裝配式橋梁墩柱節點連接設計及受力性能研究

歐陽志宜 （安徽省路橋工程集團有限責任公司，安徽 合肥230031）

與現澆橋梁施工相比，裝配式橋梁施工主要是施工工藝以及節點連接方式的不同，它是將橋梁的主要構件通過工廠化預制，運至現場后進行拼裝。而節點是結構中傳遞荷載的重要部分，其連接處往往最易遭到損傷和破壞，故節點連接處性能好壞對整體結構起著決定性作用。

預制裝配式橋梁施工技術具有節能、環保、高效等優點，在國外應用較為廣泛，而在國內正處于發展階段，其抗震性能在國內外受到廣泛研究[1-3]。由于裝配式橋梁屬于分段預制、整體拼裝的結構形式，故在地震作用下主要是下部結構發生破壞，進而導致上部結構破壞（移位、落梁等），嚴重時導致整體結構坍塌，故裝配式橋梁主要研究下部結構的抗震性能。

1 工程概述

文章以G3京臺高速方興大道至馬堰段中派河大橋引橋為背景，介紹了預制裝配式橋梁墩柱節點的連接設計方式，包括墩柱與承臺和墩柱與蓋梁的連接，并建立墩柱Midas模型，研究節點連接處的受力性能。

中派河大橋引橋下部結構如圖1所示，其中，蓋梁采用C40混凝土，墩柱采用C70混凝土，承臺采用C40和C50混凝土。

2 墩柱節點連接設計

2.1 墩柱與承臺的連接

預制裝配式橋梁結構中，墩柱與承臺連接通常采用現澆法和承插法兩種方式。現澆法是通過在預制墩柱底部和承臺頂部分別預留連接鋼筋，預制墩柱吊裝到位后通過現場澆筑連接段連接，這種方法連接段質量控制難度較大，施工要求高，應用較少。承插法是將預制墩身插入承臺對應預留的定位槽中，并在墩身與定位槽之間的空隙澆筑混凝土，使之連接成整體，具有一定的穩定性。該方法施工簡單，安裝方便，現場工作量相對少，應用相對廣泛。

圖1 橋梁下部結構尺寸

G3京臺高速方興大道至馬堰段中派河大橋引橋中，承臺與墩柱采用承插法連接，首先將定位墩連接，通過自行設計的模板（如圖2）完成承臺與定位墩的一次性澆筑，承臺主體采用C40混凝土現澆，承臺后澆C50混凝土與墩柱連接。

圖2 承臺模板

圖3 承臺模板定位墩

2.2 墩柱與蓋梁的連接

墩柱與蓋梁的連接主要有：

①鉸接縫連接。接觸面涂抹結構膠，再通過預應力連接構件連接。

②濕接縫連接。在墩柱頂部和蓋梁底部預留定位鋼筋，首先通過耦合器將兩段進行耦合，再灌注混凝土使之連接成一整體。

③干接縫連接，通過預應力連接。

本技術采用承插式連接，墩柱頂部預留鋼筋，環形布置，蓋梁預制時通過鋼波紋管預留孔洞，安裝時墩柱的預留鋼筋插入蓋梁預留孔洞，在底部鋪一層環氧砂漿找平，預留孔洞中灌注微膨脹的自流平高強砂漿。該法較其他連接方法不需要施加預應力，不需要耦合器，施工簡便，并且可以避免短距離使用時的預應力損失。

3 模型建立

建立兩種工況，兩種工況采用同一基本模型，如圖4。

圖4 基本模型

邊界條件設立不同，分別如下：

工況一。墩柱與承臺現澆連接，模型建立時墩柱與承臺連接處采用固結，不考慮地基作用影響，承臺底部采用固結。

工況二。承臺與墩柱用定位墩連接，模型建立時墩柱底部采用鉸接連接，不考慮地基作用影響，承臺底部采用固結。

試驗加載。分別對兩種工況下的墩柱在墩頂處加載，采用位移控制加載法，即通過控制加載使之產生相同的位移，研究加載力的大小。

4 節點連接處受力性能分析

分別對兩種工況進行加載分析，工況一條件下，墩柱在正常使用極限下，墩頂的應力變形都比較小。工況二條件下，墩柱在正常使用極限下，產生同樣的墩頂位移，所需的加載力比工況一大，但相差不大，滿足使用要求。兩種工況下墩柱墩頂位移與水平力關系如圖5所示。

在不考慮地基作用條件下，工況二墩柱底部受到周邊承臺混凝土的約束，產生應力變形非常小，近似于墩柱與承臺進行了固結，與工況一條件下受力性能基本一致。國外LIN J C等人[4]的研究試驗也表明，承插法連接的鋼筋混凝土構件由于存在剪力鍵，其耗能能力與現澆法施工并無明顯區別，受力性能較為穩定。

圖5 兩種工況下墩頂位移與水平力關系

5 結論

全預制裝配式施工技術近年來應用廣泛，實踐證明，通過將橋梁的樁基、墩柱、蓋梁、主梁、護欄等在工廠進行整體預制或節段預制，可實現80%以上構件的預制施工，并在施工現場進行安裝和吊裝施工，變順序施工為并行施工，節約了大量工期，保證了工程質量。可以解決橋梁施工中的占用場地時間長、安全隱患多，投入資源多、環境破壞大等諸多問題。從社會、環境、經濟分析，具有較大優勢，推廣應用前景廣闊。

文章通過對兩種不同連接方式進行模型建立和分析研究，驗證了用定位墩連接承臺與墩柱連接方式（承插式）的可靠性。