的钢筋混凝土结构理论,建立预制装配桥墩塑性铰区节点区域的局部数值模型。采用OpenSEES软件将该局部数值模型的滞回性能和捏缩特性导入整体模型中,进行预制装配桥墩的拟静力数值模拟和动力分析,对比分析现浇钢筋混凝土桥墩和预制装配桥墩在塑性铰区的抗震性能的差异。分析结果表明,采用灌浆套筒连接的预制装配桥墩在墩底塑性铰区的抗震性能与常规现浇结构相当,通过自定义材料很好地模拟了桥墩连接区域的力学特点,同时也有效地提高了计算精度。     

预制拼装桥墩接头型式现状及探索

近年来,桥墩预制拼装蓬勃兴起,在市政桥梁中,预制桥墩接头多采用灌浆套筒,但灌浆密实度无可靠的工地检测方法,从可检性上讲存在安全隐患。在吸收跨海大桥、市政高架桥梁桥墩常用接头型式优点的基础上,提出了直螺纹套筒或者锥套锁紧钢筋接头+少量现浇混凝土的湿接缝型式。该种接缝型式安全、可靠、经济、快捷,可为工程设计、施工提供借鉴。     

预制拼装联接件形式对桥墩抗震性能的影响

为研究采用灌浆套筒和灌浆金属波纹管2种联接件形式预制拼装混凝土立柱的抗震性能,初步验证上海市新建嘉闵北城市高架桥梁工程预制拼装桥墩的设计合理性,以2根采用不同联接件形式的预制立柱试件为研究对象,1根现浇试件作为对比,进行拟静力试验研究。3根试件的剪跨比相同,缩尺比均为1∶3。试验中水平向荷载采用单轴低周往复加载,荷载以位移控制的形式分级施加。每个荷载等级包括3个循环,各试件在相同的恒定轴向压力作用下水平循环加载直至破坏。通过定性试验观察和定量数据分析,比较了2类拼接构造下预制混凝土桥墩的破坏形态、损伤部位,并从滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性、耗能、残余变形等方面描述了试件的抗震性能。结果表明:联接构造设置于承台内的灌浆套筒联接和灌浆金属波纹管联接的预制拼装桥墩在破坏时损伤均集中在立柱与承台接缝处;波纹管联接构造的位移延性较好,等效阻尼比略高,套筒联接构造的残余变形较小,等效刚度较大;2种新型预制拼装桥墩的各项性能参数与现浇试件大体相近,均可满足中高强度地震区域的抗震要求。     

混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩抗震性能研究

为了解混合接头(灌浆套筒和钢管剪力键相结合)及方钢管约束对装配式方形截面混凝土桥墩抗震性能的影响，分别制作混合接头连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+方钢管约束、灌浆套筒连接+无约束的装配式方形截面混凝土桥墩试件各1根开展拟静力试验及有限元计算，分析各桥墩试件的破坏模式、结构延性、耗能能力、强度退化、刚度退化、残余位移等抗震性能及影响参数。结果表明：装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的破坏形态基本相同，均为压弯破坏。与无约束的装配式混凝土桥墩试件相比，装配式方钢管约束混凝土桥墩试件的水平荷载峰值和位移延性系数更高；与灌浆套筒连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件相比，采用混合接头连接的装配式方钢管约束混凝土桥墩试件滞回曲线更饱满、无明显捏缩，抗震性能更好。对于混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩，增大轴压比和降低长细比可提高桥墩的承载力，但降低了延性；增大约束系数可提高桥墩的承载力和延性，建议混合接头装配式方钢管约束混凝土桥墩的轴压比≤0.3,长细比≤12,约束系数取0.58～0.90。     

基于套筒连接的装配式双柱桥墩模型的有限元分析

检验基于灌浆套筒连接的装配式桥梁下部结构在横桥向水平往复荷载下的抗倾覆能力,为北方地区装配式桥梁结构化施工提供可靠的数据参考。笔者基于ABAQUS有限元分析软件,探究两类桥墩塑性铰区域的形成及发展,分析混凝土及钢筋结构的屈服及破坏过程。研究结果表明装配式桥墩结构构件之间的摩擦力,使得墩柱上端塑性铰区域的竖向钢筋早于现浇桥墩屈服;屈服强度253.56k N小于现浇桥墩260.60k N,承载能力286.31k N略低于现浇桥墩294.43k N;装配式桥墩的初始刚度较大;加载后期套筒刚度的降低以及摩擦力使得桥墩刚度退化略微大于现浇桥墩,并且累积耗能略低;但装配式桥墩的延性略好于现浇桥墩;本文所设计的采用半灌浆套筒连接的装配式双柱桥墩具备与现浇桥墩相当的抗震性能,可以用于实际工程施工。     

基于灌浆波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱抗震试验

预制拼装钢筋混凝土（RC）墩柱与承台连接节点的关键构造及其抗震性能是强震区应用预制装配技术需要解决的关键问题。目前灌浆波纹管连接预制拼装RC桥墩主要应用于非强震区,其抗震性能和地震失效模式研究远落后于工程实践,针对此类问题,采用灌浆金属波纹管锚固钢筋技术连接预制拼装RC墩柱与承台,开展预制拼装RC墩柱拟静力往复加载试验研究。通过对比分析预制拼装RC墩柱与现浇RC墩柱的损伤演化过程、局部钢筋应变、失效模式和非线性力学行为评价基于灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗震性能。结果表明：基于高强砂浆灌浆金属波纹管锚固连接的预制拼装RC墩柱的抗侧强度和现浇墩柱基本一致,但位移延性和耗能能力略低于现浇桥墩;预制拼装RC墩柱的损伤主要发生在墩底与承台接缝层的上下界面处以及墩柱底部塑性铰区域,承台内预埋波纹管锚固钢筋均未发生黏结滑移破坏;基于灌浆金属波纹管锚固钢筋连接技术可应用于强震区预制墩柱与承台的拼装连接。     

波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟（双语出版）

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明：①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

波纹管连接装配式桥墩抗震性能拟静力试验与数值模拟

为研究采用灌浆波纹管连接的装配式桥墩与整体现浇桥墩在抗震性能方面的差异,探究地震作用下预制拼装双柱桥墩的力学性能,分析节点的破坏机理,通过拟静力试验获得了灌浆波纹管连接预制拼装装配式桥墩与整体现浇桥墩的位移滞回曲线,并通过对试件进行位移延性分析、耗能能力分析及残余位移分析,对比研究灌浆波纹管连接装配式桥墩与现浇桥墩的抗震性能。研究结果表明:①灌浆波纹管试件与整体现浇试件的试验现象基本一致,装配式试件较整体现浇试件最大承载力降低6.7%;②二者屈服荷载与极限荷载误差均不超过10%,二者屈服位移相同但装配式试件较现浇试件的极限位移降低3%,灌浆波纹管试件的延性系数小于整体现浇试件;③两试件最大残余位移均在55 mm左右,但在相同滞回位移下,灌浆波纹管试件残余位移的产生速率大于现浇试件;④通过积分法对二者耗能能力进行比较,当滞回位移达到80 mm时二者耗能差值最大,为10.87 kN·m,达到最大位移时灌浆波纹管试件比现浇试件总的耗能能力小10%左右。可见在同样的设计参数情况下,保证装配式桥墩拼装接头的强度可靠性,基本能够达到现浇桥墩所要求的各项性能。     

装配式桥梁墩柱预制施工关键技术研究

为了能够保障装配式桥梁墩柱快速化预制和精准定位安装施工,文章通过预制厂合理规划建设和功能分区优化等关键点控制,进行灌浆套筒、锚固波纹管连接检验和座浆、灌浆工艺优化措施保证构件连接和受力可靠的预制墩柱连接关键技术研究,开发适用不同结构尺寸、形式、坡度的通用性胎架和预制模板,优化预制工装及完善流水作业施工工艺。最后,研究合理的构件精准定位安装技术,进行吊装、运输和安装快速化施工,形成装配式桥梁墩柱预制安装施工技术方案,对同类型桥梁工程装配式施工具有一定参考。     

预制节段拼装混凝土桥墩减震耗能构造研究进展

预制节段拼装混凝土桥墩利用预应力筋连接墩身节段,质量易控制,施工工期短,现场环境影响小,可实现绿色环保的建设理念,是桥梁工程未来发展方向之一。该文对预制节段拼装桥墩减震耗能构造的概要和研究进行了综述,介绍了纤维混凝土、纵向耗能钢筋以及套筒约束混凝土等常规耗能构造与设计方法,同时,阐述了一系列创新性减震耗能理念,介绍了两种预制节段拼装桥墩减震耗能构造的构思,分析比较了其优缺点,对未来研究方向进行了展望。     

轨道交通预制拼装桥墩设计和施工

根据设计实践在国内首次提出了预制拼装轨道交通桥墩技术,采用成熟度较高的灌浆套筒和单端张拉自锚式预应力筋方式,结合室内大比例尺桥墩拟静力试验验证了本方案设计方案。在正常使用阶段和地震荷载下均取得了优异的性能,具有一定的推广价值。研究成果提高了我国轨道交通装备技术水平。     

装配式桥墩抗震性能分析

基于抗震性能及施工的需求，提出了一种新型装配式桥梁连接方法，在连接端头预埋圆形型钢，通过焊接连接，对比灌浆套筒、金属波纹管的其他构造，该连接方法施工方便，操作容易，施工速度更加快速。通过对型钢连接方式的试验研究，主要得出以下结论：（1）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩破坏均为弯曲破坏。型钢连接的装配式桥墩柱根处破坏程度较轻，混凝土破坏主要集中在预埋钢管顶部以上。（2）型钢连接的装配式桥墩承载能力高于现浇桥墩。（3）型钢连接的装配式桥墩与现浇桥墩的残余位移相当，但在耗能能力及延性方面前者的表型更好。（4）型钢连接的装配式桥墩具有优越的抗震性能，为装配式桥墩在高烈度地震区的使用提供一种方法。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向拟静力试验

为了解决桥墩与承台的装配式连接问题,提出金属波纹管和超高性能灌浆料的预制拼装桥墩方案。首先考虑施工方式和加载方向参数的影响,以某地铁高架桥为工程原型设计4个试件,然后采用水平单向和双向拟静力试验方法,对比分析金属波纹管节段拼装桥墩和整体现浇桥墩抗震性能的差异,最后探讨双向压弯作用下的极限承载能力验算方法。试验结果表明：灌浆波纹管试件塑性铰区纵筋出现拉断而不是纵筋拔出,说明灌浆波纹管的钢筋连接方式可靠;灌浆波纹管连接节段拼装桥墩损伤过程、破坏模式与整体现浇桥墩总体上接近,主要抗震性能指标的差异较小,认为抗震性能与整体现浇试件的抗震性能接近,表明灌浆波纹管连接是一种可行的装配式桥墩与承台的连接方式;相对于单向加载试件,双向加载的钢筋混凝土试件RC,最大水平力下降11%,极限位移下降18%,双向加载的预制拼装试件最大水平力降低11%,极限水平位移降低15%,残余位移增大了20%,试件损伤程度更为严重,说明在水平双向荷载受力下,整体现浇试件和节段拼装试件有着明显的双向荷载耦合效应;双向压弯作用下截面的弯矩计算方法能够较准确地校核节段拼装墩的极限承载能力。研究成果可为节段拼装桥墩的抗震设计和抗震分析提供参考。     

装配式混凝土桥墩施工技术综述

装配式混凝土桥墩在国内外跨海大桥、城市桥梁工程中已有大量应用,其预制拼装技术是桥梁工程领域未来的重要发展方向之一。该文从装配式混凝土桥墩的实际工程应用出发,对其施工技术方面的国内外研究进展情况进行综述。针对预制桥墩连接处相对薄弱的特点,探讨了预制混凝土桥墩节段之间、预制墩身与盖梁及承台之间的连接方式和构造特点,阐述了装配式桥墩主要施工工艺、检测技术及质量控制点,并介绍了传力可靠的新型装配式桥墩连接方式。研究结果可为预制装配式混凝土桥墩连接构造的合理选用以及施工质量控制提供重要参考,并对装配式桥墩未来的发展和研究进行展望。     

灌浆缺陷大直径套筒补灌后的连接性能

灌浆套筒连接是预制装配式桥梁的主要连接形式,灌浆是否饱满影响其使用性能。一次施工若发现未灌满,能否通过补灌方式进行补救,需要首先明确补灌后套筒的连接性能是否满足使用要求。为此,设计灌浆饱满试件、缺陷试件以及缺陷率后补浆三类试件,标准条件养生后,进行静力单向拉伸试验测试,对比连接性能。试验结果表明：（1）灌浆缺陷对套筒抗拉性能产生不利影响,通过补浆作业,可对缺陷试件连接性能起到修复作用;（2）采用与初次灌浆料相同的补浆材料,不同缺陷率试件修复后的拉伸性能均能满足规范要求;（3）补灌强度低于原料的浆料,对缺陷率比较大的试件,修复效果不如原灌浆料补浆修复效果。建议对有缺陷的套筒采用原灌浆料进行修复,并通过补浆工艺保证补浆密实。