一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法

1.本发明涉及桥梁的技术领域，尤其涉及一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法。


背景技术：

2.现阶段，装配式桥梁体系正得到大力推广。按抗震性能，通常将预制桥墩体系分为“等同现浇”和“非等同现浇”两类，前者主要依靠套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接和承插式连接等方式，后者则主要采用预应力筋实现预应力施加。
3.关于采用预应力连接的自复位装配式混凝土桥梁，目前的技术标准和工程应用正处于起步发展阶段，该类桥梁通常用于少震或中震区域，因其结构构造及性能存在如下不足：
①
无法实现预制构件全匹配拼装和震后构件更替的灵活性及便利性；
②
承台处的底部接缝抗剪能力和耗能能力不足。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法。
5.本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法，包括以下步骤：
6.s1、采用钢筋笼、定位支架和混凝土浇筑完成承台底座；
7.s2、将预应力锚具安装于所述承台底座，将预应力筋的一端与所述预应力锚具连接，所述预应力筋的另一端探出所述承台底座外部；
8.s3、所述预应力筋的另一端依次穿过多段预制桥墩节段，一段所述预制桥墩节段与所述承台底座连接，多段所述预制桥墩节段进行堆叠；
9.s4、将预制盖梁吊至多段所述预制桥墩节段的顶部，所述预应力筋的另一端与所述预制盖梁连接，所述预制桥墩节段与所述预制盖梁连接；
10.s5、预制盖梁通过多块弹性支座安装于所述预制盖梁，弹性块体在所述承台底座的作业空间。
11.更优的选择，步骤s1包括以下步骤：
12.s101、固定所述钢筋笼，将所述定位支架与所述钢筋笼连接；
13.s102、在所述钢筋笼外周支设承台模板，所述承台模板设有第一预留孔洞、第一预应力孔道和作业空间；
14.s103、向所述承台模板内浇筑混凝土，待所述混凝土固化后得到所述承台底座。
15.更优的选择，步骤s3包括以下步骤：
16.s301、将一段所述预制桥墩节段吊至所述承台底座的上方，所述预应力筋穿过一段所述预制桥墩节段，所述承台底座的第一抗剪键安装于一段所述预制桥墩节段的第一预留槽孔；
17.s302、将另一段所述预制桥墩节段吊至一段所述预制桥墩节段的上方，所述预应力筋穿过另一段所述预制桥墩节段，另一段所述预制桥墩节段的第二抗剪键安装于一段所述预制桥墩节段的第一预留槽孔；
18.s303、重复步骤s302，完成所有所述预制桥墩节段的堆叠。
19.更优的选择，步骤s1中的所述承台底座包括定位支架和承台方块，所述定位支架设置于承台方块并凸出于承台方块的顶部，所述预应力锚具安装于承台方块，所述预应力筋穿过所述定位支架，所述定位支架与预制桥墩节段连接。
20.更优的选择，所述承台方块设有作业空间、第一预留孔洞和第一预应力孔道，所述作业空间设置于定位支架的两侧，所述作业空间通过第一预留孔洞与第一预应力孔道连通，所述定位支架安装于第一预应力孔道。
21.更优的选择，所述定位支架包括预应力管道、定位板、第一抗剪键和栓钉，所述定位板安装于所述承台方块的内部，所述定位板通过所述预应力管道与所述预应力管道连接，所述预应力筋的一端穿过所述预应力管道，所述第一抗剪键设置于定位板的一面并凸出于所述承台方块的顶部，所述栓钉设置于所述定位板的另一面并安装于承台方块。
22.更优的选择，步骤s3中的所述预制桥墩节段包括第二抗剪键和节段本体，所述节段本体设有中空结构，所述中空结构的四周设有多个贯穿的第二预应力孔道，所述预应力连接组件穿过所述第二预应力孔道，所述第二抗剪键安装于所述节段本体的一端，所述节段本体的另一端设有第一预留槽孔，所述第一预留槽孔分别与第二抗剪键和承台底座相匹配。
23.更优的选择，步骤s4中的所述预制盖梁包括箱梁限制部和箱梁承托部，所述箱梁限制部与所述箱梁承托部的两端连接，所述箱梁承托部的顶部设有多个第二预留孔洞，多个所述第二预留孔洞分别通过第三预应力孔道与所述箱梁承托部的底部连通，所述预应力锚具安装于第二预留孔洞，所述预应力筋穿过第三预应力孔道，所述箱梁承托部的底部设有第二预留槽孔，所述第二预留槽孔与所述预制桥墩节段相匹配。
24.更优的选择，步骤s5中的所述弹性块体包括吊环和块体，所述吊环安装于所述块体的顶部，所述块体与所述承台底座相匹配。
25.更优的选择，步骤s1中的所述混凝土为超高性能混凝土。
26.本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
27.1、一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法，实现安装容错度高，施工效率高，便于后续服役过程中受到灾害条件、长期荷载和环境作用后的构件更替。
28.2、本发明通过预应力管道、定位板、第一抗剪键和栓钉，解决传统承台在桥位处现场浇筑，难以实现与预制桥墩节段的匹配安装问题，保证现场安装的定位精度，同时提高底部区域抗剪能力。
29.3、本发明通过第二抗剪键和节段本体，形成凹凸剪力键进行咬合，实现工厂生产的匹配安装，保证节段结合度的同时，提高了其抗剪能力。
30.4、本发明通过采用超高性能混凝土，大大提高其在灾害条件(地震、高速车撞、落石冲击等)下的承载能力、耗能能力和延性，可用于高震区，同时避免整体均采用uhpc材料所造成的材料浪费。
附图说明
31.图1是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的流程示意图；
32.图2是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥梁结构示意图；
33.图3是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥梁结构正视图；
34.图4是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥梁结构侧视图；
35.图5是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥梁结构局部放大图；
36.图6是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥预制桥墩节段示意图；
37.图7是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的桥预制桥墩节段俯视图；
38.图8是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的预制盖梁示意图；
39.图9是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的承台底座正视图；
40.图10是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的承台底座剖视图；
41.图11是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的定位支架示意图；
42.图12是本发明一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法的弹性块体示意图；
43.附图中各部件的标记：1-承台底座；11-定位支架；111-栓钉；112-第一抗剪键；113-预应力管道；114-定位板；12-第一预留孔洞；13-第一预应力孔道；14-作业空间；15-承台方块；2-预制桥墩节段；21-第二预应力孔道；22-第二抗剪键；23-第一预留槽孔；24-节段本体；3-预制盖梁；31-第二预留孔洞；32-第三预应力孔道；33-第二预留槽孔；34-箱梁限制部；35-箱梁承托部；4-预制箱梁；5-预应力连接组件；51-预应力锚具；52-预应力筋；6-弹性支座；7-弹性块体；71-吊环；72-弹性方块。
具体实施方式
44.下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
45.如图1所示，一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系的施工方法，包括以下步骤：
46.s1、采用钢筋笼、定位支架11和混凝土浇筑完成承台底座1，该步骤s1包括以下步骤：
47.s101、通过绑扎钢筋笼进行固定，放置定位支架11(定位支架11的定位板114低于承台底座1的混凝土面约2cm)并与钢筋笼焊接；
48.s102、在钢筋笼的外围支设承台模板，承台模板内设有第一预留孔洞12、第一预应力孔道13和作业空间14；
49.s103、向承台模板内浇筑混凝土，该混凝土为超高性能混凝土(uhpc，ultra-high performance concrete)，待超高性能混凝土固化后得到承台底座1。
50.s2、将预应力锚具51设置于第一预留孔洞12，预应力锚具51与预应力筋52固定连接，预应力筋52穿过定位支架11的预应力管道113探出承台底座1的外部；
51.s3、预应力筋52依次穿过3段预制桥墩节段2的个第二预应力孔道21，承台底座1与预制桥墩节段2咬合连接，预制桥墩节段2之间通过第一预留槽孔23和第二抗剪键22咬合连接，该步骤s3包括以下步骤：
52.s301、吊装第一段预制桥墩节段2，预应力筋52分别穿过预制桥墩节段2对应的4个第二预应力孔道21进行预应力张拉和锚固，承台底座1顶部的第一抗剪键112嵌入到第一段预制桥墩节段2底部的第一预留槽孔23内；
53.s302、再吊装第二段预制桥墩节段2到第一段预制桥墩节段2的上方，预应力筋52穿过第二段预制桥墩节段2的第二预应力孔道21，第二段预制桥墩节段2底部的第二抗剪键22嵌入到第一段预制桥墩节段2的第一预留槽孔23内；
54.s303、依次类推，将第三段预制桥墩节段2安装在第二段预制桥墩节段2上。
55.s4、将预制盖梁3吊装到第三段预制桥墩节段2的上方，预应力筋52依次穿过预制盖梁3的第三预应力孔道32和第二预留孔洞31，第二预留孔洞31内安装有预应力锚具51，预应力筋52与预应力锚具51进行连接，第三段预制桥墩节段22的第二抗剪键22嵌入到预制盖梁3的第二预留槽孔33内；
56.s5、在预制盖梁3的顶部放置4块弹性支座6，将预制箱梁4吊装到预制盖梁3的上方，并放置在4块弹性支座6上，将2块弹性块体7放置在承台底座1的作业空间14内。
57.当后续桥梁服役过程中出现的灾害事故导致个别节段块损伤严重或预应力长期损失等问题，可通过抽出弹性块体7、拆除预应力锚具51、预应力筋52卸载、吊装移除完好的预制构件等方式，进行个别损伤构件的更替，以及预应力筋52的重新张拉或更替。
58.如图2-4所示，一种易于更替的自复位装配式混凝土桥梁体系，包括承台底座1、3段预制桥墩节段2、预制盖梁3、4块预制箱梁4、预应力连接组件5、4块弹性支座6和弹性块体7，预应力连接组件5包括4根预应力筋52和8个预应力锚具51，4根预应力筋52垂直地安装在承台底座1上并穿过定位支架11的预应力管道113，4根预应力筋52呈方形布置，3段预制桥墩节段2依次套接在4根预应力筋52上，4段预制桥墩节段2依次叠加，4段预制桥墩节段2的底部均设有第一预留槽孔23，其顶部设有第二抗剪键22，在第二预留槽孔33和第二抗剪键22的相互配合或第一预留槽孔23和第一抗剪键112的相互配合下，实现承台底座1和预制桥墩节段2之间的固定，以及预制桥墩节段2之间的固定。4根预应力筋52穿过预制盖梁3，预制盖梁3底部通过预留槽孔与顶部的预制桥墩节段2的抗剪键固定连接。4块预制箱梁4分别通过橡弹性支座6安装在预制盖梁3的顶部。2块弹性块体7填充在承台底座1的作业空间14内。承台底座1、预制桥墩节段2、预制盖梁3和预制箱梁4均采用超高性能混凝土制成。
59.承台底座1用于承重固定作用；预制桥墩节段2为钢筋混凝土结构，其内部钢筋构
造和混凝土强度根据荷载条件和结构尺寸进行设计确定，对于地震多发区或紧邻高速公路的墩柱，预制桥墩节段2宜采用超高性能混凝土(uhpc，ultra-high performance concrete)，以增加塑性铰区域的抗压和抗拉能力，防止灾害荷载下脚趾部位的混凝土由于应力集中导致过早出现压碎剥落现象，耗能能力大幅衰退。预制盖梁3为支承、分布和传递预制箱梁4的荷载；预制箱梁4为中空结构，在独立场地预制的箱梁结合架桥机可在下部工程完成后进行架设，可加速工程进度、节约工期；预应力筋52分布于预制桥墩节段2的四个角部位置，使得高烈度地震作用下预制节段左右摇摆时主要依靠预应力筋52来平衡，大大降低了混凝土的受拉应力和开裂损伤，提高桥墩的抗弯能力和自复位能力，易于日常管理维护和替换更新，可有效解决服役过程中预应力损失或失效等问题；弹性支座6采用橡胶制成，起到预制桥墩节段2与预制箱梁4之间的缓冲作用；弹性块体7采用橡胶制成，起到对预制桥墩节段2的侧向约束作用。
60.如图5和10所示，承台底座1包括定位支架11和承台方块15，定位支架11设置在承台方块15的顶部中央并部分(第一抗剪键112)凸出于承台方块15的表面，定位支架11的定位板114低于承台方块15约2cm，并与周围钢筋焊接固定。定位支架11的两侧设有作业空间14，两个作业空间14的底部内侧设有第一预留孔洞12，第一预留孔洞12通过第一预留应力孔道13与承台方块15的顶部连通。定位支架11预埋于承台方块15的内部并与第一预留孔洞12连通。
61.定位支架11解决传统承台在桥位处现场浇筑，难以实现与预制桥墩节段2的匹配安装问题，保证现场安装的定位精度，同时提高底部区域抗剪能力；承台方块15起到承重固定的作用；作业空间14作为后续桥梁服役过程中检修维护的技术人员操作空间，进行承台混凝土的浇筑养；第一预留孔洞12用于固定安装预应力锚具；第一预留应力孔道13用于放置预应力管道113。
62.如图11所示，定位支架11包括定位板114、4个第一抗剪键112、8颗栓钉111和4根预应力管道113，定位板114的四个角分别与预应力管道113垂直连接，第一抗剪键112设置于相邻的两个预应力管道113之间，定位板对边的第一抗剪键112相互平行，第一抗剪键112与预制桥墩节段2的第一预留槽孔23相匹配，栓钉111安装在定位板114远离第一抗剪键112的一面，2颗栓钉111分别与1个第一抗剪键112两端对应。
63.定位板114采用钢板制成，用于给预应力筋52进行定位；第一抗剪键112采用钢材制成，可实现与预制桥墩节段2的匹配安装，并存在较大的容差以满足现场作业的精度要求；栓钉111采用钢材制成，可以加强定位板114在混凝土上的连接强度；预应力管道113采用pvc制成，用于穿过预应力筋52。
64.如图6和7所示，预制桥墩节段2包括4块第二抗剪键22和节段本体24，为中空的长方体结构，在预制桥墩节段2的四角上均设有贯通预制桥墩节段2两端的第二预应力孔道21，4个第二预应力孔道21相互平行，4块第二抗剪键22设置在节段本体24的顶部，4块第二抗剪键22两两平行设置，并且第二抗剪键22均设置在相邻的两个第二预应力孔道21之间，在节段本体24的底部设有4个第一预留槽孔23，第一预留槽孔23分别设置在相邻的两个第二预应力孔道21之间，相对的两个第一预留槽孔23相互平行。
65.节段本体24采用混凝土制成，起到支撑作用；第二抗剪键22和第一预留槽孔23形成凹凸剪力键进行咬合，实现工厂生产的匹配安装，保证节段本体24结合度的同时，提高了
其抗剪能力；第二预应力孔道21用于放置预应力筋52形成节段本体24的整体连接；第一预留槽孔23有效改变了传统自复位桥墩拼缝处采用高压水枪凿毛处理的方式，实现全接缝高精度匹配安装的同时，显著提高了水平荷载作用下的抗力性能。
66.如图8和9所示，预制盖梁3包括箱梁限制部34和箱梁承托部35，箱梁限制部34与箱梁承托部35的两端垂直连接，箱梁承托部35的顶部中部位置均匀分布这4个第二预留孔洞31，第二预留孔洞31的底部分别通过第三预应力孔道32与箱梁承托部35的底部连通，箱梁承托部35的底部设有4个第二预留槽孔33，相对的2个第二预留槽孔33相互平行，并且每个第二预留槽孔33位于相邻的两个第三预应力孔道32之间。
67.箱梁限制部34用于对预制箱梁4进行限位固定；箱梁承托部35用于承托预制箱梁4第二预留孔洞31用于安装预应力锚具51；第三预应力孔道32用于穿过预应力筋52。第二预留槽孔33有效改变了传统自复位桥墩拼缝处采用高压水枪凿毛处理的方式，实现全接缝高精度匹配安装的同时，显著提高了水平荷载作用下的抗力性能。
68.如图12所示，弹性块体7包括2个吊环71和弹性方块72，2个吊环71对称地安装在弹性方块72的顶部，弹性方块72与承台底座1的作业空间14相匹配。吊环71方便维护人员从作业空间14内取出弹性方块72；弹性方块72用于填充作业空间14并对预制桥墩节段2侧向约束。
69.上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。