預(yù)制裝配式橋梁墩柱預(yù)埋件施工工藝和力學(xué)性能分析

陳宏

摘? 要：以昭烏達路哲里木路改造提升工程為實例進行研究，充分考慮在抗震設(shè)防烈度8度區(qū)域進行裝配式橋梁施工的前提，以預(yù)制裝配式橋梁墩柱為研究對象，認真研究了上海等其他國內(nèi)城市在預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)施工工藝和經(jīng)驗做法，探索了在高寒、高烈度以及中心城區(qū)實施裝配式橋梁工程的工藝研究，通過對連接件的鋼筋母材進行拉拔試驗、灌漿料的抗壓試驗，對裝配式構(gòu)件連接的力學(xué)特性進行研究;通過對比灌漿套筒連接的預(yù)制墩柱和傳統(tǒng)現(xiàn)澆工藝的橋墩通過擬靜力試驗進行抗震性能對比。

關(guān)鍵詞：裝配式橋梁? 預(yù)制墩柱? 灌漿套筒連接? 施工工藝? 力學(xué)性能

中圖分類號：U44 ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）02（c）-0052-03

Analysis of Construction Technology and Mechanical Properties of Prefabricated Bridge Piers

CHEN Hong

（Hohhot Municipal Engineering Administration Bureau， Hohhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 010000 China）

Abstract： This paper takes Zhelimu road reconstruction and upgrading project of Zhaowuda road as an example， fully considering the premise of prefabricated bridge construction in seismic fortification intensity 8 area， taking prefabricated bridge pier column as the research object， this paper seriously studies the construction technology and experience of prefabricated structure in Shanghai and other domestic cities， and explores the implementation in high cold， high intensity and central urban areas In the process research of prefabricated bridge engineering， the mechanical characteristics of prefabricated component connection are studied through the pull-out test of the steel base material of the connector and the compression test of the grouting material; the seismic performance of prefabricated pier connected by grouting sleeve is compared with that of the pier of traditional cast-in-place technology through the pseudo static test.

Key Words： Fabricated bridge; Prefabricated pier column; Grouting sleeve connection; Construction technology; Mechanical properties

本文以全國首例高寒高烈度地區(qū)實施的裝配式高架橋梁工程、內(nèi)蒙古自治區(qū)首例裝配式高架橋梁工程——昭烏達路哲里木路改造提升工程為實例進行研究，充分考慮在抗震設(shè)防烈度8度區(qū)域進行裝配式橋梁施工的前提，以預(yù)制裝配式橋橋梁的預(yù)制墩柱連接構(gòu)件灌漿套筒為主要研究對象，對預(yù)制裝配式墩柱的施工工藝以及力學(xué)性能進行研究分析。

1? 裝配式墩柱連接工藝

裝配式墩柱的連接方式主要有灌漿金屬波紋管連接、灌漿套筒連接、插槽式連接、承插式接縫連接、預(yù)應(yīng)力筋連接、混合式連接等連接方式[1-2]。其中，灌漿金屬波紋管連接方式由于需外伸較長的鋼筋，墩柱運輸不方便，且只適用于在低地震烈度區(qū)域應(yīng)用;灌漿套筒連接方式通過灌漿料的連接作用實現(xiàn)預(yù)制墩柱鋼筋與預(yù)埋灌漿套筒有效連接，可提供較強的整體穩(wěn)定性和抗地震能力，相對于灌漿金屬波紋管連接方式因其只需較短的外伸鋼筋，因此具有運輸?shù)谋憬菪?插槽式連接方式施工工藝的要求較低，可靠性較低，外伸鋼筋的長度較長，不適用于進行長距離運輸;承插式接縫連接方式施工技術(shù)和施工工藝較為簡單，在施工過程中可以有較大的施工差異，施工的精度要求較低;預(yù)應(yīng)力筋連接方式在施工過程中因需對預(yù)應(yīng)力筋進行穿束、張拉、灌漿等操作，施工技術(shù)難度大，施工周期長;混合式連接方式的最大特點是抗震性能比較好，由于預(yù)應(yīng)力筋提供了較強的自復(fù)位能力，大大減小了結(jié)構(gòu)的震后殘余變形。但預(yù)應(yīng)力筋也增加了造價，且如果預(yù)應(yīng)力筋采用后張法施工，則會使現(xiàn)場施工變得復(fù)雜，施工工期較長[3-4]。

2? 裝配式墩柱施工工藝選擇

昭烏達路哲里木路改造提升工程位于呼和浩特市主城區(qū)，且呼和浩特市位于高寒、高烈度地區(qū)。實施裝配式橋梁工程施工，主要應(yīng)考慮以下幾點因素。一是中心城區(qū)施工問題，呼和浩特目前交通擁堵嚴(yán)重，在中心城區(qū)施工需具備施工速度快、周期短、交通影響小、居民生活影響小;二是預(yù)制裝配式構(gòu)件的預(yù)制構(gòu)件廠需要較大施工場地（占地約500畝），因此預(yù)制構(gòu)件廠需安排在距離中心城區(qū)較遠的郊區(qū)，預(yù)制構(gòu)件廠距離施工現(xiàn)場的距離最長約20km，所有預(yù)制構(gòu)件需進行長距離運輸;三是呼和浩特市屬于高寒、高烈度地區(qū)，具備施工的施工周期較短，結(jié)構(gòu)抗震性能要求高[5-6]。

綜合上述影響因素，昭烏達路哲里木路改造提升工預(yù)制裝配式墩柱連接工藝采用目前國內(nèi)采用較多、技術(shù)較成熟、可靠性高的灌漿套筒連接技術(shù)。

3? 墩柱預(yù)埋件力學(xué)性能研究

3.1 鋼筋套筒灌漿接頭對中單向拉伸試驗

為了確保昭烏達路哲里木路改造提升工程鋼筋套筒灌漿連接接頭的力學(xué)性能，對鋼筋套筒灌漿連接接頭進行抗拉強度試驗。

本試驗（見圖1）采用的灌漿套筒為球墨鑄鐵全灌漿套筒，采用的鋼材牌號為HRB400，鋼筋公稱直徑為40mm，樣品狀態(tài)為端頭切平、接頭符合要求，試驗檢測依據(jù)為《鋼筋機械連接技術(shù)規(guī)程》，檢測設(shè)備為WEW-2000微機屏顯示液壓萬能試驗機（SFSB04-013）。

通過對灌漿套筒連接接頭進行對中單向拉伸試驗，試驗結(jié)果（見圖2）表明，試件屈服強度平均值為465MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的大于400MPa，符合要求;抗拉強度平均值為630MPa，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的大于540MPa，符合要求。

3.2 橋梁抗震試驗

為了能夠?qū)Ρ痊F(xiàn)澆墩柱和預(yù)制墩柱的抗震力學(xué)性能，在實驗室設(shè)計了現(xiàn)澆墩柱和預(yù)制墩柱兩個試件進行加載試驗。為了方便記錄，將現(xiàn)澆墩柱作為基礎(chǔ)墩柱，編號為1號，將預(yù)制墩柱作為研究和對比墩柱，編號為2號。

試驗研究結(jié)構(gòu)從試件的出現(xiàn)裂縫、發(fā)生屈服、開始形成塑性鉸、完全形成塑性鉸以及破壞等5種狀態(tài)對試件的損傷進行描述。損傷級別分別對應(yīng)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

圖3為1號試件和2號試件為通過擬靜力試驗后得到的骨架曲線，通過曲線可發(fā)現(xiàn)，試件的初始剛度、承載力、延性變形等抗震性能可以較好的反映。骨架曲線可以表現(xiàn)出5種損傷狀態(tài)的位移延性水平。

通過對比1號試件（現(xiàn)澆墩柱）和2號試件（預(yù)制墩柱）的骨架曲線以及抗震性能參數(shù)，從發(fā)生屈服時的位移和屈服力可知，現(xiàn)澆墩柱相對于預(yù)制墩柱的抗震性能仍有一定優(yōu)勢，但是從屈服位移的角度看幾乎一致，但對應(yīng)的屈服力卻小25%左右。在試件的完全破壞時，反而出現(xiàn)了預(yù)制墩柱的破壞位移較現(xiàn)澆墩柱的破壞位移大，這主要時由于現(xiàn)澆墩柱的連接方式完全為剛接，而預(yù)制墩柱的連接屬于半剛接狀態(tài)，因此預(yù)制墩柱的破壞位移較大;同樣，預(yù)制墩柱的破壞力要比現(xiàn)澆墩柱的小，說明從受力角度考慮，預(yù)制墩柱的抗震性能仍然要弱于現(xiàn)澆墩柱。但從總體分析考慮，預(yù)制墩柱的抗震性能與現(xiàn)澆墩柱較為接近。

4? 結(jié)語

綜上訴述，對灌漿套筒連接接頭進行對中單向拉伸試驗，試件屈服強度和抗拉強度試驗結(jié)果均符合要求;對于采用灌漿套筒連接構(gòu)造的預(yù)制墩柱和現(xiàn)澆鋼筋混凝土墩柱進行對比試驗，從位移延性及耗能能力等角度看，采用灌漿套筒連接構(gòu)造的預(yù)制墩柱與現(xiàn)澆鋼筋混凝土墩柱具有相近的抗震性能。

參考文獻

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