装配式桥梁墩柱节点连接设计及受力性能研究

欧阳志宜 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥230031）

与现浇桥梁施工相比，装配式桥梁施工主要是施工工艺以及节点连接方式的不同，它是将桥梁的主要构件通过工厂化预制，运至现场后进行拼装。而节点是结构中传递荷载的重要部分，其连接处往往最易遭到损伤和破坏，故节点连接处性能好坏对整体结构起着决定性作用。

预制装配式桥梁施工技术具有节能、环保、高效等优点，在国外应用较为广泛，而在国内正处于发展阶段，其抗震性能在国内外受到广泛研究[1-3]。由于装配式桥梁属于分段预制、整体拼装的结构形式，故在地震作用下主要是下部结构发生破坏，进而导致上部结构破坏（移位、落梁等），严重时导致整体结构坍塌，故装配式桥梁主要研究下部结构的抗震性能。

1 工程概述

文章以G3京台高速方兴大道至马堰段中派河大桥引桥为背景，介绍了预制装配式桥梁墩柱节点的连接设计方式，包括墩柱与承台和墩柱与盖梁的连接，并建立墩柱Midas模型，研究节点连接处的受力性能。

中派河大桥引桥下部结构如图1所示，其中，盖梁采用C40混凝土，墩柱采用C70混凝土，承台采用C40和C50混凝土。

2 墩柱节点连接设计

2.1 墩柱与承台的连接

预制装配式桥梁结构中，墩柱与承台连接通常采用现浇法和承插法两种方式。现浇法是通过在预制墩柱底部和承台顶部分别预留连接钢筋，预制墩柱吊装到位后通过现场浇筑连接段连接，这种方法连接段质量控制难度较大，施工要求高，应用较少。承插法是将预制墩身插入承台对应预留的定位槽中，并在墩身与定位槽之间的空隙浇筑混凝土，使之连接成整体，具有一定的稳定性。该方法施工简单，安装方便，现场工作量相对少，应用相对广泛。

图1 桥梁下部结构尺寸

G3京台高速方兴大道至马堰段中派河大桥引桥中，承台与墩柱采用承插法连接，首先将定位墩连接，通过自行设计的模板（如图2）完成承台与定位墩的一次性浇筑，承台主体采用C40混凝土现浇，承台后浇C50混凝土与墩柱连接。

图2 承台模板

图3 承台模板定位墩

2.2 墩柱与盖梁的连接

墩柱与盖梁的连接主要有：

①铰接缝连接。接触面涂抹结构胶，再通过预应力连接构件连接。

②湿接缝连接。在墩柱顶部和盖梁底部预留定位钢筋，首先通过耦合器将两段进行耦合，再灌注混凝土使之连接成一整体。

③干接缝连接，通过预应力连接。

本技术采用承插式连接，墩柱顶部预留钢筋，环形布置，盖梁预制时通过钢波纹管预留孔洞，安装时墩柱的预留钢筋插入盖梁预留孔洞，在底部铺一层环氧砂浆找平，预留孔洞中灌注微膨胀的自流平高强砂浆。该法较其他连接方法不需要施加预应力，不需要耦合器，施工简便，并且可以避免短距离使用时的预应力损失。

3 模型建立

建立两种工况，两种工况采用同一基本模型，如图4。

图4 基本模型

边界条件设立不同，分别如下：

工况一。墩柱与承台现浇连接，模型建立时墩柱与承台连接处采用固结，不考虑地基作用影响，承台底部采用固结。

工况二。承台与墩柱用定位墩连接，模型建立时墩柱底部采用铰接连接，不考虑地基作用影响，承台底部采用固结。

试验加载。分别对两种工况下的墩柱在墩顶处加载，采用位移控制加载法，即通过控制加载使之产生相同的位移，研究加载力的大小。

4 节点连接处受力性能分析

分别对两种工况进行加载分析，工况一条件下，墩柱在正常使用极限下，墩顶的应力变形都比较小。工况二条件下，墩柱在正常使用极限下，产生同样的墩顶位移，所需的加载力比工况一大，但相差不大，满足使用要求。两种工况下墩柱墩顶位移与水平力关系如图5所示。

在不考虑地基作用条件下，工况二墩柱底部受到周边承台混凝土的约束，产生应力变形非常小，近似于墩柱与承台进行了固结，与工况一条件下受力性能基本一致。国外LIN J C等人[4]的研究试验也表明，承插法连接的钢筋混凝土构件由于存在剪力键，其耗能能力与现浇法施工并无明显区别，受力性能较为稳定。

图5 两种工况下墩顶位移与水平力关系

5 结论

全预制装配式施工技术近年来应用广泛，实践证明，通过将桥梁的桩基、墩柱、盖梁、主梁、护栏等在工厂进行整体预制或节段预制，可实现80%以上构件的预制施工，并在施工现场进行安装和吊装施工，变顺序施工为并行施工，节约了大量工期，保证了工程质量。可以解决桥梁施工中的占用场地时间长、安全隐患多，投入资源多、环境破坏大等诸多问题。从社会、环境、经济分析，具有较大优势，推广应用前景广阔。

文章通过对两种不同连接方式进行模型建立和分析研究，验证了用定位墩连接承台与墩柱连接方式（承插式）的可靠性。