尹啟政，鄧敦毅，蘇志曄，周岐文，李明東

（1.山東交通學(xué)院 交通土建工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357；2.中化學(xué)交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250102；3.山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250021；4.北京市政建集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100079）

引言

承插式橋墩的連接方式按澆筑順序可以分為現(xiàn)澆連接和后澆連接兩種［1］，其中現(xiàn)澆連接是指預(yù)制場預(yù)制橋墩，運輸至現(xiàn)場定位后現(xiàn)澆承臺的連接方式，而后澆連接是指預(yù)制場預(yù)制橋墩，現(xiàn)場澆筑承臺，然后運輸橋墩至現(xiàn)場裝配定位，在接縫處灌入灌漿料連接［2］。后澆承插式橋墩與現(xiàn)澆連接以及其他連接方式相比，施工容許誤差大，施工工序簡單，無需特殊施工裝備且施工周期相近，是一種極具潛力的施工方式［3］。

1 工程概況

滕州高架標(biāo)段屬京臺高速公路泰安至棗莊（魯蘇界）段改擴(kuò)建工程，路線起于濟(jì)寧市和棗莊市交界處的于元村北側(cè)，現(xiàn)狀京臺高速公路樁號K575+480 處。路線沿現(xiàn)狀京臺高速向南布線，設(shè)滕州北樞紐與在建棗菏高速進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換，遷建滕州互通，終點樁號K618+200，路線長42.72 km。

滕州高架段左幅144#、145#墩柱、蓋梁采用裝配式施工工藝，本標(biāo)段高架橋裝配式橋墩采用灌漿連接的預(yù)制拼裝施工工藝。由于預(yù)制拼裝工藝對于構(gòu)件精度的要求嚴(yán)格，預(yù)制墩柱鋼筋籠及套管的安裝精度嚴(yán)格控制在±2 mm 范圍之內(nèi)，故而墩柱構(gòu)件采用先工廠預(yù)制生產(chǎn)，后運至工程現(xiàn)場安裝的方式。

預(yù)制墩柱采用直墩柱，單個墩柱斷面為矩形，采用雙墩柱形式。承臺系梁混凝土等級C40。預(yù)制墩柱混凝土等級C40，采用立式澆筑工藝，混凝土一次性澆筑完成。墩柱主筋采用HRB400 的Φ24 鋼筋，箍筋采用HRB400 的Φ12 鋼筋。墩柱底部為混凝土，四周預(yù)埋3 mm 厚鍍鋅金屬波紋管，伸入承臺，與承臺間灌注高強(qiáng)灌漿料。見圖1。

圖1 裝配式橋墩結(jié)構(gòu)/cm

2 承插式預(yù)制橋墩施工關(guān)鍵工藝流程

選取滕州高架橋左幅145#墩柱進(jìn)行首件預(yù)制、運輸、安裝施工。主要施工步驟：（1）預(yù)制場預(yù)制橋墩，橋墩底部四周預(yù)埋鍍鋅金屬波紋管，高度為160 cm；波紋管上部105 cm 處預(yù)埋Φ45 mmPVC 管，長度為20 cm；墩柱底部預(yù)埋吊裝用鋼絞線；在墩頂、底標(biāo)定十字定位標(biāo)記。（2）在承臺上標(biāo)記墩柱定位用十字線，將承臺連接界面混凝土進(jìn)行鑿毛。（3）吊裝預(yù)制橋墩，利用定位標(biāo)記進(jìn)行就位，并旋轉(zhuǎn)墩柱使墩柱主筋位置與設(shè)計位置一致；下放墩柱，利用十字標(biāo)記確定墩柱位置并使用木楔子進(jìn)行臨時固定。（4）安裝牛腿、千斤頂，利用墩柱四周4 個千斤頂臨時固定墩柱并微調(diào)豎直度。（5）灌注高強(qiáng)混凝土灌漿料，灌漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后拆除牛腿、千斤頂?shù)榷ㄎ谎b置，并對預(yù)埋PVC 管管孔進(jìn)行灌封。

3 數(shù)值模擬

采用ABAQUS 有限元分析軟件建立三維實體模型，為提高計算效率，墩柱、灌漿料、承臺以及波紋管采用八節(jié)點線性六面體單元（C3D8R），鋼筋采用兩節(jié)點線性三維桁架單元（T3D2）［4］，其中承臺、橋墩采用C40 混凝土，灌漿料采用C60 早強(qiáng)混凝土，波紋管鋼材采用Q345 鋼材，厚度為3 mm，見表1。

表1 材料特性和單元類型

邊界條件為承臺底部完全固結(jié)，各構(gòu)件之間的接觸采用ABAQUS 中的通用接觸，接觸屬性法向方向選擇默認(rèn)硬接觸，切向方向采用庫倫摩擦，定義摩擦系數(shù)為0.5，選擇有限滑移，不考慮接觸面黏結(jié)力［5］。有限元模型見圖2、圖3，選用《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010—2010）［6］中的本構(gòu)模型。

圖2 承插式連接結(jié)構(gòu)有限元模型

圖3 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)有限元模型

繪制力-位移曲線圖，橫坐標(biāo)表示加載步驟（分五級進(jìn)行加載，每級加載5 mm 位移，最終加載位移至25 mm），豎坐標(biāo)表示水平力的大?。?］，見圖4。

圖4 模型力-位移曲線

承插式連接構(gòu)件混凝土開裂時的墩頂位移為1.48 mm，對應(yīng)的水平力大小為137.71 kN，鋼筋屈服時的墩頂位移為7.35 mm，對應(yīng)的水平力大小為368.96 kN；整體現(xiàn)澆構(gòu)件混凝土開裂時的墩頂位移為1.13 mm，對應(yīng)的水平力大小為138.78 kN，鋼筋屈服時的墩頂位移為7.11 mm，對應(yīng)的水平力大小為362.91 kN，兩種模型在混凝土開裂以及鋼筋屈服點的水平力和位移大小非常接近，說明承插式連接方式與整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài)基本一致。兩種模型在初期彈性剛度以及屈服后剛度變化趨勢基本相同，說明承插式構(gòu)件與整體現(xiàn)澆構(gòu)件具有一致協(xié)同受力特點承插式預(yù)制橋墩接口的連接方式較為可靠［8］。

圖5、圖6 中在25 mm 最大位移作用下，金屬波紋管承受承臺反力上、下部區(qū)域灌漿料壓應(yīng)力大小分別為53.04 MPa、34.61 MPa，灌漿料其他位置均為受拉狀態(tài)，最大拉應(yīng)力為2.25 MPa?？梢哉f明在承插式連接方式中，灌漿料材料強(qiáng)度應(yīng)該遠(yuǎn)高于橋墩及承臺選用材料的強(qiáng)度［9］。

圖5 灌漿料受力云圖

圖6 橋墩承插端承受反力狀況

4 結(jié)語

（1）預(yù)埋鍍鋅金屬波紋管的預(yù)制橋墩采用承插式連接方式可以滿足環(huán)保、低精度高質(zhì)量的快速施工要求。（2）通過在承臺內(nèi)表面和橋墩外表面預(yù)埋鍍鋅金屬波紋管，可以提高與灌漿料連接面的結(jié)合強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)整體性更好。（3）預(yù)埋鍍鋅金屬波紋管的承臺與橋墩的承插式連接方式在水平推覆力作用下具有一致協(xié)同受力特點。（4）承插式連接方式中灌漿料相較橋墩和承臺，需要承擔(dān)更大的壓應(yīng)力，故在實際工程應(yīng)用中應(yīng)選用更高強(qiáng)度的高強(qiáng)灌漿料。