一种ECC-水泥混凝土组合抗震桥墩及施工方法

本发明属于土木工程，尤其涉及一种ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩及施工方法。

背景技术：

1、在桥梁工程领域，钢筋混凝土桥墩是整个桥梁结构唯一的竖向承重构件和水平抗侧力构件，因此其力学性能直接关系到桥梁结构整体的抗震安全。历次地震灾害中，钢筋混凝土简支梁桥和连续梁桥中的桥墩构件发生破坏导致桥梁出现整体垮塌的震害实例不胜枚举，因此提高钢筋混凝土桥墩的抗震能力对保证桥梁结构的抗震安全性具有重要意义。

2、已有研究表明，钢筋混凝土连续梁桥和简支梁桥桥墩的墩底在地震作用下容易发生损伤破坏，当桥墩底部发生损伤破坏后，其竖向承载能力不足会引起桥梁结构整体垮塌，因此如何提高钢筋混凝土桥墩底部的强度、刚度和延性是提高桥墩抗震性能的关键。通过应用高性能混凝土是提高桥墩抗震性能的有效途径之一，但目前高性能混凝土材料的成本较高，且很多强度高的混凝土的延性很差，不利于桥墩的抗震安全。高性能水泥基复合材料(ecc)是一种延性混凝土材料，其极限应变较普通混凝土提高几十倍，特别适用于应用在桥墩底部易发生地震损伤破坏的部位。因此，将ecc应用于桥墩构件，并且成本可控，将对提高钢筋混凝土桥墩抗震性能具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩及施工方法，该桥墩的抗震性能显著提高，并且成本可控，易于工程应用推广。

2、为了达到上述目的，本发明提供的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩包括上部结构、中部过渡区、墩底、纵向钢筋和箍筋；其中，上部结构、中部过渡区和墩底由上至下依次设置，墩底采用高性能水泥基复合材料制成；上部结构采用普通水泥混凝土材料制成；中部过渡区采用钢纤维水泥混凝土材料制成；多根纵向钢筋间隔设置在上部结构、中部过渡区和墩底的边缘部位；多圈箍筋沿上下方向环绕固定在纵向钢筋的外部。

3、所述中部过渡区的高度为100mm，钢纤维水泥混凝土材料由钢纤维和普通水泥混凝土材料组成，其中钢纤维的体积分数为2％，钢纤维长度大于等于6cm。

4、所述墩底的高度lr根据桥墩高度、纵向钢筋的直径以及纵向钢筋的屈服强度按下列公式计算：

5、lr＝1.5(0.08l+0.022dsfy)

6、式中：k为塑性铰长度系数，取k＝1.5；l为桥墩高度；ds为纵向钢筋的直径；fy为纵向钢筋的屈服强度。

7、所述纵向钢筋采用hrb400钢筋，箍筋采用hpb300钢筋，钢筋的直径、型号和数量按设计承载力计算获得。

8、所述ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩的截面形状为圆形、矩形和椭圆形中的任一种。

9、本发明提供的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩的施工方法是：先按设计要求捆扎好纵向钢筋和箍筋，然后支设模板，之后在模板内浇筑高性能水泥基复合材料到至墩底的高度lr，然后浇筑钢纤维水泥混凝土材料至中部过渡区的高度100mm，最后浇筑普通水泥混凝土材料至上部结构的高度，待所有浇筑材料凝固并达到设计要求即可制成所述ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩。

10、本发明具有的优点和积极效果是：墩底采用ecc，其具有很好的延性，在地震作用下墩底变形较大，因此不易发生破坏，虽然ecc较水泥混凝土成本高出几十倍，但因使用量有限，因此桥墩整体成本可控；在ecc和由水泥混凝土材料制成的上部结构之间设置由钢纤维水泥混凝土材料制成的中部过渡区，能够有效提高ecc和水泥混凝土之间的连接强度，保证在地震作用下ecc和水泥混凝土协同工作，因此能够有效提高桥墩的抗震能力，且成本可控，可为强震区桥梁设计提供一种新的桥墩形式。

技术特征：

1.一种ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩，其特征在于：所述ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩包括上部结构(1)、中部过渡区(2)、墩底(3)、纵向钢筋(4)和箍筋(5)；其中，上部结构(1)、中部过渡区(2)和墩底(3)由上至下依次设置，墩底(3)采用高性能水泥基复合材料制成；上部结构(1)采用普通水泥混凝土材料制成；中部过渡区(2)采用钢纤维水泥混凝土材料制成；多根纵向钢筋(4)间隔设置在上部结构(1)、中部过渡区(2)和墩底(3)的边缘部位；多圈箍筋(5)沿上下方向环绕固定在纵向钢筋(4)的外部。

2.根据权利要求1所述的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩，其特征在于：所述中部过渡区(2)的高度为100mm，钢纤维水泥混凝土材料由钢纤维和普通水泥混凝土材料组成，其中钢纤维的体积分数为2％，钢纤维长度大于等于6cm。

3.根据权利要求1所述的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩，其特征在于：所述墩底(3)的高度lr根据桥墩高度、纵向钢筋的直径以及纵向钢筋的屈服强度按下列公式计算：

4.根据权利要求1所述的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩，其特征在于：所述纵向钢筋(4)采用hrb400钢筋，箍筋(5)采用hpb300钢筋，钢筋的直径、型号和数量按设计承载力计算获得。

5.根据权利要求1所述的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩，其特征在于：所述ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩的截面形状为圆形、矩形和椭圆形中的任一种。

6.一种如权利要求1至5中任一种所述的ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩的施工方法，其特征在于：所述施工方法是：先按设计要求捆扎好纵向钢筋(4)和箍筋(5)，然后支设模板，之后在模板内浇筑高性能水泥基复合材料到至墩底(3)的高度lr，然后浇筑钢纤维水泥混凝土材料至中部过渡区(2)的高度100mm，最后浇筑普通水泥混凝土材料至上部结构(1)的高度，待所有浇筑材料凝固并达到设计要求即可制成所述ecc-水泥混凝土组合抗震桥墩。

技术总结
一种ECC‑水泥混凝土组合抗震桥墩及施工方法。桥墩包括上部结构、中部过渡区、墩底、纵向钢筋和箍筋；墩底采用高性能水泥基复合材料制成；上部结构采用普通水泥混凝土材料制成；中部过渡区采用钢纤维水泥混凝土材料制成。本发明效果：墩底采用ECC，具有很好延性，在地震作用下墩底变形较大，因此不易发生破坏，虽然ECC较水泥混凝土成本高出几十倍，但因使用量有限，因此桥墩整体成本可控；在ECC和由水泥混凝土材料制成的上部结构之间设置由钢纤维水泥混凝土材料制成的中部过渡区，能够有效提高ECC和水泥混凝土之间的连接强度，保证在地震作用下ECC和水泥混凝土协同工作，因此能够有效提高桥墩的抗震能力，且成本可控。

技术研发人员：陈宇,魏梦辉,罗家辉,霍佩涵,欧书婷,刘宛清,黄信
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16