裝配式橋梁墩柱節(jié)點連接設(shè)計及受力性能研究

歐陽志宜 （安徽省路橋工程集團有限責(zé)任公司，安徽 合肥230031）

與現(xiàn)澆橋梁施工相比，裝配式橋梁施工主要是施工工藝以及節(jié)點連接方式的不同，它是將橋梁的主要構(gòu)件通過工廠化預(yù)制，運至現(xiàn)場后進(jìn)行拼裝。而節(jié)點是結(jié)構(gòu)中傳遞荷載的重要部分，其連接處往往最易遭到損傷和破壞，故節(jié)點連接處性能好壞對整體結(jié)構(gòu)起著決定性作用。

預(yù)制裝配式橋梁施工技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點，在國外應(yīng)用較為廣泛，而在國內(nèi)正處于發(fā)展階段，其抗震性能在國內(nèi)外受到廣泛研究[1-3]。由于裝配式橋梁屬于分段預(yù)制、整體拼裝的結(jié)構(gòu)形式，故在地震作用下主要是下部結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)破壞（移位、落梁等），嚴(yán)重時導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)坍塌，故裝配式橋梁主要研究下部結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1 工程概述

文章以G3京臺高速方興大道至馬堰段中派河大橋引橋為背景，介紹了預(yù)制裝配式橋梁墩柱節(jié)點的連接設(shè)計方式，包括墩柱與承臺和墩柱與蓋梁的連接，并建立墩柱Midas模型，研究節(jié)點連接處的受力性能。

中派河大橋引橋下部結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，蓋梁采用C40混凝土，墩柱采用C70混凝土，承臺采用C40和C50混凝土。

2 墩柱節(jié)點連接設(shè)計

2.1 墩柱與承臺的連接

預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)中，墩柱與承臺連接通常采用現(xiàn)澆法和承插法兩種方式。現(xiàn)澆法是通過在預(yù)制墩柱底部和承臺頂部分別預(yù)留連接鋼筋，預(yù)制墩柱吊裝到位后通過現(xiàn)場澆筑連接段連接，這種方法連接段質(zhì)量控制難度較大，施工要求高，應(yīng)用較少。承插法是將預(yù)制墩身插入承臺對應(yīng)預(yù)留的定位槽中，并在墩身與定位槽之間的空隙澆筑混凝土，使之連接成整體，具有一定的穩(wěn)定性。該方法施工簡單，安裝方便，現(xiàn)場工作量相對少，應(yīng)用相對廣泛。

圖1 橋梁下部結(jié)構(gòu)尺寸

G3京臺高速方興大道至馬堰段中派河大橋引橋中，承臺與墩柱采用承插法連接，首先將定位墩連接，通過自行設(shè)計的模板（如圖2）完成承臺與定位墩的一次性澆筑，承臺主體采用C40混凝土現(xiàn)澆，承臺后澆C50混凝土與墩柱連接。

圖2 承臺模板

圖3 承臺模板定位墩

2.2 墩柱與蓋梁的連接

墩柱與蓋梁的連接主要有：

①鉸接縫連接。接觸面涂抹結(jié)構(gòu)膠，再通過預(yù)應(yīng)力連接構(gòu)件連接。

②濕接縫連接。在墩柱頂部和蓋梁底部預(yù)留定位鋼筋，首先通過耦合器將兩段進(jìn)行耦合，再灌注混凝土使之連接成一整體。

③干接縫連接，通過預(yù)應(yīng)力連接。

本技術(shù)采用承插式連接，墩柱頂部預(yù)留鋼筋，環(huán)形布置，蓋梁預(yù)制時通過鋼波紋管預(yù)留孔洞，安裝時墩柱的預(yù)留鋼筋插入蓋梁預(yù)留孔洞，在底部鋪一層環(huán)氧砂漿找平，預(yù)留孔洞中灌注微膨脹的自流平高強砂漿。該法較其他連接方法不需要施加預(yù)應(yīng)力，不需要耦合器，施工簡便，并且可以避免短距離使用時的預(yù)應(yīng)力損失。

3 模型建立

建立兩種工況，兩種工況采用同一基本模型，如圖4。

圖4 基本模型

邊界條件設(shè)立不同，分別如下：

工況一。墩柱與承臺現(xiàn)澆連接，模型建立時墩柱與承臺連接處采用固結(jié)，不考慮地基作用影響，承臺底部采用固結(jié)。

工況二。承臺與墩柱用定位墩連接，模型建立時墩柱底部采用鉸接連接，不考慮地基作用影響，承臺底部采用固結(jié)。

試驗加載。分別對兩種工況下的墩柱在墩頂處加載，采用位移控制加載法，即通過控制加載使之產(chǎn)生相同的位移，研究加載力的大小。

4 節(jié)點連接處受力性能分析

分別對兩種工況進(jìn)行加載分析，工況一條件下，墩柱在正常使用極限下，墩頂?shù)膽?yīng)力變形都比較小。工況二條件下，墩柱在正常使用極限下，產(chǎn)生同樣的墩頂位移，所需的加載力比工況一大，但相差不大，滿足使用要求。兩種工況下墩柱墩頂位移與水平力關(guān)系如圖5所示。

在不考慮地基作用條件下，工況二墩柱底部受到周邊承臺混凝土的約束，產(chǎn)生應(yīng)力變形非常小，近似于墩柱與承臺進(jìn)行了固結(jié)，與工況一條件下受力性能基本一致。國外LIN J C等人[4]的研究試驗也表明，承插法連接的鋼筋混凝土構(gòu)件由于存在剪力鍵，其耗能能力與現(xiàn)澆法施工并無明顯區(qū)別，受力性能較為穩(wěn)定。

圖5 兩種工況下墩頂位移與水平力關(guān)系

5 結(jié)論

全預(yù)制裝配式施工技術(shù)近年來應(yīng)用廣泛，實踐證明，通過將橋梁的樁基、墩柱、蓋梁、主梁、護欄等在工廠進(jìn)行整體預(yù)制或節(jié)段預(yù)制，可實現(xiàn)80%以上構(gòu)件的預(yù)制施工，并在施工現(xiàn)場進(jìn)行安裝和吊裝施工，變順序施工為并行施工，節(jié)約了大量工期，保證了工程質(zhì)量?？梢越鉀Q橋梁施工中的占用場地時間長、安全隱患多，投入資源多、環(huán)境破壞大等諸多問題。從社會、環(huán)境、經(jīng)濟分析，具有較大優(yōu)勢，推廣應(yīng)用前景廣闊。

文章通過對兩種不同連接方式進(jìn)行模型建立和分析研究，驗證了用定位墩連接承臺與墩柱連接方式（承插式）的可靠性。