趙延吉，劉 莉，張 婷

（沈陽建筑大學(xué)土木 工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110168）

1 裝配式建筑簡介

發(fā)展和推廣裝配式建筑，是推進(jìn)建筑技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要手段，也是社會高質(zhì)量發(fā)展的重要方面。在我國綠色建筑行業(yè)的未來發(fā)展中，發(fā)展裝配式建筑是一條重要途徑。

裝配式建筑是對目標(biāo)建筑物進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，把目標(biāo)建筑物的局部或全部構(gòu)件在預(yù)制工廠加工完成，再運(yùn)送到施工現(xiàn)場后利用可靠的連接方式將各個構(gòu)件拼裝成為目標(biāo)建筑物[1]。裝配式建筑主要的優(yōu)點(diǎn)有節(jié)能、環(huán)保、節(jié)約模板、縮短工期等。同樣，裝配式建筑在成本、協(xié)同設(shè)計等方面也存在一定的不足。

2 裝配式技術(shù)在橋墩上的應(yīng)用

起初，裝配式技術(shù)的使用主要集中于橋梁的上部結(jié)構(gòu)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，裝配式技術(shù)開始逐步向橋梁的下部結(jié)構(gòu)發(fā)展。預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)是將目標(biāo)橋梁構(gòu)件在預(yù)制工廠進(jìn)行生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行節(jié)段拼裝和部分澆筑[2]。隨著技術(shù)研究的不斷深入，國內(nèi)外專家學(xué)者在不斷的摸索和實(shí)踐中研發(fā)出了預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)，并取得了顯著成效。

20 世紀(jì)60 年代，歐美等國家開始著手預(yù)制橋梁的下部結(jié)構(gòu)，并在實(shí)際的工程當(dāng)中進(jìn)行了運(yùn)用[3-5]。德克薩斯Corpus Christi JFK 堤道橋是美國第一座運(yùn)用預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)的橋梁并取得了不錯成果。在此之后，北卡萊羅納Linn Cove 高架橋、科羅拉多Vail 通訊橋等也相繼建成。我國第一座運(yùn)用預(yù)制節(jié)段拼裝技術(shù)的橋梁為東海大橋[6]，實(shí)現(xiàn)了在復(fù)雜的施工環(huán)境中完成相對簡便的建設(shè)。隨后也應(yīng)用到越來越多的橋梁建設(shè)當(dāng)中，例如北京積水潭橋、上海長江大橋、港珠澳大橋等均實(shí)現(xiàn)了預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)的運(yùn)用。其中，有世界上最長跨海大橋之稱的港珠澳大橋所運(yùn)用的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)受到全世界矚目。

預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩所具備的優(yōu)勢有：在預(yù)制工廠完成的橋墩節(jié)段更能保證其質(zhì)量；現(xiàn)場拼裝施工所需的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于現(xiàn)場現(xiàn)澆所需的時間，極大的縮短工期；位于交通樞紐的橋梁施工能夠減小對周圍交通的影響；位于高危險區(qū)域的橋梁施工可以減小施工人員在現(xiàn)場施工的時間，相對提高了安全系數(shù)；使用預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩能夠降低橋梁的全壽命成本。同樣，預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩本身也有不可避免的劣勢：耐久性能，如橋墩節(jié)段間的裂縫開裂會導(dǎo)致內(nèi)部鋼筋銹蝕；在抗震性能方面，已完成建設(shè)的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩均沒有經(jīng)歷過真實(shí)的地震，所以橋梁的整體抗震性能并不是很明確[7]。

3 預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩的連接方式

現(xiàn)有的預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)總體上可以分為三類[7]：①整體預(yù)制橋墩。此類橋墩是將橋墩整體先在預(yù)制工廠加工完成，運(yùn)送到施工現(xiàn)場進(jìn)行拼接，一般利用導(dǎo)向短柱式方法進(jìn)行定位，橋墩柱與基礎(chǔ)一般使用承插式接縫方法進(jìn)行連接，橋墩柱內(nèi)部往往不使用預(yù)應(yīng)力鋼筋。此類技術(shù)方案主要應(yīng)用于橋墩柱比較低的橋梁建筑。②無預(yù)應(yīng)力濕接頭連接的節(jié)段預(yù)制橋墩。此類橋墩是將橋墩整體分為若干個節(jié)段，在各個節(jié)段之間留有一段施工縫，并設(shè)置支承（導(dǎo)向）短柱用于定位，先在預(yù)制工廠完成橋墩各個節(jié)段的預(yù)制，再運(yùn)送到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，隨后進(jìn)行局部混凝土的澆筑，將各個節(jié)段連接成整體。此類技術(shù)方案主要應(yīng)用于橋墩柱比較高的橋梁建筑。③匹配預(yù)制技術(shù)的預(yù)應(yīng)力預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩。此類橋墩在國外十分常見，此類橋墩是先將橋墩整體在預(yù)制工廠預(yù)制成若干匹配構(gòu)件，在施工現(xiàn)場運(yùn)用垂直預(yù)應(yīng)力張拉鋼筋使橋墩各個構(gòu)件以及構(gòu)件與基礎(chǔ)相連接，各個構(gòu)件之間涂上環(huán)氧膠來增強(qiáng)橋墩節(jié)段間的耐久性。此類措施的應(yīng)用較為廣泛，各種橋梁建筑基本上均可應(yīng)用。

4 一種新型預(yù)制節(jié)段拼裝鋼管混凝土橋墩的連接方案

本文提出一種新型預(yù)制節(jié)段拼裝鋼管混凝土橋墩的連接構(gòu)件，具體由預(yù)制下節(jié)段、預(yù)制中節(jié)段、預(yù)制上節(jié)段和預(yù)制連接件構(gòu)成，如圖1 所示。

圖1 預(yù)制構(gòu)件詳圖

在預(yù)制下節(jié)段中，1 為圓鋼管，2 為混凝土（混凝土2 的上表面與環(huán)形擋片3 的上表面齊平）。3 為環(huán)形擋片，焊接在圓鋼管1 的內(nèi)部，發(fā)揮傳力、分隔、固定位置的作用，其寬度是預(yù)制連接件鋼管6 厚度的1～2 倍。環(huán)形擋片3的上表面以下為混凝土2，環(huán)形擋片3 的上表面以上為空心圓形槽，為預(yù)制連接件的放入位置。4 為圓形鋼片環(huán)，內(nèi)環(huán)焊接在圓鋼管1 的頂部外表面，為螺栓孔5 的載體。5 為螺栓孔，8～12 個螺栓孔均勻分布在圓形鋼片環(huán)4 上，其作用為通過高強(qiáng)螺栓將預(yù)制下節(jié)段、預(yù)制上節(jié)段、預(yù)制連接件連接為一個整體。預(yù)制上節(jié)段在結(jié)構(gòu)形式上為預(yù)制下節(jié)段的倒立式，其他完全相同。

在預(yù)制中節(jié)段中，1 為圓鋼管，2 為混凝土（混凝土2 的下表面坐落于圓鋼片3'之上，混凝土2 的上表面與環(huán)形擋片3 的上表面齊平）。3 為環(huán)形擋片，3'為圓鋼片，焊接在圓鋼管1 的內(nèi)部，其外徑等于圓鋼管1 的內(nèi)徑，發(fā)揮傳力、分隔、固定位置的作用。圓鋼片3'的下表面以下和環(huán)形擋片3 的上表面以上為空心圓形槽，為預(yù)制連接件的放入位置，環(huán)形擋片3 與圓鋼片3'之間為混凝土2。4 為圓形鋼片環(huán)，5 為螺栓孔。

在預(yù)制連接件中，6 為圓鋼管，其外徑大小等于圓鋼管1 的內(nèi)徑。2 為混凝土（混凝土2 的上下表面與圓鋼管6 的上下表面齊平）。7 為加勁肋板，在圓鋼管6 內(nèi)表面平均安插8～12 塊加勁肋板，呈矩形狀，兩端表面分別與圓鋼管6 上下表面齊平，將加勁肋板置于混凝土2 中，提高連接件水平承載力。8 為圓形鋼片環(huán)，內(nèi)環(huán)焊接在圓鋼管6 中部外表面（均分預(yù)制連接件），為螺栓孔5 的載體。5 為螺栓孔。

新型預(yù)制節(jié)段拼裝鋼管混凝土橋墩的預(yù)制過程如下：在預(yù)制下節(jié)段11 時，將圓鋼管1 底口封住，向圓鋼管1 中注入混凝土，當(dāng)混凝土高度達(dá)到環(huán)形擋片3 上表面高度時停止注入，進(jìn)行振搗，確?；炷僚c環(huán)形擋片3 的上表面齊平后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。預(yù)制中節(jié)段13 和預(yù)制上節(jié)段14 的預(yù)制方法與預(yù)制下節(jié)段11 相同。在預(yù)制連接件12 和預(yù)制連接件12'時，將圓鋼管6 底口封住，往圓鋼管6 中注入混凝土，當(dāng)混凝土高度達(dá)到圓鋼管6 上表面高度時停止注入，進(jìn)行振搗，確保混凝土與圓鋼管6 的上表面齊平后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

將各個構(gòu)件運(yùn)送到施工現(xiàn)場后，拼裝過程如下：以三節(jié)段拼裝橋墩為例，如圖2 所示，先將預(yù)制下節(jié)段11 置于橋墩基礎(chǔ)中，并鋪設(shè)封底鋼板10。后將預(yù)制連接件12 置于預(yù)制下節(jié)段11 上端空心圓形槽中，要求豎直方向?qū)R，螺栓孔對齊。在將預(yù)制中節(jié)段13 下端空心圓形槽置于預(yù)制連接件12 上，要求豎直方向?qū)R，螺栓孔對齊，用高強(qiáng)螺栓15 將預(yù)制下節(jié)段11、預(yù)制連接件12、預(yù)制中節(jié)段13 連接為一個整體。將預(yù)制連接件12′置于預(yù)制中節(jié)段13 上端空心圓形槽中，要求豎直方向?qū)R，螺栓孔對齊，后將預(yù)制上節(jié)段14 下端空心圓形槽置于預(yù)制連接件12'上，要求豎直方向?qū)R，螺栓孔對齊。用高強(qiáng)螺栓15'將預(yù)制中節(jié)段13、預(yù)制連接件12'、預(yù)制上節(jié)段14連接為一個整體。鋪設(shè)封頂鋼板16 后與橋梁的上部結(jié)構(gòu)連接。

圖2 構(gòu)件拼裝詳圖

本連接構(gòu)件取消了傳統(tǒng)預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置中的預(yù)應(yīng)力筋、整體節(jié)段之間的焊接以及局部混凝土的澆筑。通過內(nèi)套筒轉(zhuǎn)化的形式將預(yù)制下節(jié)段與預(yù)制上節(jié)段連接在一起，且采用各連接結(jié)構(gòu)預(yù)制化，在施工期間無須澆筑混凝土，可以直接拼裝完成，運(yùn)輸方便，設(shè)計及制作簡便，極大縮短了施工工期。本連接構(gòu)件在傳遞豎向荷載的同時，也具有較好的耗能性能。

5 結(jié)語

預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩技術(shù)適應(yīng)當(dāng)前的社會發(fā)展需求，加快了橋梁技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的步伐，同時又滿足當(dāng)代對橋梁建設(shè)所提出的要求。本文提出的新型預(yù)制節(jié)段拼裝鋼管混凝土橋墩的連接構(gòu)件，具有操作簡便、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，同時又能增強(qiáng)橋墩節(jié)段間的耐久性和整體抗震性，為預(yù)制裝配式橋墩設(shè)計提供參考，其性能有待于進(jìn)一步研究。