一种基于ECC-软钢协同耗能的可恢复全预制节段拼装空心墩及其组装方法

本发明涉及桥梁工程，具体涉及一种基于ecc-软钢协同耗能的可恢复全预制节段拼装空心墩及其组装方法。

背景技术：

1、桥墩是桥梁结构中支撑主梁和桥面荷载的重要构件，通常位于主梁和基础之间，起到支撑和传递荷载的作用。桥墩的设计和类型取决于桥梁的跨度、荷载、地质条件以及其他因素。桥墩的形式往往可以分为独柱墩和排架墩。独柱墩是支撑桥梁的单个墩柱，而排架墩则是多个独立墩组合在一起形成的结构。根据材料的不同，桥墩可以分为砖石墩、混凝土墩、钢筋混凝土墩等。

2、桥墩的设计和选择需要考虑到多种因素，包括桥梁结构的要求、地质条件、环境影响以及经济性等方面的考量。不同类型的桥墩适用于不同的桥梁设计和施工需求。

3、预制节段拼装桥墩是一种结构工程中常见的设计形式，通常用于桥梁、高架等工程中。这种设计将整个桥墩或支柱分割成多个预制的节段，然后将这些节段在现场进行拼装组合，形成完整的空心墩结构。在实际的应用中因其具有高效、质量可控的结构设计形式，能够满足工程项目对结构强度、稳定性和耐久性的要求，同时降低施工难度和周期。

4、现有预制节段拼装桥墩普遍采用预制节段拼接的连接方式，然而，这种拼接方式存在耗能差、震后不易修复，甚至整个桥墩都需要重新更换的问题。

5、首先，拼装式桥墩在遭受外部冲击或振动时，地震会给结构施加水平力和扭转力，可能导致结构变形、破坏甚至倒塌。预制节段拼装桥墩在地震力作用下需要具有足够的稳定性和抗震性能。其次，预制节段之间的接缝处是结构的弱点，地震力作用下容易发生应力集中。因此，接缝的设计和施工质量对结构的耗能能力和抗震性能至关重要。最后，预制节段连接件在地震作用下承受重要的力学作用，需要具有足够的强度和延性，确保连接件不成为结构的破坏点。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于ecc-软钢协同耗能的可恢复全预制节段拼装空心墩及其组装方法，以解决现有预制节段拼装桥墩存在抗震性能不足(耗能差、残余位移大等)以及震后接缝处和连接件不易恢复等问题，提升预制拼装桥墩的震后功能可恢复性。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一种基于ecc-软钢协同耗能的可恢复全预制节段拼装空心墩，包括：依次连接的盖梁、预制空心墩节段以及承台；预制空心墩节段包括墩底空心节段以及连接在墩底空心节段顶部的多个墩身标准空心节段，墩身标准空心节段的顶部连接盖梁的底部，墩底空心节段与承台之间通过耗能组件连接；

4、耗能组件包括耗能软钢、预制ecc混凝土块、可拆卸连接在墩底空心节段底部的上开槽钢板组件以及可拆卸连接在承台顶部的下开槽钢板组件；

5、上开槽钢板组件和下开槽钢板组件间隔设置，且使用耗能软钢彼此连接，并在其间隔的缝隙处加装若干ecc混凝土块进行加固。

6、上述技术方案的有益效果为：本发明使用全预制桥墩结构，能实现快速组装，在预制空心墩节段和承台之间设置上、下开槽钢板组件，能够在地震中位移错动使得耗能软钢凹凸变形而塑性耗能，耗能软钢之间的预制ecc混凝土块可约束软钢变形并增强耗能能力，ecc的高延性则可降低损伤，ecc-软钢协同作用可以充分发挥拉压耗能特性。

7、进一步地，上开槽钢板组件包括连接在墩底空心节段底部的上连接板以及连接在上连接板底部的多个上槽板，上槽板的外边缘开设有多个用于安装耗能软钢的上钢板槽。

8、进一步地，下开槽钢板组件包括连接在所述承台顶部的下连接板以及连接在下连接板底部的多个下槽板，下槽板的外边缘开设有多个用于安装耗能软钢的下钢板槽。

9、上述技术方案的有益效果为：实现耗能装置与墩底空心节段、承台之间的可靠连接。

10、进一步地，墩身节段接缝界面设置一定凹凸倾角。

11、进一步地，盖梁、预制空心墩节段彼此之间通过高强度精轧螺纹钢筋连接。

12、上述技术方案的有益效果为：增强墩身接缝界面的抗剪强度，确保墩身整体性。

13、进一步地，盖梁和承台之间通过贯穿预制空心墩节段的无粘结预应力筋连接。

14、上述技术方案的有益效果为：空心墩身内设置连接承台和盖梁的贯通无粘结后张预应力筋，使空心墩在震后能够在预应力的作用下自复位。

15、进一步地，墩身标准空心节段和所述墩底空心节段均为空心柱体，且墩身标准空心节段的上表面和墩底空心节段的上表面均预设了内凹界面，墩身标准空心节段的下表面和盖梁的下表面均预设了凸出界面，内凹界面与凸出界面相配合。

16、进一步地，墩底空心墩节段上缘设置多个高强度精轧螺纹钢筋的锚孔，墩身标准空心墩节段开设了多个用于设置高强度精轧螺纹钢筋的预留管道，预留管道分别上下贯穿于盖梁和预制空心墩节段。

17、进一步地，墩底空心节段的底部预留了向内收窄的阶梯凸台，阶梯凸台分别贯穿上连接板和下连接板并抵靠在承台上。

18、进一步地，阶梯凸台的底部设有墩底空心节段钢板，可以减小墩底界面张开、闭合导致的损伤。

19、根据上述全预制拼装空心墩提出的一种基于ecc-软钢协同耗能的可恢复全预制节段拼装空心墩的组装方法，包括以下步骤：

20、s1、分别预制盖梁、预制空心墩节段、耗能组件、承台以及预制ecc混凝土块等各个部件；

21、s2、安装固定底部承台，将下开槽钢板组件固定在承台上，将上开槽钢板组件穿过阶梯凸台后，再与墩底空心节段的底部固定连接；

22、s3、将上开槽钢板组件的上钢板槽与下开槽钢板组件的下钢板槽一一对应，将耗能软钢安装在上开槽钢板组件与下开槽钢板组件之间；

23、s4、在上开槽钢板组件与下开槽钢板组件之间的缝隙处间隔放置预制ecc混凝土块；

24、s5、将高强度精轧螺纹钢筋安装到墩底空心节段的预留管道内，高强度精轧螺纹钢筋的锚固端锚固在承台上，无粘结预应力筋的底部穿过墩底空心节段的空心段，并锚固在承台内部；

25、s6、在墩底空心节段的上端依次安装所有的墩身标准空心节段，其中，高强度精轧螺纹钢筋依次贯穿墩身标准空心节段的薄壁，无粘结预应力筋穿过墩身标准空心节段的空心段；

26、s7、在墩身标准空心节段的顶部安装盖梁，将高强度精轧螺纹钢筋的顶端锚固在盖梁上，将无粘结预应力筋的顶端在张拉完预应力后锚固在盖梁上；

27、s8、完成安装后，在全预制节段拼装空心墩的耗能装置外表面喷涂砂浆。

28、本发明具有以下有益效果：

29、本发明相比外置耗能钢棒或软钢的安装精度要求更低，上、下开槽钢板在强震作用下交错变形使耗能软钢屈服耗能，同时由于ecc混凝土块良好的延性不会出现压溃现象，软钢-ecc形成良好的耗能机理，确保承台和预制墩身保持弹性。强震过后，可将损坏的ecc凿除，并替换新的耗能软钢，再次安装ecc块，并张拉预应力，实现预制拼装空心墩的震后低成本快速修复。本发明借助上下开槽钢板组件错动时的ecc约束软钢交错变形实现可靠耗能，在空心节段上下缘分别设置适当凹凸以增强界面抗剪强度，通过预应力筋实现自复位，震后可通过更换耗能软钢和ecc块实现功能快速恢复，成本低廉、施工便利。