預(yù)制立柱蓋梁之間的抗震連接

封文琦

(石家莊市公路管理處養(yǎng)護(hù)管理中心)

1 概述

在龐大的公路橋梁群體中，約有1/4的橋梁已經(jīng)老化過時(shí)或功能缺失。也就是說，有成千上萬的橋梁需要維修、加固或更換。橋梁的改造升級(jí)，從長遠(yuǎn)考慮無疑是件好事，是必要的;但從當(dāng)下考慮，它會(huì)給日常交通帶來極大麻煩。斷交、繞道不但會(huì)造成交通混亂，而且還會(huì)造成用戶延誤時(shí)間和不必要的燃料消耗，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此，在橋梁加固改建過程中，應(yīng)盡量縮短工期，最小限度的干擾交通。

采用預(yù)制安裝方法施工無疑比現(xiàn)澆更能加快工程進(jìn)度，減少現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)間，這是早已得到證實(shí)的結(jié)論。預(yù)制安裝工藝可以平行作業(yè)，大量工作在工廠內(nèi)完成，少占用現(xiàn)場(chǎng)的空間和時(shí)間，不必長時(shí)間的關(guān)閉交通和繞道。另外，還降低了工人在混亂場(chǎng)面中工作的危險(xiǎn)性。

其實(shí)，預(yù)制安裝的概念早已被人們接受，但主要是對(duì)上部構(gòu)造?；炷亮夯蜾摿涸诠S制作完成后，運(yùn)至工地，只等墩臺(tái)蓋梁做完，就可以把梁架上去。目前，預(yù)制安裝概念正在擴(kuò)展到下部構(gòu)造。蓋梁和立柱開始在工廠預(yù)制，再運(yùn)到工地安裝。例如，在美國的一些無地震區(qū)(如德克蕯斯州)就已經(jīng)實(shí)施了這一工藝。但在一些地震多發(fā)地區(qū)，就不敢采用這種方法。

從構(gòu)造上上講，立柱和蓋梁兩個(gè)構(gòu)件采用預(yù)制安裝最方便。因?yàn)樗鼈兌际侵睏U，制作、運(yùn)輸、吊裝都很簡單。但在地震地區(qū)，問題恰恰出現(xiàn)在兩者連接界面上。從抗震角度出發(fā)，這個(gè)界面是最關(guān)鍵部位，要求該部位要有足夠的強(qiáng)度和延性。而在大部分情況下，蓋梁立柱的預(yù)制安裝會(huì)造成抗震性能下降。因此，為了在地震多發(fā)區(qū)采用這種工藝，需要制定一種既安裝迅速又具有抗震能力的構(gòu)造方案。

2 蓋梁立柱之間用粗鋼筋連接

在地震多發(fā)區(qū)，蓋梁和立柱之間的連接可采用一種新的構(gòu)造:在蓋梁中的立柱位置上，預(yù)埋6根粗金屬波紋管，在立柱上端伸出6根粗鋼筋，在蓋梁下落時(shí)，粗鋼筋傳入波紋管套筒內(nèi)，之后，在套筒內(nèi)灌漿將粗鋼筋握裹住，完成連接。

按美國的工程實(shí)踐，粗鋼筋采用φ57，套筒直徑采用φ215，幾乎為鋼筋直徑的4倍。這樣的搭配在安裝時(shí)非常方便:一是粗鋼筋只有6根，好對(duì)中;二是套筒很粗，鋼筋容易插入，容許存在制作誤差。

3 三種不同組裝法

為了探索立柱蓋梁安裝后的抗震效果，采用了三種不同的組裝方法，對(duì)它們進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)，并與整體現(xiàn)澆的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較。

三種做法的共同點(diǎn)是:在蓋梁中預(yù)埋6根金屬套筒，立柱上端相應(yīng)位置伸出6根粗鋼筋。組裝時(shí)粗鋼筋對(duì)號(hào)入座，分別穿入各自的套筒內(nèi)，并繼續(xù)向上延伸到橫隔梁內(nèi)。

三種做法的不同之處:(1)第一種做法是，伸入套筒內(nèi)的粗鋼筋全長被灰漿包裹，即套筒內(nèi)的粗鋼筋與灰漿全長粘結(jié);(2)第二種做法是，自蓋梁底面以上8 d長度范圍內(nèi)的鋼筋不與灰漿粘結(jié)。做法是將該長度的鋼筋用硬PVC管包裹。將厚壁PVC管縱向劈開，把粗鋼筋纏繞起來，再用膠帶捆緊，在澆筑套筒內(nèi)砼時(shí)形成“不粘結(jié)”段;(3)第三種做法與第二種做法基本相同，只是用薄壁PVC管纏繞，形成不粘結(jié)段。

4 結(jié)論

對(duì)三種不同組裝方式形成的構(gòu)件進(jìn)行了抗震試驗(yàn)，并和整體現(xiàn)澆構(gòu)件進(jìn)行了比較，旨在探索這些組裝方法在地震多發(fā)區(qū)的適用性。對(duì)包括整體現(xiàn)澆在內(nèi)的四組構(gòu)件進(jìn)行了模擬地震的循環(huán)荷載加載，觀察了它們的破壞過程，得出結(jié)論如下。

(1)采用粗鋼筋連接立柱蓋梁的方法安裝簡單，速度快，能容許較大的施工誤差。

(2)三種組裝方法形成的結(jié)構(gòu)在地震力的作用下，其“力-變形”特點(diǎn)以及破壞過程，與整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相似，同樣具有較好的抗震性能。

(3)預(yù)制立柱和現(xiàn)澆立柱的變形位置明顯不同，預(yù)制柱的變形大部分集中在立柱和蓋梁界面上，而現(xiàn)澆立柱的變形責(zé)均勻地分布在立柱上端。

(4)有意識(shí)地設(shè)置“不粘結(jié)”段，有減少蓋梁混凝土剝落的效果。這是由于此時(shí)的錨固點(diǎn)考上的緣故。

(5)粗鋼筋在8 d長度內(nèi)不進(jìn)行粘結(jié)，對(duì)系統(tǒng)的滯后性沒有影響，只是剛度稍有減小。

(6)粗鋼筋不粘結(jié)不會(huì)造成它的破斷。鋼筋破斷的主要原因是“疲勞”，所以在地震力作用下，所以剛進(jìn)的破斷不是在不粘結(jié)段，而是在遠(yuǎn)處的蓋梁內(nèi)。

(7)預(yù)制安裝的立柱蓋梁結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)仍可按照整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行。