預制節段拼裝混凝土橋墩綜述

摘要：預制節段拼裝混凝土施工技術憑借對現有交通干擾小、質量容易控制、建設工期短等優點，逐漸成為橋梁工程施工技術的主要發展趨勢之一。從預制節段拼裝混凝土橋墩的實際工程應用出發，詳細介紹了其在國內外的研究進展，對其抗震性能、節段接頭、耗能裝置等進行分析，并對研究方向進行了展望。

關鍵詞：預制節段拼裝；混凝土橋墩；抗震性能；節段接頭；耗能裝置

加快高速公路網規劃建設以及城市化進程的同時，橋梁施工建設將面臨不斷增多的挑戰。預制節段拼裝混凝土施工技術憑借其在施工質量、施工周期等方面的優勢，逐漸成為橋梁工程施工技術中最為理想的選擇。

1 預制節段拼裝混凝土橋墩的應用

20世紀60年代以來，歐美地區將預制節段拼裝橋梁下部結構在實際工程中廣泛應用。國內于20世紀50年代開始應用這項技術，其中修建于20世紀90年代的北京積水潭試驗工程的5座橋梁均采用承插式預制鋼筋混凝土橋墩，隨后在杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋的建設中都采用了這項施工技術。

2 研究進展

2.1 國外方面

Mander和Cheng研究了無粘結后張預應力橋墩的抗震性能及損壞后的加固措施。[1]研究表明，橋墩的側向承載力和抗剪承載力主要取決于重力和預應力，試件的殘余位移為零。

1999年到2004年間，Billington等提出了應用于非抗震設防區的中小跨徑規則橋梁下部結構的節段拼裝體系，以及能應用于抗震區的預制拼裝橋墩體系。[2，3]應用于非抗震設防區的結構體系不僅能加快橋梁建造速度，還能減少對正常交通的干擾。

Hewes和Priestley對采用無粘結預應力筋連接的節段拼裝混凝土試件進行了循環加載試驗研究。[4]研究結果表明，節段拼裝混凝土試件采用無粘結預應力筋連接時殘余位移小，節段接縫處的剪力主要依靠摩擦進行傳遞。

2.2 國內方面

林健全、楊宙燕對預制節段中、短墩柱界面間不同剪力傳遞的影響進行了試驗研究。[5]試件采用通過后張預應力組裝的中空矩形混凝土節段，節段界面設計包含實心剪力榫等。

葛繼平、劉豐、趙寧等在進行擬靜力試驗和振動臺試驗時采用現澆、承插和節段拼裝的預應力混凝土橋墩[6]，影響預應力混凝土橋墩抗震性能的因素主要有以下幾個方面：橋墩中是否設置預應力鋼筋、是否設置附加耗能裝置等。

趙寧、魏紅一、王志強[7]對采用不同參數的節段拼裝橋墩試件進行擬靜力試驗，對試驗結果進行總結分析，彌補了國內在相關領域研究的不足。

3 總結

3.1 抗震性能

采用整體現澆的鋼筋混凝土橋墩在地震作用下，墩身將出現等間距的貫通裂縫，局部混凝土被壓碎，外側縱向鋼筋斷裂。當墩身采用合適的配筋率時，混凝土壓潰和縱向鋼筋拉斷幾乎發生在同一時刻，鋼筋的承載力在被拉斷前無明顯下降。

地震作用下，預應力混凝土節段拼裝橋墩的裂縫主要出現在墩柱附近，橋墩整體損傷較小，自復位能力好，但其耗能能力差。

3.2 節段接頭

節段拼裝混凝土橋墩的接頭主要指節段與承臺間的接頭以及節段間的接頭。節段與承臺間有3種連接方式，即現澆式、承插式和節段式。這三種連接方式中承插式施工工藝最為復雜，其接頭性能和預制構件的插入長度密切相關。

節段拼裝混凝土橋墩采用現澆式或承插式連接時，其破壞形式主要為彎曲破壞，其中承插式橋墩的塑性鉸有上移的趨勢。節段拼裝混凝土橋墩采用節段式連接時，其破壞集中在接縫處，承臺處接縫表現最為明顯。實際工程中，地震區高墩主要采用現澆式連接方式，中短墩主要采用承插式、節段式連接方式；非地震區主要采用節段式連接方式。

節段間的連接方式有匹配筑造、環氧接頭、剪力榫結構等3種。實際工程中，非地震區或低烈度地區主要采用匹配筑造或環氧接頭連接方式，地震區主要采用剪力榫結構連接方式。

3.3 耗能裝置

節段拼裝混凝土橋墩的耗能裝置分為兩大類，即內部耗能裝置和外部耗能裝置。增設消能鋼筋能增加橋墩的消能能力，但是橋墩配筋率的提高增加了結構的殘余變形。

4 結語

目前，國內外針對預制節段拼裝橋墩的抗震性能已開展了較多研究，但是對影響其抗震性能的因素尚無明確認識和成熟理論，這將是今后一段時間內的研究重點。

參考文獻：

[1]Mander J B， Cheng C T.Seismic resistance of bridge piers based on damage avoidance design.New York：National Center for Earthquake Engineering Research，State University of New York at Buffalo， NCEER970014，1997.

[2]Kwan W P，Billington S L.Unbonded post tensioned concrete bridge piers l：Monotonic and cyclic analyses[J].Journal of Bridge Engineering，2003，8（2）：92101.

[3]Kwan W P，Billington S L.Unbonded post tensioned concrete bridge piers ll：Seismic analyses[J].

Journal of Bridge Engineering，2003，8（2）：102111.

[4]Hewes J T.Seismic design and performance of precast concrete segmental bridge columns. California：Universityof California，San Diego.2002.

[5]陳塑文.使用不銹鋼鋼筋或部分無握裹傳統鋼筋的預鑄節段橋柱反覆載重行為[D].臺北：國立臺灣科技大學，2010.

[6]葛繼平.段拼裝橋墩抗震性能試驗與理論分析[D].上海：同濟大學，2009.

[7]趙寧.預制節段拼裝空心混凝土橋墩擬靜力試驗和分析研究[D].上海：同濟大學，2009.

作者簡介：吳俊葶（1994），女，漢族，重慶人，學生，碩士，結構工程。