預(yù)制橋墩頭連接研究綜述

中圖分類號 TU375.3 文獻標識碼A 文章編號2096-8949（2025）08-0168-03

0 引言

隨著我國大力推進城鎮(zhèn)化建設(shè)，為提高交通運輸效率，加快橋梁工程施工速度，減少施工期間對周圍交通以及環(huán)境的影響，采用預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)是有效辦法。預(yù)制拼裝橋梁作為橋梁快速施工技術(shù)的重要組成部分，可實現(xiàn)縮短施工周期，減輕施工揚塵造成的污染，以及施工帶來的噪聲問題，并且相比傳統(tǒng)現(xiàn)澆橋梁施工技術(shù)，預(yù)制拼裝橋梁技術(shù)更能保證構(gòu)件質(zhì)量和降低成本。國內(nèi)外學(xué)者大量研究表明，目前該技術(shù)已經(jīng)歷大跨步發(fā)展，在實際工程中的應(yīng)用也越來越廣泛。

目前我國對預(yù)制橋梁的研究方向多集中在橋梁上部構(gòu)造中[，如蓋梁、蓋梁與墩柱連接等，而關(guān)于橋梁下部墩柱的研究存在不足。在地震荷載作用下，橋墩的抗震性能對橋梁整體安全性能有至關(guān)重要的作用，因此對橋墩抗震性能的研究是必要的。對于預(yù)制拼裝橋墩，不同拼接方式對橋墩抗震性能的影響十分顯著。目前國內(nèi)外預(yù)制橋墩拼接方式主要包括以下幾種：預(yù)應(yīng)力連接、灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接、濕接縫連接、承插式連接、插槽式連接[2以及榫頭連接。其中，榫頭連接多用于墩柱節(jié)段間、墩柱與承臺間連接，該連接方式可以實現(xiàn)模塊化施工，提高施工效率，縮短工期，并且榫頭連接可以提供較好的連接剛度和承載能力，增強橋梁整體的穩(wěn)定性和抗震性能。對于此種連接方式，國內(nèi)外學(xué)者對其抗震性能進行了研究和分析，該文從試驗研究方面對該連接方式進行研究綜述，并對其研究熱點以及發(fā)展方向進行總結(jié)，旨在進一步推進此技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用。

1榫頭連接構(gòu)造及特點

榫頭連接是在預(yù)制構(gòu)件拼接處預(yù)制榫頭和凹槽，并將其進行嵌合，然后通過黏結(jié)劑（如混凝土、膠黏劑等）或機械錨固等方式固定連接。在現(xiàn)場拼裝橋墩時，榫頭具有定位及支撐的作用。榫頭和槽口的設(shè)計通常考慮到連接面積、連接強度和穩(wěn)定性等因素，以確保連接的可靠性和耐久性。并且榫頭對預(yù)制橋墩拼接處抗剪性能也有一定影響。目前國內(nèi)在實際工程中對該連接方式進行了應(yīng)用，如杭州灣跨海大橋、東海大橋、港珠澳大橋等，圖1為烏魯木齊東進場項目中榫頭與縱筋搭接的連接方式；圖2為帶榫頭的預(yù)制橋梁墩柱拼接。

2 試驗研究現(xiàn)狀

超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，UHPC），是一種具有高抗壓強度、高延性和高耐久性的新興復(fù)合材料。UHPC由于其力學(xué)性能以及耐久性方面的優(yōu)勢，使得其在橋梁領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。對預(yù)制橋梁體系，國內(nèi)外學(xué)者逐漸在該體系中引入高強材料以提升橋梁性能。在預(yù)制橋墩榫頭連接中，多采用UHPC對拼接處進行后澆處理，因為UHPC具有較高的抗壓強度和較好的拉伸延性[34]，且現(xiàn)澆超高強度混凝土與普通強度混凝土之間具有良好的黏結(jié)性[5，因此UHPC榫卯能夠很好地與預(yù)制的普通混凝土柱黏結(jié)，從而保證節(jié)點的完整性。此外，對UHPC榫頭預(yù)留空腔的普通混凝土內(nèi)表面進行充分鑿毛處理，以保證現(xiàn)澆UHPC與預(yù)制普通混凝土柱之間更高的黏結(jié)性能，并且對于預(yù)制橋墩波紋管連接方式中，鋼筋的錨固長度應(yīng)不小于24d，d為鋼筋直徑[7]。Guan等[提出了采用局部預(yù)制UHPC護套加固預(yù)制柱塑性鉸區(qū)的結(jié)構(gòu)，為評估使用預(yù)制UHPC加固柱的抗震性能，進行了低周反復(fù)荷載試驗，結(jié)果表明：預(yù)制超高性能混凝土護套使試件破壞區(qū)域遠離柱一基礎(chǔ)連接區(qū)域，抗震性能與整體現(xiàn)澆試件相當(dāng)，同時局部預(yù)制超高性能混凝土護套加固柱的塑性鉸長度，可通過整體混凝土構(gòu)件塑性鉸長度模型進行估算。以下列舉幾種榫頭連接試件在試驗中的力學(xué)性能表現(xiàn)。

2.1全預(yù)制鋼筋混凝土柱

對于預(yù)制橋墩榫頭連接的研究。Sung等提出了一種基于模塊化施工方法的預(yù)制節(jié)段墩柱。每個模塊都有榫頭和孔，通過榫頭和孔將相鄰模塊進行連接，形成一個完整的結(jié)構(gòu)。通過試驗結(jié)果和實際應(yīng)用表明：此類橋墩具有較高的抗震性能。Wang等[10]提出一種全新的可替換耗能節(jié)點組成的全預(yù)制鋼筋混凝土柱基礎(chǔ)節(jié)點，試驗對不同榫頭長度的預(yù)制試件進行了擬靜力試驗，試驗結(jié)果表明：在整體性能和抗震性能方面，榫卯長度較長的試件優(yōu)于榫卯長度較短的試件。蔡忠奎[對目前節(jié)段拼裝橋墩的平面接縫構(gòu)造形式、變形以及受力特點進行歸納，并提出了“榫卯接縫節(jié)段拼裝橋墩”的概念，試驗及模擬得出，試驗過程中榫卯接縫節(jié)段拼裝橋墩首先在試件墩身處發(fā)生破壞，之后接縫位置發(fā)生破壞，說明該連接方式可限制試件節(jié)段間的剪切錯動，因此具有提升橋墩的抗剪承載力以及整體性的能力；在提高榫卯接縫節(jié)段拼裝橋墩的延性方面，橋墩墩底節(jié)段處設(shè)置碳纖維管比設(shè)置加密箍筋的提升效果更明顯；加入耗能鋼筋可明顯提升榫卯接縫節(jié)段拼裝橋墩在承載力、剛度以及整體性方面的表現(xiàn)。

2.2 鋼筋連接和榫卯結(jié)構(gòu)的混合連接

隨著預(yù)制橋梁拼接技術(shù)的不斷研究發(fā)展，眾多學(xué)者提出使用混合連接的方式對預(yù)制橋墩進行拼接連接。Hung[12]為保證相鄰節(jié)段間的抗剪能力，提出了一種使用耦合器和榫頭的混合連接。試驗結(jié)果表明：使用榫頭能有效地抑制試件的殘余位移，并使得試件具有較好的滯回能力。Liu等[13]對預(yù)制墩柱拼裝節(jié)點使用了灌漿套筒和榫頭連接，研究表明：采用該連接方式的墩柱試件有良好的耗能能力，并且減小了墩柱殘余位移。YulinDeng等[14提出一種使用鋼筋搭接和榫卯結(jié)構(gòu)的混合連接方式（如圖3），預(yù)制構(gòu)件中的榫頭可加強墩柱的結(jié)構(gòu)完整性，并提高外力作用下的抗剪能力。試驗與數(shù)值模擬結(jié)果表明：與傳統(tǒng)波紋管連接方式相比，裝配式混凝土榫頭連接通過增加榫頭處的截面彎矩承載力，顯著增強了節(jié)點的承載力，同時限制了墩身的變形；與現(xiàn)澆橋墩相比，波紋管搭配榫頭連接的預(yù)制橋墩具有更好的抗側(cè)移能力、延性和耗能能力。因此該連接方式的橋墩可能適用于地震活動中度至高度的地區(qū)，此結(jié)論為預(yù)制橋梁在高震區(qū)的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

2.3灌漿波紋鋼套筒與現(xiàn)澆UHPC榫頭連接

YangZhang等[15]在預(yù)制橋墩拼接方式中提出了一種使用灌漿波紋鋼套筒和現(xiàn)澆UHPC榫頭的混合連接方法（如圖4），通過試驗表明：灌漿波紋鋼套筒和現(xiàn)澆UHPC榫頭混合連接試件在擬靜力試驗中，其節(jié)點呈現(xiàn)出延性破壞、受壓區(qū)混凝土破碎、節(jié)點處混凝土嚴重開裂、連接鋼筋屈服等現(xiàn)象，在拼接墩柱屈服前，試件抗彎剛度與相同軸壓比下的預(yù)制鋼筋混凝土柱相似，但抗裂性能和位移延性優(yōu)于預(yù)制鋼筋混凝土柱。閆明輝[對現(xiàn)澆橋墩、采用灌漿波紋管連接以及新型榫頭灌漿波紋管連接的預(yù)制拼裝橋墩進行了低周反復(fù)荷載試驗，結(jié)果顯示：拼接節(jié)點處設(shè)置榫頭的預(yù)制橋墩與現(xiàn)澆橋墩在地震波作用下的響應(yīng)結(jié)果較為相近，抗震性能基本相當(dāng)，拼裝節(jié)點接縫平面處的位移響應(yīng)和殘余位移較大，榫頭構(gòu)造提升了預(yù)制拼裝橋墩的抗震性能。林上順等[通過使用現(xiàn)澆水泥基復(fù)合材料與預(yù)制榫卯混合連接的拼接節(jié)點設(shè)計，有效提高了裝配式鋼筋混凝土橋墩的抗震性能，結(jié)果表明：與現(xiàn)澆水泥基復(fù)合材料濕接縫連接試件相比，使用混合連接的試件峰值荷載、極限位移分別提升 2 5 . 7 4 % ～ 3 0 . 0 3 % 一 2 2 . 7 5 % ～ 1 0 6 . 3 9 % ，同時殘余位移降低 4 3 . 7 0 % ～ 6 1 . 4 2 % ，因此其抗震性能較好。并建議對于混合連接試件，其凹槽深度不宜大于凸榫邊長的0.75倍。

2.4鋼法蘭——榫頭連接

劉立平[18]提出一種以鋼法蘭一榫頭連接的預(yù)制鋼筋混凝土柱，通過擬靜力試驗研究鋼法蘭一榫式連接方式、榫頭箍筋配筋參數(shù)對試件破壞模式、變形能力、耗能能力和關(guān)鍵節(jié)點處應(yīng)變的影響。試驗對榫頭分別配置了業(yè) 、業(yè) 的箍筋，通過試驗得出：裝配式柱的柱縱筋的應(yīng)變與現(xiàn)澆柱相當(dāng)，混凝土榫頭箍筋配筋的減少會導(dǎo)致榫頭縱筋應(yīng)變顯著增加。

3結(jié)語

該文主要介紹了預(yù)制橋墩榫頭連接以及榫頭對預(yù)制橋墩連接節(jié)點的力學(xué)性能影響，并且對該連接方式在國內(nèi)外的研究進展和方向進行了歸納整理。目前榫頭連接多與鋼套筒、波紋管、耦合器等鋼筋連接裝置組成混合連接，根據(jù)試驗表明：此種混合連接方式可有效減少試件殘余位移，同時在延性、耗能等方面具有更優(yōu)表現(xiàn)；國內(nèi)外學(xué)者通過試驗表明：波紋管搭配榫頭的混合連接方式在抗側(cè)移能力、延性和耗能能力方面的優(yōu)勢，使得該連接方式的預(yù)制橋墩可適用于中度至高度地震活動地區(qū)。這些研究為預(yù)制橋梁體系在高震區(qū)的使用提供了方向。

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