預制裝配式橋梁墩柱預埋件施工工藝和力學性能分析

陳宏

摘? 要：以昭烏達路哲里木路改造提升工程為實例進行研究，充分考慮在抗震設防烈度8度區域進行裝配式橋梁施工的前提，以預制裝配式橋梁墩柱為研究對象，認真研究了上海等其他國內城市在預制裝配式結構施工工藝和經驗做法，探索了在高寒、高烈度以及中心城區實施裝配式橋梁工程的工藝研究，通過對連接件的鋼筋母材進行拉拔試驗、灌漿料的抗壓試驗，對裝配式構件連接的力學特性進行研究;通過對比灌漿套筒連接的預制墩柱和傳統現澆工藝的橋墩通過擬靜力試驗進行抗震性能對比。

關鍵詞：裝配式橋梁? 預制墩柱? 灌漿套筒連接? 施工工藝? 力學性能

中圖分類號：U44 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2021）02（c）-0052-03

Analysis of Construction Technology and Mechanical Properties of Prefabricated Bridge Piers

CHEN Hong

（Hohhot Municipal Engineering Administration Bureau， Hohhot， Inner Mongolia Autonomous Region， 010000 China）

Abstract： This paper takes Zhelimu road reconstruction and upgrading project of Zhaowuda road as an example， fully considering the premise of prefabricated bridge construction in seismic fortification intensity 8 area， taking prefabricated bridge pier column as the research object， this paper seriously studies the construction technology and experience of prefabricated structure in Shanghai and other domestic cities， and explores the implementation in high cold， high intensity and central urban areas In the process research of prefabricated bridge engineering， the mechanical characteristics of prefabricated component connection are studied through the pull-out test of the steel base material of the connector and the compression test of the grouting material; the seismic performance of prefabricated pier connected by grouting sleeve is compared with that of the pier of traditional cast-in-place technology through the pseudo static test.

Key Words： Fabricated bridge; Prefabricated pier column; Grouting sleeve connection; Construction technology; Mechanical properties

本文以全國首例高寒高烈度地區實施的裝配式高架橋梁工程、內蒙古自治區首例裝配式高架橋梁工程——昭烏達路哲里木路改造提升工程為實例進行研究，充分考慮在抗震設防烈度8度區域進行裝配式橋梁施工的前提，以預制裝配式橋橋梁的預制墩柱連接構件灌漿套筒為主要研究對象，對預制裝配式墩柱的施工工藝以及力學性能進行研究分析。

1? 裝配式墩柱連接工藝

裝配式墩柱的連接方式主要有灌漿金屬波紋管連接、灌漿套筒連接、插槽式連接、承插式接縫連接、預應力筋連接、混合式連接等連接方式[1-2]。其中，灌漿金屬波紋管連接方式由于需外伸較長的鋼筋，墩柱運輸不方便，且只適用于在低地震烈度區域應用;灌漿套筒連接方式通過灌漿料的連接作用實現預制墩柱鋼筋與預埋灌漿套筒有效連接，可提供較強的整體穩定性和抗地震能力，相對于灌漿金屬波紋管連接方式因其只需較短的外伸鋼筋，因此具有運輸的便捷性;插槽式連接方式施工工藝的要求較低，可靠性較低，外伸鋼筋的長度較長，不適用于進行長距離運輸;承插式接縫連接方式施工技術和施工工藝較為簡單，在施工過程中可以有較大的施工差異，施工的精度要求較低;預應力筋連接方式在施工過程中因需對預應力筋進行穿束、張拉、灌漿等操作，施工技術難度大，施工周期長;混合式連接方式的最大特點是抗震性能比較好，由于預應力筋提供了較強的自復位能力，大大減小了結構的震后殘余變形。但預應力筋也增加了造價，且如果預應力筋采用后張法施工，則會使現場施工變得復雜，施工工期較長[3-4]。

2? 裝配式墩柱施工工藝選擇

昭烏達路哲里木路改造提升工程位于呼和浩特市主城區，且呼和浩特市位于高寒、高烈度地區。實施裝配式橋梁工程施工，主要應考慮以下幾點因素。一是中心城區施工問題，呼和浩特目前交通擁堵嚴重，在中心城區施工需具備施工速度快、周期短、交通影響小、居民生活影響小;二是預制裝配式構件的預制構件廠需要較大施工場地（占地約500畝），因此預制構件廠需安排在距離中心城區較遠的郊區，預制構件廠距離施工現場的距離最長約20km，所有預制構件需進行長距離運輸;三是呼和浩特市屬于高寒、高烈度地區，具備施工的施工周期較短，結構抗震性能要求高[5-6]。

綜合上述影響因素，昭烏達路哲里木路改造提升工預制裝配式墩柱連接工藝采用目前國內采用較多、技術較成熟、可靠性高的灌漿套筒連接技術。

3? 墩柱預埋件力學性能研究

3.1 鋼筋套筒灌漿接頭對中單向拉伸試驗

為了確保昭烏達路哲里木路改造提升工程鋼筋套筒灌漿連接接頭的力學性能，對鋼筋套筒灌漿連接接頭進行抗拉強度試驗。

本試驗（見圖1）采用的灌漿套筒為球墨鑄鐵全灌漿套筒，采用的鋼材牌號為HRB400，鋼筋公稱直徑為40mm，樣品狀態為端頭切平、接頭符合要求，試驗檢測依據為《鋼筋機械連接技術規程》，檢測設備為WEW-2000微機屏顯示液壓萬能試驗機（SFSB04-013）。

通過對灌漿套筒連接接頭進行對中單向拉伸試驗，試驗結果（見圖2）表明，試件屈服強度平均值為465MPa，滿足標準要求的大于400MPa，符合要求;抗拉強度平均值為630MPa，滿足標準要求的大于540MPa，符合要求。

3.2 橋梁抗震試驗

為了能夠對比現澆墩柱和預制墩柱的抗震力學性能，在實驗室設計了現澆墩柱和預制墩柱兩個試件進行加載試驗。為了方便記錄，將現澆墩柱作為基礎墩柱，編號為1號，將預制墩柱作為研究和對比墩柱，編號為2號。

試驗研究結構從試件的出現裂縫、發生屈服、開始形成塑性鉸、完全形成塑性鉸以及破壞等5種狀態對試件的損傷進行描述。損傷級別分別對應為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ。

圖3為1號試件和2號試件為通過擬靜力試驗后得到的骨架曲線，通過曲線可發現，試件的初始剛度、承載力、延性變形等抗震性能可以較好的反映。骨架曲線可以表現出5種損傷狀態的位移延性水平。

通過對比1號試件（現澆墩柱）和2號試件（預制墩柱）的骨架曲線以及抗震性能參數，從發生屈服時的位移和屈服力可知，現澆墩柱相對于預制墩柱的抗震性能仍有一定優勢，但是從屈服位移的角度看幾乎一致，但對應的屈服力卻小25%左右。在試件的完全破壞時，反而出現了預制墩柱的破壞位移較現澆墩柱的破壞位移大，這主要時由于現澆墩柱的連接方式完全為剛接，而預制墩柱的連接屬于半剛接狀態，因此預制墩柱的破壞位移較大;同樣，預制墩柱的破壞力要比現澆墩柱的小，說明從受力角度考慮，預制墩柱的抗震性能仍然要弱于現澆墩柱。但從總體分析考慮，預制墩柱的抗震性能與現澆墩柱較為接近。

4? 結語

綜上訴述，對灌漿套筒連接接頭進行對中單向拉伸試驗，試件屈服強度和抗拉強度試驗結果均符合要求;對于采用灌漿套筒連接構造的預制墩柱和現澆鋼筋混凝土墩柱進行對比試驗，從位移延性及耗能能力等角度看，采用灌漿套筒連接構造的預制墩柱與現澆鋼筋混凝土墩柱具有相近的抗震性能。

參考文獻

[1] 王文煒，周暢，薛彥杰，等.外置耗能鋼板預制拼裝橋墩抗震性能研究[J].湖南大學學報：自然科學版，2020，47（9）：57-68.

[2] ZAFAR MUHAMMAD NAVEED， SALEEM， MUHAMMAD AZHAR， XIA JUN， et al. Experimental Characterization of Prefabricated Bridge Deck Panels Prepared with Prestressed and SustainableUltra-HighPerformanceConcrete[J].APPLIEDSCIENCES-BASEL，2020，10（15）：1-16.

[3] 陳雨陽.預制裝配式鐵路波形鋼腹板連續梁橋標準化設計及力學性能研究[D].合肥：合肥工業大學，2020.

[4] 張勝龍.鐵路隧道預制裝配式襯砌接頭力學性能及選型研究[D].北京：中國鐵道科學研究院，2020.

[5] 唐政.預制裝配式橋梁在城市公路中的應用[J].低溫建筑技術，2019，41（3）：56-59.

[6] 向華.預制裝配式鋼筋混凝土涵洞的應用[J].交通世界，2018（16）：102-103.