本发明涉及桥梁建造技术领域，尤其涉及一种适用于高震区的预制拼装空心桥墩及施工方法。
背景技术：
目前，在国内外公路、跨海桥梁等工程中，当墩高较高时，往往采用空心桥墩，空心桥墩施工时需要逐段模板搭设、钢筋绑扎、浇筑混凝土，施工工序多、速度慢，采用预制拼装法建造，将节段在工厂内预制完成后再进行现场拼装，体现出施工速度快、效率高、节省工期和劳动力等诸多优势，满足快速施工和建造需要。
预制拼装空心墩最常采用预应力连接法，各节段间采用环氧树脂胶粘接。预应力常采用粗钢筋或者钢绞线。当采用粗钢筋时，因粗钢筋自身强度较低，根据受力需要往往需要布置个数较多，造成施工不便；且拼装桥墩自复位能力差，残余变形较大，地震后结构残余变形较大而无法修复，往往不得不拆除重建。当采用钢绞线时，往往采用u型布置形式，即通过桥墩顶部穿入预应力再从桥墩顶部穿出，预应力穿束比较困难，预应力束间相互干扰布置个数有限，影响连接效果；且拼装桥墩耗能不足，延性低，无法适用于高震区。同时，拼装桥墩底部受力较大，为塑性铰区域，当应用于高震区时，如何保证底部区域的性能成为关注点，往往限制了预应力连接的预制拼装桥墩在高震区的应用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供适用于高震区的预制拼装空心桥墩及施工方法，以缓解现有技术中存在的上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，由下及上依次包括基础、底节段、中间节段和顶节段，还包括：所述基础和所述底节段采用现场一次浇筑混凝土完成；所述底节段、所述中间节段和所述顶节段相互之间采用预制拼装完成；所述底节段顶部预埋有粗钢筋锚固端；所述底节段顶面、所述中间节段顶面及底面、所述顶节段底面均设置有环状剪力键；所述底节段顶面预埋有预应力粗钢筋；所述中间节段和所述顶节段均预埋有粗钢筋孔道，在所述粗钢筋孔道处穿入预应力粗钢筋，所述预应力粗钢筋被张拉及锚固；当各节段拼装完成后，将预应力钢绞线从所述顶节段的顶面穿入，通过钢绞线张拉端对所述预应力钢绞线进行张拉，所述钢绞线张拉端分别位于所述顶节段及所述底节段上。
在上述方案的基础上，进一步的，所述底节段的高度不小于1～1.5倍桥墩墩柱短边长度，另外，在所述底节段内部布置较密集的钢筋，使底节段与基础形成整体。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述环状剪力键为梯形结构，底宽至少为桥墩墩柱壁厚的1/2，高度为桥墩墩柱壁厚的1/3～1/2。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述环状剪力键沿桥墩墩壁周圈设置，在所述环状剪力键内部设置有剪力键钢筋。
综合上述两个方案，使上下节剪力键之间具有足够的搭接长度，保证相互抗剪效果；环状剪力键沿墩壁周圈布置，内部布置有剪力键钢筋；相比一般混凝土剪力键沿墩壁方向孤立布置，且高度较小，内部无法布置钢筋，为素混凝土结构，环状剪力键尺寸较大，内部可布设钢筋，环状布置抗剪能力较强，且底模板较规则，制造方便。
需要补充的是，所述粗钢筋管道和钢绞线管道通长布置，节段间管道一一对应。
还需要补充的是，所述预应力粗钢筋采用有粘结方式，对管道进行压浆，增强粗钢筋与节段间的协同受力，提高连接性能。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述预应力粗钢筋分节段进行锚固，通过粗钢筋张拉端对预应力粗钢筋进行张拉，所述粗钢筋张拉端位于各节段顶面，安装中间节段后能够张拉一部分粗钢筋并进行锚固；对另一部分粗钢筋进行接长，接长的粗钢筋通过连接器相连，安装上一中间节段后再进行锚固，直至安装完顶节段，在桥墩墩顶进行张拉。由此可知，沿底节段向上至顶节段，结构受力逐渐增大，节段内通过的粗钢筋数量逐渐增加，构造布置与受力相匹配，提高了经济性。
需要补充的是，所述预应力钢绞线采用无粘结方式，管道不进行压浆，通过钢绞线为拼装墩提供自复位能力，减小残余变形，提高震后修复能力。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述钢绞线张拉端设置有张拉端锚槽，所述张拉端锚槽上设置防护盖，所述防护盖通过螺栓与各节段相连，方便拆装，运营过程可对预应力钢绞线进行检查，并可根据需要进行更换，适用于当震后结构损失不大需要更换预应力钢绞线的情况。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述底节段现浇施工时预留有张拉端锚槽，所述预应力钢绞线下方锚固于所述张拉端锚槽，采用两端张拉，底节段的张拉端锚槽位于墩底部位，便于张拉，且穿束方便、布置灵活，避免u型预应力筋布置的缺点。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述预应力粗钢筋和所述预应力钢绞线分别设置在桥墩墩壁的内、外侧，相比传统布置于墩壁中间，有利于保证整个断面的连接效果。
在上述任一方案的基础上，进一步的，所述预应力钢绞线采用无粘结钢绞线，所述张拉端锚槽内不灌浆，所述预应力钢绞线能够进行更换。
本发明提供的一种适用于高震区的预制拼装空心桥墩的施工方法，空心桥墩由下及上依次包括基础、底节段、中间节段和顶节段，包括以下步骤：
步骤一、基础和底节段施工，混凝土采用一次整体浇筑，中间节段、顶节段预制完成待拼装；
步骤二、吊装中间节段，在底节段顶面涂抹拼接缝环氧树脂胶，通过连接器对预埋在底节段中的预应力粗钢筋进行接长，并穿入中间节段的粗钢筋管道中，张拉一部分预应力粗钢筋，压注该部分粗钢筋管道压浆料；
步骤三、吊装下一中间节段，在上一中间节段顶面涂抹拼接缝环氧树脂胶，通过连接器对预埋在上一中间节段中的预应力粗钢筋进行接长，并穿入下一中间节段的粗钢筋管道中，张拉另一部分预应力粗钢筋，压注该部分粗钢筋管道压浆料；
步骤四、以步骤三同样方式依次安装中间节段；
步骤五、吊装顶节段，在中间节段顶面涂抹拼接缝环氧树脂胶，通过连接器对预埋在中间节段中的预应力粗钢筋进行接长，并穿入顶节段的粗钢筋管道中，张拉剩余预应力粗钢筋，向剩余部分粗钢筋管道压注压浆料；
步骤六、自顶部依次将预应力钢绞线穿入底节段、中间节段、顶节段的钢绞线管道中，在顶、底钢绞线张拉端两端张拉，并锚固；
步骤七、在张拉端锚槽位置安装防护盖，施工完成。
本发明的有益效果为：
本发明提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩及施工方法，能够获得如下效果：
1.通过预应力粗钢筋和预应力钢绞线共同连接，提高拼装墩耗能能力和延性，并具有自复位能力，残余变形小；且预应力粗钢筋和预应力钢绞线施工方便，布置灵活，相互之间干扰小，可设置多组，满足受力需要，可应用于高烈度震区；
2.通过将底节段与基础一次整体浇筑，增强拼装墩底部塑性铰区域的受力，满足高震区受力需要；
3.节段间设置环状剪力键，采用钢筋混凝土结构，节段间抗剪能力强；
4.预应力钢绞线张拉端锚槽没有采用浇筑封锚混凝土，锚槽上设置防护盖，防护盖通过螺栓相连，方便拆装，方便运营过程对预应力钢绞线进行检查，并可根据需要进行更换，适用于当震后结构损失不大需要更换预应力钢绞线的情况；
5.预应力粗钢筋分节段进行锚固，施工过程中可对接缝进行预压并保证节段的稳定；沿底节段向上至顶节段，结构受力逐渐增大，节段内通过的粗钢筋数量逐渐增加，构造布置与受力相匹配，提高了经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的立面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的平面结构示意图；
图3为本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的底节段立面结构示意图；
图4为本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的中间节段拼装示意图；
图5为本发明实施例提供的图4中i-i处的截面示意图；
图6为本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的中间节段、顶节段拼装示意图；
图7为本发明实施例提供的图6中||-||处的截面示意图。
图标：
1-基础；
2-底节段；
3-中间节段；
4-顶节段；
5-拼接缝；
6-环状剪力键；
61-剪力键钢筋；
7-预应力粗钢筋；
71-粗钢筋管道；
72-连接器；
73-粗钢筋张拉端；
74-粗钢筋锚固端；
8-预应力钢绞线；
81-钢绞线管道；
82-钢绞线张拉端；
9-压浆料；
10-张拉端锚槽；
11-防护盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1-7所示，为本发明实施例提供的一种适用于高震区的预制拼装空心桥墩的结构示意图，结合附图对发明的空心桥墩及空心桥墩的施工方法进行说明，具体结构及步骤如下。
本发明实施例提供的提供适用于高震区的预制拼装空心桥墩，如图1-7所示，由下及上依次包括基础1、底节段2、中间节段3和顶节段4，还包括：基础1和底节段2采用现场一次浇筑混凝土完成；底节段2、中间节段3和顶节段4相互之间采用预制拼装完成；底节段2顶部预埋有粗钢筋锚固端74；底节段2顶面、中间节段3顶面及底面、顶节段4底面均设置有环状剪力键6；底节段2顶面预埋有预应力粗钢筋7；中间节段3和顶节段4均预埋有粗钢筋孔道，在粗钢筋孔道处穿入预应力粗钢筋7，预应力粗钢筋7被张拉及锚固；当各节段拼装完成后，将预应力钢绞线8从顶节段的顶面穿入，通过钢绞线张拉端82对预应力钢绞线8进行张拉，钢绞线张拉端82分别位于顶节段4及底节段2上。
本实施例的可选方案为，底节段2的高度不小于1～1.5倍桥墩墩柱短边长度，另外，在底节段内部布置较密集的钢筋，使底节段与基础形成整体。
本实施例的可选方案为，环状剪力键6为梯形结构，底宽至少为桥墩墩柱壁厚的1/2，高度为桥墩墩柱壁厚的1/3～1/2。
本实施例的可选方案为，环状剪力键6沿桥墩墩壁周圈设置，在环状剪力键6内部设置有剪力键钢筋61。
综合上述两个方案，使上下节剪力键之间具有足够的搭接长度，保证相互抗剪效果；环状剪力键沿墩壁周圈布置，内部布置有剪力键钢筋；相比一般混凝土剪力键沿墩壁方向孤立布置，且高度较小，内部无法布置钢筋，为素混凝土结构，环状剪力键尺寸较大，内部可布设钢筋，环状布置抗剪能力较强，且底模板较规则，制造方便。
需要补充的是，粗钢筋管道和钢绞线管道通长布置，节段间管道一一对应。
还需要补充的是，预应力粗钢筋采用有粘结方式，对管道进行压浆，增强粗钢筋与节段间的协同受力，提高连接性能。
本实施例的可选方案为，预应力粗钢筋7分节段进行锚固，通过粗钢筋张拉端73对预应力粗钢筋7进行张拉，粗钢筋张拉端73位于各节段顶面，安装中间节段3后能够张拉一部分粗钢筋并进行锚固；对另一部分粗钢筋进行接长，接长的粗钢筋通过连接器72相连，安装上一中间节段3后再进行锚固，直至安装完顶节段4，在桥墩墩顶进行张拉。由此可知，沿底节段向上至顶节段，结构受力逐渐增大，节段内通过的粗钢筋数量逐渐增加，构造布置与受力相匹配，提高了经济性。
需要补充的是，预应力钢绞线采用无粘结方式，管道不进行压浆，通过钢绞线为拼装墩提供自复位能力，减小残余变形，提高震后修复能力。
本实施例的可选方案为，钢绞线张拉端82设置有张拉端锚槽10，张拉端锚槽10上设置防护盖11，防护盖11通过螺栓与各节段相连，方便拆装，运营过程可对预应力钢绞线进行检查，并可根据需要进行更换，适用于当震后结构损失不大需要更换预应力钢绞线的情况。
本实施例的可选方案为，底节段2现浇施工时预留有张拉端锚槽10，预应力钢绞线8下方锚固于张拉端锚槽10，采用两端张拉，底节段的张拉端锚槽位于墩底部位，便于张拉，且穿束方便、布置灵活，避免u型预应力筋布置的缺点。
本实施例的可选方案为，预应力粗钢筋7和预应力钢绞线8分别设置在桥墩墩壁的内、外侧，相比传统布置于墩壁中间，有利于保证整个断面的连接效果。
本实施例的可选方案为，预应力钢绞线8采用无粘结钢绞线，张拉端锚槽10内不灌浆，预应力钢绞线8能够进行更换。
本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩的施工方法，空心桥墩由下及上依次包括基础1、底节段2、中间节段3和顶节段4，包括以下步骤：
步骤一、基础1和底节段2施工，混凝土采用一次整体浇筑，中间节段3、顶节段4预制完成待拼装；
步骤二、吊装中间节段3，在底节段2顶面涂抹拼接缝5环氧树脂胶，通过连接器72对预埋在底节段2中的预应力粗钢筋7进行接长，并穿入中间节段3的粗钢筋管道71中，张拉一部分预应力粗钢筋7，压注该部分粗钢筋管道71压浆料；
步骤三、吊装下一中间节段3，在上一中间节段3顶面涂抹拼接缝5环氧树脂胶，通过连接器72对预埋在上一中间节段3中的预应力粗钢筋7进行接长，并穿入下一中间节段3的粗钢筋管道71中，张拉另一部分预应力粗钢筋7，压注该部分粗钢筋管道71压浆料；
步骤四、以步骤三同样方式依次安装中间节段3；
步骤五、吊装顶节段4，在中间节段3顶面涂抹拼接缝5环氧树脂胶，通过连接器72对预埋在中间节段3中的预应力粗钢筋7进行接长，并穿入顶节段4的粗钢筋管道71中，张拉剩余预应力粗钢筋7，向剩余部分粗钢筋管道71压注压浆料9；
步骤六、自顶部依次将预应力钢绞线8穿入底节段2、中间节段3、顶节段4的钢绞线管道81中，在顶、底钢绞线张拉端82两端张拉，并锚固；
步骤七、在张拉端锚槽10位置安装防护盖11，施工完成。
本发明实施例提供的适用于高震区的预制拼装空心桥墩及施工方法，能够获得如下效果：
1.通过预应力粗钢筋7和预应力钢绞线8共同连接，提高拼装墩耗能能力和延性，并具有自复位能力，残余变形小；且预应力粗钢筋7和预应力钢绞线8施工方便，布置灵活，相互之间干扰小，可设置多组，满足受力需要，可应用于高烈度震区；
2.通过将底节段2与基础1一次整体浇筑，增强拼装墩底部塑性铰区域的受力，满足高震区受力需要；
3.节段间设置环状剪力键6，采用钢筋混凝土结构，节段间抗剪能力强；
4.预应力钢绞线张拉端锚槽10没有采用浇筑封锚混凝土，张拉端锚槽10上设置防护盖11，防护盖11通过螺栓相连，方便拆装，方便运营过程对预应力钢绞线8进行检查，并可根据需要进行更换，适用于当震后结构损失不大需要更换预应力钢绞线8的情况；
5.预应力粗钢筋7分节段进行锚固，施工过程中可对接缝进行预压并保证节段的稳定；沿底节段2向上至顶节段4，结构受力逐渐增大，节段内通过的粗钢筋数量逐渐增加，构造布置与受力相匹配，提高了经济性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
1.一种适用于高震区的预制拼装空心桥墩，由下及上依次包括基础(1)、底节段(2)、中间节段(3)和顶节段(4)，其特征在于，还包括：
所述基础(1)和所述底节段(2)采用现场一次浇筑混凝土完成；
所述底节段(2)、所述中间节段(3)和所述顶节段(4)相互之间采用预制拼装完成；
所述底节段(2)顶部预埋有粗钢筋锚固端(74)；
所述底节段(2)顶面、所述中间节段(3)顶面及底面、所述顶节段(4)底面均设置有环状剪力键(6)；
所述底节段(2)顶面预埋有预应力粗钢筋(7)；
所述中间节段(3)和所述顶节段(4)均预埋有贯穿设置的粗钢筋孔道，在所述粗钢筋孔道处穿入预应力粗钢筋(7)，所述预应力粗钢筋(7)被张拉及锚固；
当各节段拼装完成后，将预应力钢绞线(8)从所述顶节段的顶面穿入，通过钢绞线张拉端(82)对所述预应力钢绞线(8)进行张拉，所述钢绞线张拉端(82)分别位于所述顶节段(4)及所述底节段(2)上。
2.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述底节段(2)的高度不小于1～1.5倍桥墩墩柱短边长度。
3.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述环状剪力键(6)为梯形结构，底宽至少为桥墩墩柱壁厚的1/2，高度为桥墩墩柱壁厚的1/3～1/2。
4.根据权利要求3所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述环状剪力键(6)沿桥墩墩壁周圈设置，在所述环状剪力键(6)内部设置有剪力键钢筋(61)。
5.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述预应力粗钢筋(7)分节段进行锚固，通过粗钢筋张拉端(73)对预应力粗钢筋(7)进行张拉，所述粗钢筋张拉端(73)位于各节段顶面，安装中间节段(3)后能够张拉一部分粗钢筋并进行锚固；对另一部分粗钢筋进行接长，接长的粗钢筋通过连接器(72)相连，安装上一中间节段(3)后再进行锚固，直至安装完顶节段(4)，在桥墩墩顶进行张拉。
6.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述钢绞线张拉端(82)设置有张拉端锚槽(10)，所述张拉端锚槽(10)上设置防护盖(11)，所述防护盖(11)通过螺栓与各节段相连。
7.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述底节段(2)现浇施工时预留有张拉端锚槽(10)，所述预应力钢绞线(8)下方锚固于所述张拉端锚槽(10)。
8.根据权利要求1所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述预应力粗钢筋(7)和所述预应力钢绞线(8)分别设置在桥墩墩壁的内、外侧。
9.根据权利要求6所述的适用于高震区的预制拼装空心桥墩，其特征在于，所述预应力钢绞线(8)采用无粘结钢绞线，所述张拉端锚槽(10)内不灌浆，所述预应力钢绞线(8)能够进行更换。
10.一种适用于高震区的预制拼装空心桥墩的施工方法，空心桥墩由下及上依次包括基础(1)、底节段(2)、中间节段(3)和顶节段(4)，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、基础(1)和底节段(2)施工，混凝土采用一次整体浇筑，中间节段(3)、顶节段(4)预制完成待拼装；
步骤二、吊装中间节段(3)，在底节段(2)顶面涂抹拼接缝(5)环氧树脂胶，通过连接器(72)对预埋在底节段(2)中的预应力粗钢筋(7)进行接长，并穿入中间节段(3)的粗钢筋管道(71)中，张拉一部分预应力粗钢筋(7)，压注该部分粗钢筋管道(71)压浆料；
步骤三、吊装下一中间节段(3)，在上一中间节段(3)顶面涂抹拼接缝(5)环氧树脂胶，通过连接器(72)对预埋在上一中间节段(3)中的预应力粗钢筋(7)进行接长，并穿入下一中间节段(3)的粗钢筋管道(71)中，张拉另一部分预应力粗钢筋(7)，压注该部分粗钢筋管道(71)压浆料；
步骤四、以步骤三同样方式依次安装中间节段(3)；
步骤五、吊装顶节段(4)，在中间节段(3)顶面涂抹拼接缝(5)环氧树脂胶，通过连接器(72)对预埋在中间节段(3)中的预应力粗钢筋(7)进行接长，并穿入顶节段(4)的粗钢筋管道(71)中，张拉剩余预应力粗钢筋(7)，向剩余部分粗钢筋管道(71)压注压浆料(9)；
步骤六、自顶部依次将预应力钢绞线(8)穿入底节段(2)、中间节段(3)、顶节段(4)的钢绞线管道(81)中，在顶、底钢绞线张拉端(82)两端张拉，并锚固；
步骤七、在张拉端锚槽(10)位置安装防护盖(11)，施工完成。
技术总结