一种用于装配式混凝土桥墩的外包UHPC钢管连接件及其施工方法
一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件及其施工方法
技术领域
1.本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件及其施工方法。
背景技术：
2.装配式混凝土桥墩，按照装配式程度的不同，可以分为完全装配式和部分装配式。前者中，承台和桥墩节段全部在工厂预制，而且桥墩施工现场不进行任何混凝土相关的操作。因此，其承台和桥墩节段之间、相邻的桥墩节段之间一般仅通过钢结构来连接。该方式的优点为施工现场的操作难度、工作量可以降至最低。但是，对于桥墩结构强度而言，其性能是一般的，所以该方式一般适用于小型桥墩。
3.而后者中，一般仅仅是所有桥墩节段预制，或者是所有桥墩节段和承台都预制，但是各处的连接部位，则是需要现场浇筑混凝土来连接的，最终在施工操作麻烦程度和桥墩结构强度之间，取得一个较好的平衡。
4.所以，在属于部分装配式类型的混凝土桥墩上，承台与桥墩节段之间的连接件，在安装好后一般还会再浇筑一定量的混凝土，以保证更大的连接强度。
5.专利公告号为cn212452272u、公告日为2021.02.02的中国实用新型专利，公开了一种预制桥墩与承台的插槽式连接结构，包括承台、预制桥墩，在承台顶部中心位置用钢板围成一个凹槽，且在钢板上设有纵向预留孔洞、横向预留孔洞，预制桥墩上设有预留孔洞，且预留孔洞与纵向预留孔洞、横向预留孔洞相对应，用来插入超强螺栓使其连成整体，最后，在凹槽内的缝隙处填充水泥砂浆。
6.该桥墩与承台的连接结构，就属于部分装配式类型，但是其在使用过程中，就至少还存在以下2个结构强度上的不足之处。换言之，即为本发明所要解决的技术问题。
7.第一、对于水泥砂浆而言，其只能加固凹槽和桥墩，不能加固连接凹槽和承台，因此其“部分装配式”的优点没有充分体现，砂浆的添加不能显著提高桥墩的结构整体性和结构强度。
8.第二、连接件本质上仅仅是凹槽加上超强螺栓，因此桥墩一旦受到横向冲击力，则应力全部集中在矩形框架样式的凹槽，和若干个超强螺栓上，前者容易破裂、后者容易弯曲，因此其连接结构过于简单了，连接强度也是远远不够的。
9.所以综上所述，现在急需一种连接强度大、结构复杂度适中，而且可以充分发挥混凝土高强度连接效果的连接件，以用在装配式混凝土桥墩的承台和节段之间。
技术实现要素：
10.本发明提供一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其能通过在钢管单元上设置钢筋笼单元、上uhpc层单元，以及开孔钢板单元的方式，保证在承台和桥墩节段之间，提供更加高强度、更加稳定的连接效果。
11.此外，本发明还提供一种上述连接件的施工方法，包括制备施工步骤和使用施工步骤。
12.本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，结构包括单独用于内部浇筑混凝土，或用于内部和承台同步浇筑混凝土的钢管单元，设置在所述钢管单元内，并用于连接桥墩节段和承台的钢筋笼单元，设置在所述钢管单元外环面上的上uhpc层单元，以及设置在所述钢管单元外环面上，并用于连接承台的开孔钢板单元。
13.进一步优选的技术方案在于：所述钢管单元包括圆形管体，以及设置在所述圆形管体上端面上，并用于连接所述钢筋笼单元和桥墩节段、浇筑混凝土的端头开口。
14.进一步优选的技术方案在于：所述钢筋笼单元包括设置在所述圆形管体内，且上下两端分别连接桥墩节段和承台上的竖向钢筋的纵筋，设置在所述纵筋上的环向钢筋，以及设置在所述环向钢筋上的径向连接筋。
15.进一步优选的技术方案在于：所述钢筋笼单元还包括设置在所述纵筋上，并用于在所述端头开口上进行悬挂定位、给开口段混凝土提供剪力键功能的上部横向钢筋。
16.进一步优选的技术方案在于：所述上uhpc层单元包括设置在所述圆形管体外环面上的剪力键，以及设置在所述圆形管体外环面上，且覆盖所有所述剪力键的环形uhpc层。
17.进一步优选的技术方案在于：所述开孔钢板单元包括设置在所述圆形管体外环面上的凸出板，以及设置在所述凸出板上，并用于插接承台的钢筋的板体开孔。
18.进一步优选的技术方案在于：所述圆形管体外环面上设有位于所述上uhpc层单元和开孔钢板单元之间，并用于连接承台的钢筋的定位钢筋。
19.进一步优选的技术方案在于：所述纵筋包括竖向错位，并用于错缝连接的低位纵筋和高位纵筋。
20.一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件的施工方法，包括制备施工步骤和使用施工步骤，所述制备施工步骤中，所述钢筋笼单元在所述端头开口上焊接固定。
21.进一步优选的技术方案在于：所述使用施工步骤中，在所述端头开口处先浇筑混凝土，直至与所述端头开口内底面平齐，再浇筑uhpc，以用于形成所述开口段混凝土。
附图说明
22.图1为本发明中连接件的结构示意图。
23.图2为本发明中承台的上表面高度示意图。
24.图3为本发明中端头开口的位置结构示意图。
25.图4为本发明中开口段混凝土的位置结构示意图。
26.图5为本发明中钢筋笼单元的结构示意图。
27.图6为本发明中钢管单元的结构示意图。
28.附图中，各标号所代表的含义如下。
29.承台a、桥墩节段b、开口段混凝土c、承台钢筋d、承台上表面e、普通混凝土f。
30.钢管单元1、钢筋笼单元2、上uhpc层单元3、开孔钢板单元4。
31.圆形管体101、端头开口102、纵筋201、环向钢筋202、径向连接筋203、上部横向钢筋204、剪力键301、环形uhpc层302、凸出板401、板体开孔402、定位钢筋5。
具体实施方式
32.以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。
33.如附图1-6所示，一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，结构包括单独用于内部浇筑混凝土，或用于内部和承台a同步浇筑混凝土的钢管单元1，设置在所述钢管单元1内，并用于连接桥墩节段b和承台a的钢筋笼单元2，设置在所述钢管单元1外环面上的上uhpc层单元3，以及设置在所述钢管单元1外环面上，并用于连接承台a的开孔钢板单元4。
34.在本实施例中，承台a可以预制，也可以与所述钢管单元1一起现浇混凝土，其使用普通混凝土f，有别于超高性能混凝土uhpc。
35.此外，该连接件与最下方的一个桥墩节段b之间，有钢筋捆扎或焊接的作用，又有现浇uhpc的连接作用，而该连接件与承台a之间，也是相类似的高强度连接效果，包括：普通混凝土f整体的现浇连接、开孔钢板单元4处插接承台钢筋d，钢筋笼单元2也是与承台钢筋d捆扎或焊接。
36.最终，保证该连接件可以提供整体性更好、结构强度更大的连接效果。
37.所述钢管单元1包括圆形管体101，以及设置在所述圆形管体101上端面上，并用于连接所述钢筋笼单元2和桥墩节段b、浇筑混凝土的端头开口102。
38.在本实施例中，所述端头开口102从所述圆形管体101的上端面向下开设，开设区域对应圆心角度数为30-60
°
，尺寸不宜过大，保证所述钢筋笼单元2上端处的钢筋连接动作、uhpc浇筑动作可以顺利进行即可。
39.所述钢筋笼单元2包括设置在所述圆形管体101内，且上下两端分别连接桥墩节段b和承台a上的竖向钢筋的纵筋201，设置在所述纵筋201上的环向钢筋202，以及设置在所述环向钢筋202上的径向连接筋203。
40.在本实施例中，所述纵筋201的上端焊接或捆扎桥墩节段b的露出钢筋的下部，所述纵筋201的下端焊接或捆扎承台a上同样是露出的承台钢筋d，保证该连接件具有最基础的钢筋连接效果。
41.此外，所述纵筋201再加上环向钢筋202和径向连接筋203，保证所述圆形管体101内、钢筋笼单元2上的混凝土具有一个充分的高强度钢筋骨架。
42.所述钢筋笼单元2还包括设置在所述纵筋201上，并用于在所述端头开口102上进行悬挂定位、给开口段混凝土c提供剪力键功能的上部横向钢筋204。
43.在本实施例中，所述上部横向钢筋204的作用至少有以下2个。
44.第一、连接件安装、浇筑时都是竖直的，而所述圆形管体101长度、钢筋笼单元2长度都是按需预设的，因此所述钢筋笼单元2在圆形管体101内是具有唯一的指定安装位置的。
45.如果所述钢筋笼单元2偏高或偏低，都会导致至少或上或下一次的钢筋不能充分焊接或捆扎，因此所述上部横向钢筋204可以给整个所述钢筋笼单元2进行竖向安装高度的定位，保证所述钢筋笼单元2只可能位于合适的预设位置。
46.第二、在所述端头开口102的高度范围内，需要最后浇筑uhpc，以保证充分的固定连接强度。此时该处内侧的uhpc，由所述纵筋201、环向钢筋202以及环向钢筋202提供钢筋骨架，但是所述端头开口102正上方，即相对外侧的uhpc，是没有钢筋骨架的，因此强度就会
降低。
47.所以最后设置所述上部横向钢筋204，给开口段混凝土c外侧部分，提供等同于剪力键或钢筋骨架的功能，保证外侧的uhpc也能高强度固化和支撑。
48.所述上uhpc层单元3包括设置在所述圆形管体101外环面上的剪力键301，以及设置在所述圆形管体101外环面上，且覆盖所有所述剪力键301的环形uhpc层302。
49.在本实施例中，所述剪力键301可以增大所述环形uhpc层302在所述圆形管体101外环面上的牢固程度，所述环形uhpc层302又可以直接强化所述圆形管体101的径向向内加固效果，增大所述圆形管体101裂开的难度。
50.所述开孔钢板单元4包括设置在所述圆形管体101外环面上的凸出板401，以及设置在所述凸出板401上，并用于插接承台a的钢筋的板体开孔402。
51.在本实施例中，所述板体开孔402处穿过承台钢筋d中的横向钢筋部分，保证连接件与承台之间具有充分的钢筋连接效果。
52.所述圆形管体101外环面上设有位于所述上uhpc层单元3和开孔钢板单元4之间，并用于连接承台a的钢筋的定位钢筋5。
53.在本实施例中，承台a在浇筑时，以承台上表面e 高度超过所述定位钢筋5为准，保证连接件与承台a之间充分的混凝土连接效果，此时承台a的混凝土也接触、连接所述环形uhpc层302了，这样就可以进一步提升连接件的整体连接强度。
54.所述纵筋201包括竖向错位，并用于错缝连接的低位纵筋和高位纵筋。
55.在本实施例中，所述纵筋201的上部用于连接桥墩节段b的钢筋的露出下部，所述纵筋201的下部用于连接承台钢筋d，这两个连接之处都采用错缝连接的方式，即连接位置有高有低，即可保证桥墩受力时，应力不会全部集中在相对薄弱的焊接区域，最终可以适当提高钢筋连接结构的稳定性。
56.一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件的施工方法，包括制备施工步骤和使用施工步骤，所述制备施工步骤中，所述钢筋笼单元2在所述端头开口102上焊接固定。
57.在本实施例中，所述钢筋笼单元2的上部横向钢筋204，直接焊接固定在所述端头开口102的内底面、内侧面上，保证普通混凝土f在大量浇筑时，所述钢筋笼单元2不会发生有害移位，这是十分必要的。
58.所述使用施工步骤中，在所述端头开口102处先浇筑混凝土，直至与所述端头开口102内底面平齐，再浇筑uhpc，以用于形成所述开口段混凝土c。
59.在本实施例中，上述混凝土指的就是普通混凝土f，当承台a预制时，普通混凝土f只需浇筑填满承台a上的凹槽以及圆形管体101内部，而当承台a也是现浇时，普通混凝土f需要填满所述端头开口102内底面以下的所有区域。
60.此外，所述圆形管体101在所述端头开口102处，本身就是结构整体性被破坏的，所以采用强度更高的uhpc进行补偿，即可保证连接件与桥墩节段b之间充分连接固定。
61.最后，本实施例具有以下优点。
62.第一、该连接件采用“部分装配式”的方法，保证混凝土的现浇工作量相对较少，而且向上连接桥墩节段、向下连接承台都能充分、高强度地连接。
63.第二、提供多种相互配合的整体连接方式，包括钢筋捆扎或焊接、混凝土连接、钢
筋插接等，进一步强化连接结构的强度和稳定性。
64.第三、钢筋笼单元2在所述钢管单元1内，具有定位安装效果、位置角度不易倾斜，保证连接件自身浇筑固化后的结构均匀性、稳定性。
65.第四、连接件上下两端的纵筋201，全部采用错缝方式进行捆扎或焊接，保证其连接部位相对分散，不易在连接部分集中应力而相对轻易地断裂。
66.上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术特征：
1.一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：结构包括单独用于内部浇筑混凝土，或用于内部和承台（a）同步浇筑混凝土的钢管单元（1），设置在所述钢管单元（1）内，并用于连接桥墩节段（b）和承台（a）的钢筋笼单元（2），设置在所述钢管单元（1）外环面上的上uhpc层单元（3），以及设置在所述钢管单元（1）外环面上，并用于连接承台（a）的开孔钢板单元（4）。2.根据权利要求1所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述钢管单元（1）包括圆形管体（101），以及设置在所述圆形管体（101）上端面上，并用于连接所述钢筋笼单元（2）和桥墩节段（b）、浇筑混凝土的端头开口（102）。3.根据权利要求2所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述钢筋笼单元（2）包括设置在所述圆形管体（101）内，且上下两端分别连接桥墩节段（b）和承台（a）上的竖向钢筋的纵筋（201），设置在所述纵筋（201）上的环向钢筋（202），以及设置在所述环向钢筋（202）上的径向连接筋（203）。4.根据权利要求3所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述钢筋笼单元（2）还包括设置在所述纵筋（201）上，并用于在所述端头开口（102）上进行悬挂定位、给开口段混凝土（c）提供剪力键功能的上部横向钢筋（204）。5.根据权利要求2所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述上uhpc层单元（3）包括设置在所述圆形管体（101）外环面上的剪力键（301），以及设置在所述圆形管体（101）外环面上，且覆盖所有所述剪力键（301）的环形uhpc层（302）。6.根据权利要求2所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述开孔钢板单元（4）包括设置在所述圆形管体（101）外环面上的凸出板（401），以及设置在所述凸出板（401）上，并用于插接承台（a）的钢筋的板体开孔（402）。7.根据权利要求2所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述圆形管体（101）外环面上设有位于所述上uhpc层单元（3）和开孔钢板单元（4）之间，并用于连接承台（a）的钢筋的定位钢筋（5）。8.根据权利要求3所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件，其特征在于：所述纵筋（201）包括竖向错位，并用于错缝连接的低位纵筋和高位纵筋。9.一种如权利要求4所述的用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件的施工方法，包括制备施工步骤和使用施工步骤，其特征在于：所述制备施工步骤中，所述钢筋笼单元（2）在所述端头开口（102）上焊接固定。10.根据权利要求9所述的一种用于装配式混凝土桥墩的外包uhpc钢管连接件的施工方法，其特征在于：所述使用施工步骤中，在所述端头开口（102）处先浇筑混凝土，直至与所述端头开口（102）内底面平齐，再浇筑uhpc，以用于形成所述开口段混凝土（c）。
技术总结
本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种用于装配式混凝土桥墩的外包UHPC钢管连接件及其施工方法。本发明提供一种用于装配式混凝土桥墩的外包UHPC钢管连接件，其能通过在钢管单元上设置钢筋笼单元、上UHPC层单元，以及开孔钢板单元的方式，保证在承台和桥墩节段之间，提供更加高强度、更加稳定的连接效果。此外，本发明还提供一种上述连接件的施工方法，包括制备施工步骤和使用施工步骤。包括制备施工步骤和使用施工步骤。包括制备施工步骤和使用施工步骤。
