本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构及施工方法。
背景技术：
随着绿色建造技术的发展，在铁路、城市轨道交通、市政、公路工程中，节段预制拼装式桥墩应用逐渐增多，桥墩结构常由一个或多个墩柱和顶帽组成，特别在铁路、城市轨道交通中，桥墩横向较窄，往往采用两个墩柱和顶帽，墩柱和基础拼装完成后，再将顶帽与两个墩柱间进行拼装。
顶帽与墩柱间的拼装目前常采用套筒灌浆连接或者波纹管灌浆连接，连接时需要在预制顶帽内预埋灌浆套筒或者波纹管，在墩柱上预留钢筋接头，施工时将预留钢筋接头一一插入预埋灌浆套筒或者波纹管中，对安装精度和施工要求高，制造时需要专门辅助工具对钢筋位置进行精确定位，增加了成本；预埋灌浆套筒或者波纹管和钢筋间的插入式连接要保证两者间完全对中难度较大，对连接性能可能造成不利影响；拼装完成后需要对预埋灌浆套筒或者波纹管一一进行灌浆，施工工序较多；灌浆套筒或者波纹管需要逐个设置出浆孔、灌浆口，预留孔道较多对结构影响大，且材料成本较高。因此，研发一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构及施工方法是个亟待解决的问题。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构及施工方法，降低了施工难度，无需采用专门的辅助工具进行定位，降低了成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，包括墩柱和顶帽，所述顶帽在工厂内预制，在所述顶帽内靠近顶帽下部设置预留环缝，所述预留环缝形状与墩柱相匹配，所述顶帽底部为开口形式，在所述墩柱内设有墩柱连接钢筋，所述墩柱连接钢筋伸出墩柱顶面一定长度，在所述墩柱顶面铺设连接接缝，施工时将顶帽通过连接接缝安装在墩柱上，墩柱连接钢筋插入预留环缝中，从进浆管向预留环缝灌注环缝浆料，待环缝浆料从出浆管流出后，完成顶帽与墩柱的拼接。
进一步的，在所述顶帽内靠近顶帽底部设置顶帽底层钢筋，所述顶帽底层钢筋沿顶帽的xy方向通长布置，顶帽底层钢筋和墩柱连接钢筋一一交错布置，保证墩柱连接钢筋拼装时可插入顶帽底层钢筋的间隙，当顶帽承受水平力时，底部常处于受弯状态，顶帽底层钢筋保证其受力需要。
进一步的，在所述顶帽内位于顶帽的中间设置顶帽中间钢筋，沿顶帽的xy方向通长布置，顶帽中间钢筋和墩柱连接钢筋一一交错布置，保证墩柱连接钢筋拼装时可插入顶帽中间钢筋的间隙。
进一步的，所述预留环缝周圈设有环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板，在所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板上设有钢筋预留孔，顶帽底层钢筋、顶帽中间钢筋穿过环缝内侧钢板和环缝外侧钢板上的钢筋预留孔，连续通过预留环缝。
进一步的，所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板采用压型钢板，压型钢板上设有凹凸型键齿，保证环缝浆料与钢板间、顶帽混凝土与钢板间的咬合，从而保证环缝浆料在预留环缝中的锚固性能。
进一步的，在所述顶帽内靠近顶帽顶部设有顶帽连接加强钢筋，所述顶帽连接加强钢筋穿过环缝顶部钢板上的钢筋预留孔，伸入预留环缝一定长度，与墩柱连接钢筋相互对应。
进一步的，所述环缝浆料采用高性能、免振捣连接浆料，如高性能混凝土、灌浆料或超高性能混凝土(uhpc)等。
进一步的，所述进浆管位于靠近预留环缝底部的环缝外侧钢板上，所述出浆管位于环缝顶部钢板上，所述进浆管和出浆管均伸出顶帽一定长度。
进一步的，所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板采用压型钢板，压型钢板可采用其他带肋、非光滑面形式，以提供咬合力。在所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板上设置剪力钉，剪力钉设置在其内外侧，分散布置，将环缝浆料、预留环缝和顶帽间相互锚固连接，通过剪力钉抗剪力保证了墩柱连接钢筋的锚固性能，从而保证顶帽和墩柱间连接。
上述顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、顶帽工厂预制，顶帽预制时将环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板预埋其中，其上设剪力钉或者将顶帽中间钢筋穿过其上的钢筋预留孔，再将顶帽底层钢筋穿过其上的钢筋预留孔，浇筑顶帽混凝土。
步骤二、墩柱预制或现浇，在墩柱顶面铺设连接接缝，吊装顶帽。
步骤三、将顶帽安装在墩柱上，并将墩柱连接钢筋插入预留环缝中，并穿过顶帽底层钢筋和顶帽中间钢筋间隙。
步骤四、从进浆管向预留环缝灌注环缝浆料，待环缝浆料从出浆管流出后，养护，完成顶帽与墩柱的拼装。
相对于现有技术，本发明所述的顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构及施工方法具有以下优势：
1.顶帽与墩柱拼装时无需对预留钢筋接头一一对位，降低了施工难度，墩柱预留钢筋与顶帽间预留空间大，方便穿入施工。
2.施工时一次灌注环缝浆料，无需对钢筋接头进行一一灌浆、出浆，施工便捷。
3.钢筋间连接施工对制造精度要求低，施工容差大，无需采用专门的辅助工具进行定位，降低了成本。
4.通过在环缝钢板上设置剪力钉或者设钢筋预留孔，再穿过顶帽中间钢筋，确保环缝钢板、环缝浆料及顶帽间整体连接性能。
5.环缝钢板采用压型钢板，施工时用作预留环缝成型模板，同时保证了环缝浆料的连接强度，确保墩柱连接钢筋的可靠锚固。
6.顶帽与墩柱间形成拼装结构，竖向力通过拼接缝传递，弯矩通过锚固在预留环缝中的墩柱钢筋，以及顶帽底层钢筋传递，受力明确，拼装施工质量和结构性能易于保证。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明主视结构示意图；
图2是图1的ⅰ-ⅰ断面图；
图3是本发明中墩柱结构示意图，其中3-a是主视图，3-b是3-a中iii-iii断面图；
图4是本发明中顶帽结构示意图，其中4-a是主视图，4-b是4-a中ii-ii断面图；
图5是本发明实施例二主视结构示意图，其中5-a是主视图，5-b是5-a中iv-iv断面图,5-c是5-a中v-v断面图；
图6是本发明实施例二顶帽结构示意图，其中6-a是主视图，6-b是6-a中vi-vi断面图,6-c是6-a中vii-vii断面图。
附图标记说明：
其中：1.墩柱；2.顶帽；3.连接接缝；4.墩柱连接钢筋；5.预留环缝；6.顶帽连接加强钢筋；7.环缝内侧钢板；71.环缝外侧钢板；72.环缝顶部钢板；73.钢筋预留孔；74.剪力钉；8.顶帽底层钢筋；81.顶帽中间钢筋；9.环缝浆料；10.进浆管；11.出浆管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-4所示，一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，包括墩柱1和顶帽2，所述顶帽2在工厂内预制，在所述顶帽2内靠近顶帽2下部设置预留环缝5，所述预留环缝5形状与墩柱1相匹配，所述顶帽2底部为开口形式，在所述墩柱1内沿墩柱1周圈设有墩柱连接钢筋4，所述墩柱连接钢筋4伸出墩柱1顶面一定长度，在所述墩柱1顶面铺设连接接缝3，施工时将顶帽2通过连接接缝3安装在墩柱1上，墩柱连接钢筋4插入预留环缝5中，在所述顶帽2内靠近顶帽2底部设置多条顶帽底层钢筋8，所述顶帽底层钢筋8沿顶帽2的xy方向通长布置，顶帽底层钢筋8和墩柱连接钢筋4一一交错布置，保证墩柱连接钢筋4拼装时可插入顶帽底层钢筋8的间隙，当顶帽2承受水平力时，底部常处于受弯状态，顶帽底层钢筋8保证其受力需要。在所述顶帽2内位于顶帽2的中间设置多条顶帽中间钢筋81，沿顶帽2的xy方向通长布置，顶帽中间钢筋81和墩柱连接钢筋4一一交错布置，保证墩柱连接钢筋4拼装时可插入顶帽中间钢筋81的间隙。在所述顶帽2内靠近顶帽顶部设有顶帽连接加强钢筋6，所述顶帽连接加强钢筋6穿过环缝顶部钢板72上的钢筋预留孔73，伸入预留环缝5一定长度，与墩柱连接钢筋4相互对应。通过顶帽连接加强钢筋6增强了环缝浆料9在预留环缝5中的锚固性能，从而提高了墩柱连接钢筋4的连接可靠性。从进浆管11向预留环缝5灌注环缝浆料9，待环缝浆料9从出浆管11流出后，完成顶帽2与墩柱1的拼接。
所述预留环缝5周圈设有环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝顶部钢板72，在所述环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝顶部钢板72上设有钢筋预留孔73，顶帽底层钢筋8、顶帽中间钢筋81穿过环缝内侧钢板7和环缝外侧钢板71上的钢筋预留孔73，连续通过预留环缝5。顶帽底层钢筋8穿过环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝浆料9，与其形成开孔板剪力键受力形式。顶帽中间钢筋81穿过环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝浆料9，与其形成开孔板剪力键受力形式，当环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71受拉时，顶帽中间钢筋81可提供抗剪力，防止钢板从预留环缝5中产生滑移；同时，当墩柱连接钢筋4受拉时，拉力传递给环缝浆料9，而顶帽中间钢筋81穿过环缝浆料9，提高环缝浆料9在钢板中的锚固性能。所述环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71采用压型钢板，压型钢板上设有凹凸型键齿，保证环缝浆料9与钢板间、顶帽混凝土与钢板间的咬合，从而保证环缝浆料9在预留环缝5中的锚固性能，当墩柱连接钢筋4受拉时，保证其锚固在环缝浆料9和预留环缝5中，确保顶帽2与墩柱1间的连接性能。同时，压型钢板既作为永久受力结构，又兼做顶帽2预制时浇筑混凝土的模板，预留环缝5通过压型钢板浇筑成型。所述进浆管10位于靠近预留环缝5底部的环缝外侧钢板71上，所述出浆管10位于环缝顶部钢板72上，所述进浆管10和出浆管11均伸出顶帽2一定长度。所述环缝浆料9采用高性能、免振捣连接浆料，如高性能混凝土、灌浆料或超高性能混凝土(uhpc)等。所述连接接缝采用高强砂浆、超高性能混凝土(uhpc)等浆料铺设而成。
如图5-6所示，本发明实施例二方案如下。
在顶帽2内不设顶帽中间钢筋81，顶帽中间钢筋81不穿过环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71，相应位置处不设钢筋预留孔73。不设顶帽连接加强钢筋6，环缝顶部钢板72上不设钢筋预留孔73。所述环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71采用压型钢板，压型钢板可采用其他带肋、非光滑面形式，以提供咬合力。在所述环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝顶部钢板72上设置剪力钉74，剪力钉74设置在其内外侧，分散布置，将环缝浆料9、预留环缝5和顶帽2间相互锚固连接，通过剪力钉74抗剪力保证了墩柱连接钢筋4的锚固性能，从而保证顶帽2和墩柱1间连接。
上述顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、顶帽2工厂预制，顶帽2预制时将环缝内侧钢板7、环缝外侧钢板71和环缝顶部钢板72预埋其中，其上设剪力钉74或者将顶帽中间钢筋81穿过其上的钢筋预留孔73，再将顶帽底层钢筋8穿过其上的钢筋预留孔73，浇筑顶帽2混凝土。
步骤二、墩柱1预制或现浇，在墩柱1顶面铺设连接接缝3，吊装顶帽2。
步骤三、将顶帽2安装在墩柱1上，并将墩柱连接钢筋4插入预留环缝5中，并穿过顶帽底层钢筋8和顶帽中间钢筋81间隙。
步骤四、从进浆管10向预留环缝5灌注环缝浆料9，待环缝浆料9从出浆管11流出后，养护，完成顶帽2与墩柱1的拼接。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，包括墩柱和顶帽，其特征在于：在所述顶帽内靠近顶帽下部设置预留环缝，所述预留环缝形状与墩柱形状相匹配，所述顶帽底部为开口结构，在所述墩柱内设有墩柱连接钢筋，所述墩柱连接钢筋伸出墩柱顶面，在所述墩柱顶面铺设连接接缝，施工时将顶帽通过连接接缝安装在墩柱上，墩柱连接钢筋插入预留环缝中，从进浆管向预留环缝灌注入环缝浆料，待环缝浆料从出浆管流出后，完成顶帽与墩柱的拼装。
2.根据权利要求1所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：在所述顶帽内靠近顶帽底部设置顶帽底层钢筋，所述顶帽底层钢筋沿顶帽的xy方向通长布置，顶帽底层钢筋和墩柱连接钢筋一一交错布置。
3.根据权利要求2所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：在所述顶帽内位于顶帽的中部设置顶帽中间钢筋，所述顶帽中间钢筋沿顶帽的xy方向通长布置，顶帽中间钢筋和墩柱连接钢筋一一交错布置。
4.根据权利要求3所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：所述预留环缝周圈设有环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板，在所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板上设有钢筋预留孔，顶帽底层钢筋、顶帽中间钢筋穿过环缝内侧钢板和环缝外侧钢板上的钢筋预留孔，连续通过预留环缝。
5.根据权利要求4所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板采用压型钢板，压型钢板上设有凹凸型键齿。
6.根据权利要求4或5所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：在所述顶帽内靠近顶帽顶部设有顶帽连接加强钢筋，所述顶帽连接加强钢筋穿过环缝顶部钢板上的钢筋预留孔，伸入预留环缝，与墩柱连接钢筋相互对应。
7.根据权利要求1所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：所述环缝浆料为高性能混凝土、灌浆料或超高性能混凝土。
8.根据权利要求5所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：所述压型钢板兼做预制时的内模板，采用非光滑带肋钢板。
9.根据权利要求2所述的一种顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构，其特征在于：所述预留环缝周圈设有环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板，在所述环缝顶部钢板上设有钢筋预留孔，所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板采用压型钢板，在所述环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板的内外侧均交错设置有若干个剪力钉。
10.一种采用权利要求1-9所述顶帽与墩柱间钢筋环缝连接式拼装结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、顶帽工厂预制，顶帽预制时将环缝内侧钢板、环缝外侧钢板和环缝顶部钢板预埋其中，其上设剪力钉或者将顶帽中间钢筋穿过其上的钢筋预留孔，再将顶帽底层钢筋穿过其上的钢筋预留孔，浇筑顶帽混凝土；
步骤二、墩柱预制或现浇，在墩柱顶面铺设连接接缝，吊装顶帽；
步骤三、将顶帽安装在墩柱上，并将墩柱连接钢筋插入预留环缝中，并穿过顶帽底层钢筋和顶帽中间钢筋间隙；
步骤四、从进浆管向预留环缝灌注环缝浆料，待环缝浆料从出浆管流出后，养护，完成顶帽与墩柱的拼装。
技术总结