一种UHPC预制空心桥墩和承台的连接结构

技术领域

本发明属于桥墩结构技术领域，尤其涉及一种UHPC预制空心桥墩和承台的连接结构。

背景技术

桥墩是桥梁的主要抗震构件，遭遇地震时，在地震力的作用下，桥墩底部出现塑性铰，且易形成过大墩顶位移或残余变形，地震中可能会造成落梁等危害或震后无法修复。目前普通预制桥墩-承台的连接形式通常为灌浆套筒或承插式连接，这种方法施工质量不易保障且不易检测。另外，我国7度设防区占国土面积将近60%，以上传统预制桥墩-承台连接形式无法在高烈度区使用。另一方面，目前预制桥墩多为实心混凝土结构或普通混凝土厚壁空心结构，节段重量大，限于实际吊装能力，节段预制高度有限，进而造成高墩存在多个节段，节段间接缝又易形成薄弱部位，进而造成质量和安全隐患。鉴于传统预制桥墩-承台连接形式的不足，本专利提出一种UHPC预制空心桥墩和承台的连接结构。

发明内容

本发明目的在于提供一种UHPC预制空心桥墩和承台的连接结构，为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种UHPC预制空心桥墩和承台的连接结构，包括预制空心桥墩和承台，所述预制空心桥墩采用超高性能混凝土预制而成，预制空心桥墩底部为内撑脚加强段，内撑脚加强段的内部呈倒圆台空腔形从而内撑脚加强段的壁厚自上而下逐渐增加，内撑脚加强段的外径与预制空心桥墩保持一致，在内撑脚加强段的底部外侧设有倒环形台缺口，在预制空心桥墩内环向均匀布置有多根桥墩连接筋，桥墩连接筋的底部悬置于倒环形台缺口内；

在承台顶部中间设有用于放置预制空心桥墩的倒梯形凹槽，在倒梯形凹槽内绕周向均布有多根第一承台连接筋，所述第一承台连接筋位于倒环形台缺口内且与桥墩连接筋绕周向交替布置，在预制空心桥墩与倒梯形凹槽空隙之间浇筑有超高性能混凝土。

优选的，在倒环形台缺口处的内撑脚加强段上设有两个流通孔，所述流通孔斜向下指向内撑脚加强段内部，在倒梯形凹槽的底部中间设有多根第二承台连接筋，第二承台连接筋伸入内撑脚加强段内部，且第二承台连接筋顶部低于承台顶面。

优选的，所述流通孔内径大于超高性能混凝土压注管最小直径及振捣棒直径；流通孔的斜向角度和位置根据内撑脚加强段和倒梯形凹槽的规格尺寸确定，以保证振捣棒从倒梯形凹槽插入流通孔伸入内撑脚加强段内部。

优选的，在倒环形台缺口和/或倒梯形凹槽内壁上设有UHPC连接加强结构。

优选的，所述UHPC连接加强结构包括设置在倒环形台缺口和/或倒梯形凹槽内壁上的多个环形键槽和多个环形凸键，其中环形键槽和环形凸键自上而下依次交替布置，所述环形键槽呈扩口状。

优选的，所述UHPC连接加强结构包括设置在倒环形台缺口和/或倒梯形凹槽内壁上的多个竖向键槽和多个竖向凸键，其中个竖向键槽和个竖向凸键在圆周方向上依次交替布置，所述个竖向键槽呈扩口状。

优选的，所述UHPC连接加强结构包括阵列均匀布置在倒环形台缺口和/或倒梯形凹槽内壁上的多个棱台型凸键，相邻棱台型凸键之间围成棱台型键槽，棱台型凸键和棱台型键槽相互交错阵列布置。

优选的，桥墩连接筋的底端、承台连接筋的顶端均为U形折勾；在内撑脚加强段内绕周向均布有多根撑脚连接筋，撑脚连接筋上半部沿竖向伸入预制空心桥墩内且与桥墩连接筋绕周向交替布置，撑脚连接筋下半部向内弯折延伸于内撑脚加强段内。

优选的，所述倒梯形凹槽的深度不低于倒环形台缺口的高度。

优选的，内撑脚加强段的高度不低于预制空心桥墩的2倍塑性铰高度。

本发明所具有的有益效果为：（1）该预制空心桥墩主体采用超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）制作，保障了桥墩强度，降低壁厚有利于减轻节段重量增加节段高度，进而提高桥墩的整体性；采用预制结构可以显著缩短施工工期，降低建设成本。

（2）采用超高性能混凝土可以更好地满足预制桥墩承载力要求，有效控制桥墩局部混凝土剥落或局部“压溃”，从而使桥墩在地震作用下具备良好的抗震性能。

（3）预制空心桥墩底部塑性铰区域采用变截面形式的内撑脚加强段不仅提高了桥墩抗剪切能力，避免塑性铰过早破坏，还有利于桥墩抗震能力的提升；预制空心桥墩底部的倒环形台缺口变截面处设置环形倒角，以防止出现应力集中现象。

（4）各个连接筋采用浇筑UHPC无接触搭接，无需钢筋连接器，降低了对施工精度的要求，提高了现场施工效率。同时，各个连接筋搭接处采用U形弯钩形式，可以降低空心预制桥墩插入承台深度，进而可以减少承台厚度。

（5）在倒环形台缺口处的内撑脚加强段和/或倒梯形凹槽内壁上设有UHPC连接加强结构。其中，UHPC连接加强结构可以采用多种结构方式，从而大大增强了预制桥墩和承台之间的整体连接强度，采用UHPC浇筑可保障不同材料间的连接强度，提高整体性，有利于预制桥墩全寿命周期内的耐久性。

附图说明

图1为预制空心桥墩的结构示意图；

图2为承台的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图；

图4为图3中K部分的结构放大图；

图5为UHPC连接加强结构为多个环形凸键时的结构示意图；

图6为UHPC连接加强结构为多个条形凸键时图3中A-A向剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括预制空心桥墩7和承台9，所述预制空心桥墩7采用超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）预制而成，预制空心桥墩7底部为内撑脚加强段5，内撑脚加强段5的内部呈倒圆台空腔形从而内撑脚加强段5的壁厚自上而下逐渐增加，内撑脚加强段5的外径与预制空心桥墩7保持一致，在内撑脚加强段5的底部外侧设有倒环形台缺口2，倒环形台缺口2变截面处设置环形倒角8，以防止出现应力集中现象；在预制空心桥墩7内环向均匀布置有多根桥墩连接筋6，桥墩连接筋6的底部悬置于倒环形台缺口2内。

该预制空心桥墩主体采用超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）制作，保障了桥墩强度，降低壁厚有利于减轻节段重量增加节段高度，进而提高桥墩的整体性；采用预制结构可以显著缩短施工工期，降低建设成本；采用超高性能混凝土可以更好地满足预制桥墩承载力要求，有效控制桥墩局部混凝土剥落或局部“压溃”，从而使桥墩在地震作用下具备良好的抗震性能。

在承台9顶部中间设有用于放置预制空心桥墩7的倒梯形凹槽10，倒梯形凹槽10的底部内径大于预制空心桥墩7的外径，在倒梯形凹槽10内绕周向均布有多根第一承台连接筋12，所述第一承台连接筋12位于倒环形台缺口2内且与桥墩连接筋6绕周向交替布置，在预制空心桥墩7与倒梯形凹槽10空隙之间浇筑有超高性能混凝土14。

在倒环形台缺口2处的内撑脚加强段5上设有两个流通孔3，所述流通孔3斜向下指向内撑脚加强段5内部，在倒梯形凹槽10的底部中间设有多根第二承台连接筋13，第二承台连接筋13伸入内撑脚加强段5内部，且第二承台连接筋13顶部低于承台9顶面。

预制空心桥墩底部塑性铰区域采用变截面形式的内撑脚加强段不仅提高了桥墩抗剪切能力，避免塑性铰过早破坏，还有利于桥墩抗震能力的提升；预制空心桥墩底部的倒环形台缺口变截面处设置环形倒角，以防止出现应力集中现象。

所述流通孔3内径大于超高性能混凝土压注管最小直径及振捣棒直径；流通孔3的斜向角度和位置根据内撑脚加强段5和倒梯形凹槽10的规格尺寸确定，以保证振捣棒从倒梯形凹槽10插入流通孔3后伸入内撑脚加强段5内部。

在倒环形台缺口2和/或倒梯形凹槽10内壁上设有UHPC连接加强结构。其中，UHPC连接加强结构可以采用多种结构方式，例如，第一种结构方式：如图5所示，所述UHPC连接加强结构包括设置在倒环形台缺口2和/或倒梯形凹槽10内壁上的多个环形键槽16和多个环形凸键15，其中环形键槽16和环形凸键15自上而下依次交替布置，所述环形键槽16呈扩口状。第二种结构方式：如图6所示，所述UHPC连接加强结构包括设置在倒环形台缺口2和/或倒梯形凹槽10内壁上的多个竖向键槽18和多个竖向凸键17，其中个竖向键槽18和个竖向凸键17在圆周方向上依次交替布置，所述个竖向键槽18呈扩口状。第三种结构方式：所述UHPC连接加强结构包括阵列均匀布置在倒环形台缺口2和/或倒梯形凹槽10内壁上的多个棱台型凸键，相邻棱台型凸键之间围成棱台型键槽，棱台型凸键和棱台型键槽相互交错阵列布置。

桥墩连接筋6的底端、第一承台连接筋12、第二承台连接筋13的顶端均为U形折勾；在内撑脚加强段5内绕周向均布有多根撑脚连接筋4，撑脚连接筋4上半部沿竖向伸入预制空心桥墩7内且与桥墩连接筋6绕周向交替布置，撑脚连接筋4下半部向内弯折延伸于内撑脚加强段5内。最后，所述倒梯形凹槽10的深度不低于倒环形台缺口2的高度；内撑脚加强段5的高度不低于预制空心桥墩7的2倍塑性铰高度。

各个连接筋采用浇筑UHPC无接触搭接，无需钢筋连接器，降低了对施工精度的要求，提高了现场施工效率。同时，各个连接筋搭接处采用U形弯钩形式，可以降低空心预制桥墩插入承台深度，进而可以减少承台厚度。

为了实现内撑脚加强段5内部超高性能混凝土的浇筑，还可以在倒环形台缺口2处的内撑脚加强段5上设有两个倒U型缺口，与倒U型缺口位置相对应的撑脚连接筋4底部悬置于倒U型缺口内，这样不但能够通过两个倒U型缺口对内撑脚加强段5内部浇筑超高性能混凝土，还可以在此处增加撑脚连接筋4与超高性能混凝土的连接强度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。