随着既有桥梁结构的老化(RC面板砂化、疲劳等),桥面板的更换将会不断增加,本文总结国内外现有较常用预制梁板接头的做法,供各位同仁实际工作(或科研)中启发灵感。 如有描述不当或不全,欢迎邮箱告知。 目录: 一、直接搭接型 二、双环连接型
随着既有桥梁结构的老化(RC面板砂化、疲劳等),桥面板的更换将会不断增加,本文总结国内外现有较常用预制梁板接头的做法,供各位同仁实际工作(或科研)中启发灵感。 如有描述不当或不全,欢迎邮箱告知。
目录:
一、直接搭接型
二、双环连接型
三、U型错缝搭接型
四、端部机械/预加工扩头错缝搭接型
五、五金构件卡槽连接型
六、后张预应力连接型
七、UHPC接头
八、其他
九、总结
一、直接搭接型
最基本做法,搭接长度约30d(国内桥规9.1.9为40d/50d)。该类接头对定位要求高,对于预制板可控,对于预制梁错开1根钢筋位置较难。
直筋搭接
植筋搭接拼宽桥(闪光对焊限制使用)
广东省交通运输厅2011年开展公路标准化研究,对 翼缘板上下绑扎、上下焊接和上焊下绑三种连接方式 开展模型试验研究,结论表明 三种方式均能满足要求,破坏模式无明显差异 。
三种方式
隔一焊一节省施工时间?朱玉等
《预制混凝土梁湿接缝环形钢筋搭接长度研究》
U形或勾型搭接(允许错缝不超过100mm)
直筋搭接
二、双环连接型
国内装配式主梁常用形式: 预制梁伸出U型钢筋,附加环形钢筋分别连接(搭接或焊接),其中焊接连接型焊接工作量较大, 下层钢筋焊接长度难满足要求,焊接难度也较大。
双环焊接连接
双环绑扎连接(搭接长度似乎偏短,N9钢筋135度弯钩难以加工)
双环绑扎(中环为对焊连接)
三、U型错缝搭接型
该类 湿接缝 (U型直接搭接或错缝搭接) 应用最成熟,应用也较早(建筑专业应用广泛),也是国外预制板常规设计选型。 《公路装配式混凝土桥梁设计规范》(JTGT 3365-05-2022)5.2.7条也对此接缝类型进行了详细规定。
U型错缝破坏模式?朱玉等
公路装配式混凝土桥梁设计规范
《Loop connections between precast concrete components loaded in bending》1975一文中给出了经验公式
莱昂哈特《钢筋混凝土结构配筋原理》,程积高先生, 水利电力出版社,1984结合试验给出了经验公式。
日本根据DIN和莱昂哈特提出的该种接头形式进行试验验证后, 规定搭接长度要求(采用RC+预应力构造接头时无需满足):
La=K×a≥1.5D≥200mm;
a=f × a0 × (Ase/Asv);
a0=(σsa/4τoa) × φ;
D1≥(1.4+2.8φ/e) × φ × σe/γWN;
D2≥7φ(20mm≤φ≤28mm)且 ≥4φ(φ<20mm)
式中 : La-必要搭接长度;K- 考虑到接头钢筋错开量影响的系数,搭接接头位置集中在一个横截面时,φ14mm或更大时为 2.2;f-钢筋形状系数,钢筋末端弯钩或环形为0.5;Ase/Asv-必要钢筋面积/配置钢筋面积≥1/3,此处为1;σsa- βs(钢筋屈服强度)/V(设计安全系数),此处 为 160N/mm2;τoa-基本粘结应力,σ ck = 50N/mm2时,τoa = 3N/mm2;φ-钢筋直径;D1-抵抗劈裂力对应的钢筋弯曲直径(内径);D2-钢筋制造对应的弯矩直径(内径);e-环面间距;σe-弯曲起点出钢筋应力;γWN-混凝土设计标准强度。混凝土强度不宜小于50MPa。
圆U和矩U搭接长度
U型错缝(盐害区采用环氧钢筋)
优点: 无需模板,无需焊接。
缺点: 1、施工偏复杂,预制钢筋易底板冲突;2、横向钢筋穿插困难,有时需要变更。
日本RC接头U型错缝 |
美国U型错缝搭接(1''=25.4mm,1'=12''=304.8mm)
四、端部机械/预加工扩头锚固错缝搭接型
钢筋端部机械锚固或预加工扩头可以减少钢筋锚固长度,横向钢筋不用另穿,方便施工,国内外对此也展开了较多研究,以下挑选典型型式简要说明。(国内已有实用新型专利)
平头端锚 (SLJ: S hort L apped J oint ,盐害区采用环氧钢筋)
钢筋端部采用 套筒增大截面 ,从而增加端部锚固能力。 该接头型式在此类接头中发明最早,应用最广。在日本更换桥面板大部分采用此类形式(相较于其他)。
受力图示?PC床板接头工法研究会
疲劳性能与U型错缝接头相当?PC床板接头工法研究会
优点(相较U型错缝): 1、没有钢筋弯曲构造限制,可以用于较薄桥面板厚度;2、 钢筋搭接长度可由30d减少为15d ,湿接缝更短,预制板可以预制更长,减少预制板数量;3、 施工方便,正交钢筋可以预先捆绑后摊铺 ;4、经济性好,节约11%造价。
缺点: 需要模板。
日本平头端锚 |
T头端锚 (TH: Trunc-head ,盐害区采用环氧钢筋)
钢筋端部采用预加工 T头(或异形)增大截面 ,从而增加端部锚固能力。 (耐久性与U型错缝相当)
受力图示?PC床板接头工法研究会
日本T头端锚
美国T头端锚
异形头端锚 |
螺头端锚(盐害区采用环氧钢筋)
钢筋端部采用 螺帽增大截面 ,从而增加端部锚固能力。 优点: 同上; 缺点: 端头按照国标会较大,影响保护层厚度。
受力图示
耐久性与直接搭接接头相当
日本螺头端锚(KK接头)
与U型错缝接头施工工序比较
美 国 端 锚
德国端 锚
CABR钢筋锚固板规格
国标锚固板规范及图集 |
弧形螺头端锚 ( 盐害区采用环氧钢筋)
钢筋端部采用 螺帽增大截面并弯曲 ,从而增加端部锚固能力。
受力图示
100年耐久性满足
日本螺头端锚(Mussl接头)
|
板头端锚 ( Head bar , 盐害区采用环氧钢筋)
锚固板加工?邱守峦
钢筋端部采用 锚固板增大截面 ,从而增加端部锚固能力。 高强纤维砼(97MPa) 。
优点: 湿接缝小(11 0m m) , 现场浇量少 , 无需横向钢筋 ,填充密实高强纤维砼抑制了收缩,耐久性好。
缺点: 需要底模;端锚过大 ,影响保护层厚度;相邻间距保证;
日本锚固板端锚 |
2020年日本对PC预制板纵向常用的几种机械锚固湿接缝展开疲劳寿命定量评价。
公式意义详见原文?竹田京子等
五、五金构件卡槽连接型
预埋定型钢槽,后插入工字形或直接插入连接。
优点: 几乎没有现场混凝土浇筑( 20mm湿接缝 , 砂浆填充 ); 可替换性极佳 ; 较U型错缝减少劳动力58%,工期缩短43% 。
缺点:精度要求高。
预埋槽+后插工字钢?MiL建设
预埋槽+直插?户田建设
六、预应力 接头
利用 后张预应力使得桥面板连续 。美国规范预制板采用此方式连接时,最小平均有效预应力不应小于0.25ksi(约1.7MPa),通常图纸要求不小于2MPa。
日本RC+预应力接头U型错缝
美国纵向预应力接头,横向直接搭接(下层端圆,上层直接,湿接缝不小于300mm)
每块预制板配备n颗可调高螺栓用于平整桥面板?WSDOT
美国RC+预应力U型搭接带来施工难度问题
横向钢筋无法穿越,不得不采用钢绞线变更
日本装配式T梁湿接缝采用预应力接头或RC+预应力接头,湿接缝宽度小于300mm用前者,大于300mm用后者。
日本装配式T梁接缝预应力或RC加预应力接头
七、UHPC( Ultra-High Performance Concrete 超高韧性混凝土)接头
利用 UHPC致密性和超高强度作为传力接头,钢筋锚固长度约8D,搭接长于约6D 。
优点: 湿接缝小 (150mm) , 直端钢筋无需焊接 , 24h可达设计强度要求 。
缺点: 价格贵(未来会逐渐降低),长久性能待验证。
美国UHPC接头 ?Benja(1''=25.4mm,1'=12''=304.8mm)
国内UHPC接头?地江集团
国内装配式UHPC接头
八、其他接头
机械式连接: 利用钢板 焊接或钢筋连接器连接预制板,但由于其长期耐久性问题一般不使用 。
机械式连接
螺旋钢筋接头: 在闭合钢筋缠绕螺旋钢筋。缺点较为明显,有限宽度内封闭,施工麻烦,细节问题较为突出,不受欢迎,很少使用。
螺旋钢筋连接
砂浆直填型: 用于横向单向板纵向接缝,缝窄(25mm,不配钢筋),直接采用环氧砂浆或聚合物砂浆填充。
优点: 现场浇筑量极少;无需额外钢筋;易于更换;施工时间短;
缺点:适用场景有限。
直接填充型
交界面粗糙处理
疲劳试验?远东高工株式会社
静载试验?远东高工株式会社
九、总结
1、 双环搭接国内中小跨装配式最常用(量大面广),但纵穿钢筋及搭接焊接施工较为麻烦,工作量大,可进一步研究免除焊接(部分省50cm以上湿接缝不焊接)。
2、 U型错缝、预应力接头型式国外应用最为广泛 ,研究也较多,施工上需要横穿钢筋,较为麻烦。
3、 利用钢筋端部扩头增加锚固力从而减少锚固长度形式,国外应用较广,国内研究较多(国标),应用较少,建议进一步结合国内实际情况(施工、板厚等)进行研究。
4、 UHPC接头施工最省力,但价格较高(普通的3~5倍),长时间性能待验证。
作者:朱刚/王成树/丰月华/陈耀军/刘甜甜/陈正星
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参考文献:
1、Connection Details for Prefabricated Bridge Elements and Systems,USDT,2009 ;
2、Design Guide for Precast UHPC Waffle Deck Panel System, including Connections,USDT,2013;
3、UHPC Connection of Precast Bridge Deck,JAN L等,2016;
4、PC桥面板更换合理接头开发研究,吉松秀和等,2014 ;
5、松场桥PC桥面板更换工程,佐野市都市部建设部,2008;
6、桥面板合理化施工,预应力混凝土建设协会,2000;
7、陶瓷锚头桥面板接头界面形状有关研究,高桥周斗等,2019;
8、国道桥梁拼宽工程,日本桥梁建设土木施工管理技士会;
9、Loop connections between precast concrete components loaded in bending,1975;
10、钢筋混凝土结构配筋原理,莱昂哈特著,程积高译,1984;
11、反复移动荷载下预制PC桥面板接头疲劳寿命定量评价,竹田京子等,2020。
The End ......