本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造。
背景技术：
我国地处环太平洋地震带和亚欧地震带之间，地震活动频繁。根据近几十年来的地震报道，较严重的地震灾害多发生于我国西部地区，如汶川地震、玉树地震等。我国西部地区多为山区丘陵，山高坡陡，地形复杂，地震烈度高。当跨越河谷或深沟时一般采用桥梁结构，由于地形条件的限制，其连续梁桥的典型特点是墩高差异悬殊，属非规则桥梁。当地震来临时，不同墩高由于刚度不同，其承受的地震荷载也不同，如果其中一跨产生较大变形甚至倒塌，可导致桥梁结构的连续倒塌。作为震区的交通生命线，桥梁结构出现这种破坏，不仅严重影响灾后的救援工作，导致巨大的人员伤亡和财产损失，还会引发次生灾害，后果不堪设想。
近些年来，为了促进西部地区的经济发展，国家对西部地区的公路建设加大了投资，桥梁结构的工程建设需求日益增加。因此，如何保证桥梁结构的抗震性能，建造速度以及对周围环境较小的扰动都是困扰高烈度区(尤其西部地区)桥梁建设的重要问题。目前，传统的桥梁建设采用现场浇筑的施工技术，其施工周期长、环境污染高、运输条件要求高，这对于高烈度区桥梁建设显然是极其不利的。
预制拼装桥梁技术作为一种先进的桥梁建造技术，在我国地震烈度7度及以下地区已经获得了一定规模的工程应用，极大地促进了地区的经济发展和环境保护。预制拼装桥梁结构相对于常规现浇结构，最大的区别在于节点的连接构造不同，如何保证节点的合理连接构造和抗震性能是保证其在高烈度应用的关键问题。结合西部地区的地形特点和强震区的抗震需求，常规技术手段是提高桥墩结构的纵向钢筋配筋率以保证其足够的抗震性能。然而，配筋率的提高对于当前普遍采用的灌浆套管和灌浆波纹管都带来极大施工困难，对预制拼装节点间的连接精度和质量都会产生较大的影响，极大地降低预制装配桥梁的技术优势，更为重要的是其抗震性是否能得到保证，现在各种行业和地方标准都规定其应用范围在地震烈度不大于7度的地区。因此，亟需研发适用于大于7度的高烈度区预制拼装桥梁节点连接形式，以推动预制拼装桥梁技术在高烈度区的应用。
技术实现要素：
为了解决背景技术中所提出的高烈度区预制拼装节点连接及其抗震问题，本发明目的在于提出一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，在满足高烈度区桥梁抗震需求、确保施工质量的同时，极大加快桥梁的建造速度和施工便捷性，可为高烈度采用预制拼装桥梁技术提供一种全新的解决方案。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，该连接方式与构造由预制墩柱(1)和预制盖梁(2)组成，预制墩柱(1)和预制盖梁(2)之间通过高性能材料(11)灌注拼接将其连为一体；所述的预制墩柱(1)由墩柱纵筋(3)、墩柱箍筋(4)、搭接纵筋(5)、搭接箍筋(6)和斜向钢筋(7)共同构成；所述的预制盖梁(2)由灌浆管道(9)、盖梁构造箍筋(10)和灌注插槽(12)组成。
所述墩柱纵筋(3)预埋于预制墩柱(1)的内部，伸出预制墩柱(1)的数量为墩柱纵筋(3)总数量的1/2，伸出预制墩柱(1)的长度不小于十六倍的墩柱纵筋(3)直径。
所述搭接纵筋(5)预埋于预制墩柱(1)内部，直径不小于28mm，在预制墩柱(1)内部的锚固长度不小于二十四倍的搭接纵筋(5)直径，伸出墩柱长度不小于十六倍搭接纵筋(5)直径，并在端部焊接矩形锚头(8)。
所述搭接箍筋(6)预埋于预制墩柱(1)内部，并向上延伸以约束搭接纵筋(5)，在预制墩柱(1)内部的间距不大于60mm，在灌注插槽(12)内的间距不大于80mm，搭接箍筋(6)的形状和尺寸根据实际抗震需求决定。
所述斜向钢筋(7)将搭接纵筋(5)和墩柱纵筋(3)连接在一起，连接方式为焊接，以实现搭接纵筋(5)和墩柱纵筋(3)之间的剪力传递。
所述灌浆管道(9)由金属波纹管或灌浆套管组成，灌浆管道(9)预埋于预制盖梁(2)内部，高度与预制盖梁(2)一致，灌浆管道(9)的内径比墩柱纵筋直径大20-40mm，壁厚不小于0.5mm。
所述墩柱纵筋(3)和灌浆管道(9)之间采用高性能材料(11)连接。
所述构造箍筋(10)将灌浆管道(9)约束并定位于预制盖梁(2)内部，其间距不小于80mm。
所述高性能材料(11)为uhpc等，抗压强度不低于120mpa，抗拉强度不低于7mpa。
所述灌注插槽(12)采用上窄下宽的酒瓶型结构，并采用高性能材料(11)与搭接纵筋(5)和搭接箍筋(6)灌注拼接，具体尺寸和形状根据搭接纵筋(5)的伸出长度确定。
本发明提出一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，在满足较高抗震需求和施工质量的同时，极大加快桥梁的建造速度，具体有益效果如下：
1.本发明采用工厂加工预制墩柱和盖梁的技术手段，预制墩柱和盖梁之间采用高性能材料(uhpc等)灌注拼接，该连接方式构造简单，施工容错率高，在保证质量和精度的同时，极大的节省了现场工作时间，降低了劳动力成本和运输成本，并减少了对周围环境的污染和扰动，保护了当地的生态环境建设。
2.墩柱纵筋的拼接数量仅为墩柱纵筋总量的一半，极大减少了盖梁内灌浆孔道的数量，利于盖梁钢筋的绑扎和施工，降低了工程造价，解决了高烈度地区满足抗震要求的高配筋率桥墩难以采用常规预制拼装技术加快工程建设速度及保证质量和抗震能力的问题。
3.相比常规混凝土和灌浆料，采用高性能材料(uhpc等)灌浆拼接，极大地降低了墩柱纵筋和搭接纵筋的伸出长度，方便了预制墩柱的运输和拼接。
4.盖梁内预留酒瓶型插槽，采用高性能材料(uhpc等)现场灌注，极大降低了现场灌注方量，施工工序简单，工程质量保证度高，具有较强的耐久性和疲劳性能，并不打断盖梁纵向钢筋受力的连续性，降低施工难度，有效保证灌注插槽的受力性能。
5、墩柱内设置斜向钢筋将墩柱纵筋和搭接纵筋连接在一起，在保证抗拉和抗剪性能同时，可实现墩柱纵筋和搭接纵筋更好的协同工作，保证节点的抗震性能。
6.墩柱内部增设大直径搭接纵筋在保证高烈度地区抗震需求的同时，可提供较大的抗剪和抗弯安全储备，保证震后墩柱塑性铰区域较小的损伤，并提供较高的竖向承载能力，极大提升了震后桥梁结构的使用功能，利于震后的救援和重建工作。
附图说明
图1是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的立面示意图。
图2是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的a-a截面示意图(圆型截面)。
图3是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的b-b截面示意图。
图4是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的c-c截面示意图。
图5是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的立面示意图。
图6是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的a-a截面示意图。
图7是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的b-b截面示意图。
图8是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造的c-c截面示意图。
图9是高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造制造拼接示意图。
附图标记说明：
1-墩柱；2-盖梁；3-墩柱纵筋；4-墩柱箍筋；5-搭接纵筋；6-搭接箍筋；7-斜向钢筋；8-搭接钢筋锚头；9-灌浆孔道；10-盖梁构造箍筋；11-高性能材料；12-灌注插槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造做进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
如附图1-8所示，本发明提供一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，
该连接方式与构造由预制墩柱(1)和预制盖梁(2)组成，预制墩柱(1)和预制盖梁(2)之间通过高性能材料(11)灌注拼接将其连为一体；所述的预制墩柱(1)由墩柱纵筋(3)、墩柱箍筋(4)、搭接纵筋(5)、搭接箍筋(6)和斜向钢筋(7)共同构成；所述的预制盖梁(2)由灌浆管道(9)、盖梁构造箍筋(10)和灌注插槽(12)组成。
所述墩柱纵筋(3)预埋于预制墩柱(1)的内部，伸出预制墩柱(1)的数量为墩柱纵筋(3)总数量的1/2，伸出预制墩柱(1)的长度不小于十六倍的墩柱纵筋(3)直径。
所述搭接纵筋(5)预埋于预制墩柱(1)内部，直径不小于28mm，在预制墩柱(1)内部的锚固长度不小于二十四倍的搭接纵筋(5)直径，伸出墩柱长度不小于十六倍搭接纵筋(5)直径，并在端部焊接矩形锚头(8)。
所述搭接箍筋(6)预埋于预制墩柱(1)内部，并向上延伸以约束搭接纵筋(5)，在预制墩柱(1)内部的间距不大于60mm，在灌注插槽(12)内的间距不大于80mm，搭接箍筋(6)的形状和尺寸根据实际抗震需求决定。
所述斜向钢筋(7)将搭接纵筋(5)和墩柱纵筋(3)连接在一起，连接方式为焊接，以实现搭接纵筋(5)和墩柱纵筋(3)之间的剪力传递。
所述灌浆管道(9)由金属波纹管或灌浆套管组成，灌浆管道(9)预埋于预制盖梁(2)内部，高度与预制盖梁(2)一致，灌浆管道(9)的内径比墩柱纵筋直径大20-40mm，壁厚不小于0.5mm。
所述墩柱纵筋(3)和灌浆管道(9)之间采用高性能材料(11)连接。
所述构造箍筋(10)将灌浆管道(9)约束并定位于预制盖梁(2)内部，其间距不小于80mm。
所述高性能材料(11)为uhpc等，抗压强度不低于120mpa，抗拉强度不低于7mpa。
所述灌注插槽(12)采用上窄下宽的酒瓶型结构，并采用高性能材料(11)与搭接纵筋(5)和搭接箍筋(6)灌注拼接，具体尺寸和形状根据搭接纵筋(5)的伸出长度确定。
一种高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其制作与安装方法包括以下步骤：
s1、在工厂绑扎墩柱纵筋(3)、墩柱箍筋(4)、搭接纵筋(5)、搭接箍筋(6)，墩柱纵筋(3)和搭接纵筋(5)之间焊接斜向钢筋(7)，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制墩柱(1)的制作，如图9的(a)所示。
s2、在工厂绑扎盖梁构造钢筋(10)及其他钢筋，预埋金属波纹管或灌浆套管形成灌浆孔道(9)，预留酒瓶型灌注插槽(12)，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制盖梁(2)的制作，如图9的(b)所示。
s3、将预制墩柱(1)和预制盖梁(2)运至施工现场，将伸出的墩柱纵筋(3)插入预制盖梁(2)内的灌浆孔道(9)，将伸出的搭接纵筋(5)和搭接箍筋(6)插入预制盖梁(2)内的灌注插槽(12)，调节结构的水平度和垂直度。
s4、现场搅拌高性能材料(11)，采用灌浆装置将高性能材料(11)注满灌浆孔道(9)，采用压浆法自灌注插槽(12)底部灌注高性能材料(11)，待高性能材料(11)从各灌浆孔道(9)和灌注插槽(12)溢出，找平收光，完成预制墩柱(1)和预制盖梁(2)的拼接工作，如图9的(c)所示。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何型式上的限制。本发明的布置型式及使用数量也不局限于本例，可以根据工程实际进行优化选择，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同变化与装饰，均仍在本发明的技术方案的范围内。
技术特征：
1.高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：该连接方式与构造由预制墩柱(1)和预制盖梁(2)组成，预制墩柱(1)和预制盖梁(2)之间通过高性能材料(11)灌注拼接将其连为一体；所述的预制墩柱(1)由墩柱纵筋(3)、墩柱箍筋(4)、搭接纵筋(5)、搭接箍筋(6)和斜向钢筋(7)共同构成；所述的预制盖梁(2)由灌浆管道(9)、盖梁构造箍筋(10)和灌注插槽(12)组成；
所述墩柱纵筋(3)预埋于预制墩柱(1)的内部；所述搭接纵筋(5)预埋于预制墩柱(1)内部，在预制墩柱(1)内部的锚固长度不小于二十四倍的搭接纵筋(5)直径，伸出预制墩柱(1)的长度不小于十六倍搭接纵筋(5)直径，并在端部焊接矩形锚头(8)；
所述搭接箍筋(6)预埋于预制墩柱(1)内部，并向上延伸以约束搭接纵筋(5)，在预制墩柱(1)内部的间距不大于60mm，在灌注插槽(12)内的间距不大于80mm，搭接箍筋(6)的形状和尺寸根据实际抗震需求决定；
所述斜向钢筋(7)将搭接纵筋(5)和墩柱纵筋(3)连接在一起；
灌浆管道(9)预埋于预制盖梁(2)内部，高度与预制盖梁(2)一致；
所述墩柱纵筋(3)和灌浆管道(9)之间采用高性能材料(11)连接；
所述构造箍筋(10)将灌浆管道(9)约束并定位于预制盖梁(2)内部。
2.根据权利要求1所述的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：所述高性能材料(11)为uhpc等，抗压强度不低于120mpa，抗拉强度不低于7mpa。
3.根据权利要求1所述的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：所述灌注插槽(12)采用上窄下宽的酒瓶型结构，并采用高性能材料(11)与搭接纵筋(5)和搭接箍筋(6)灌注拼接，具体尺寸和形状根据搭接纵筋(5)的伸出长度确定。
4.根据权利要求1所述的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：伸出预制墩柱(1)的数量为墩柱纵筋(3)总数量的1/2，伸出预制墩柱(1)的长度不小于十六倍的墩柱纵筋(3)直径。
5.根据权利要求1所述的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：所述灌浆管道(9)由金属波纹管或灌浆套管组成，灌浆管道(9)的内径比墩柱纵筋直径大20-40mm，壁厚不小于0.5mm。
6.根据权利要求1所述的高烈度区预制拼装桥梁中墩柱-盖梁节点灌注连接方式与构造，其特征在于：制作与安装方法包括以下步骤如下：
s1、在工厂绑扎墩柱纵筋(3)、墩柱箍筋(4)、搭接纵筋(5)、搭接箍筋(6)，墩柱纵筋(3)和搭接纵筋(5)之间焊接斜向钢筋(7)，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制墩柱(1)的制作；
s2、在工厂绑扎盖梁构造钢筋(10)及其他钢筋，预埋金属波纹管或灌浆套管形成灌浆孔道(9)，预留酒瓶型灌注插槽(12)，并支护模板，浇筑混凝土，完成预制盖梁(2)的制作；
s3、将预制墩柱(1)和预制盖梁(2)运至施工现场，将伸出的墩柱纵筋(3)插入预制盖梁(2)内的灌浆孔道(9)，将伸出的搭接纵筋(5)和搭接箍筋(6)插入预制盖梁(2)内的灌注插槽(12)，调节结构的水平度和垂直度；
s4、现场搅拌高性能材料(11)，采用灌浆装置将高性能材料(11)注满灌浆孔道(9)，采用压浆法自灌注插槽(12)底部灌注高性能材料(11)，待高性能材料(11)从各灌浆孔道(9)和灌注插槽(12)溢出，找平收光，完成预制墩柱(1)和预制盖梁(2)的拼接工作。
技术总结
本发明公开了高烈度区预制拼装桥梁中墩柱‑盖梁节点灌注连接方式与构造，属于桥梁工程领域。该构造由预制墩柱和预制盖梁组成，通过灌注高性能材料拼接将其连成一个桥墩体系；预制墩柱由墩柱纵筋、墩柱箍筋、搭接大直径纵筋、搭接箍筋、斜向钢筋共同构成；预制盖梁由灌浆管道、盖梁构造箍筋和灌注插槽组成；其中墩柱纵筋的拼接数量仅为其纵向受力钢筋总量的一半或更少，且采用高性能材料灌注拼接；大直径搭接纵筋在满足高烈度地区桥梁抗震需求的同时，保证震后墩柱塑性铰区域较小损伤。本发明可满足高烈度区桥梁抗震需求、确保施工质量的同时，极大加快桥梁的建造速度和施工便捷性，可为高烈度区预制拼装桥梁工程应用提供一种全新技术解决方案。
技术研发人员：韩强;张广达;许坤;思晓龙;杜修力
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：.11.26
技术公布日：.02.18
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