[发明专利]基于定向ECC的桥梁复合墩柱结构及施工工艺

说明书

本发明公开了基于定向ECC的桥梁复合墩柱结构及施工工艺，桥梁复合墩柱结构包括连接混凝土墩柱底座和混凝土墩柱的墩柱塑性铰区，所述墩柱塑性铰区为钢筋混凝土柱状结构；所述墩柱塑性铰区采用的混凝土为定向纤维增强水泥基复合材料，定向纤维增强水泥基复合材料为水泥基体内的纤维趋于一个方向排列的水泥基复合材料，定向纤维增强水泥基复合材料内的纤维的趋向方向与墩柱塑性铰区的轴向相同；所述墩柱塑性铰区采用的钢筋骨架由若干低屈服点钢筋和若干高强钢筋通过箍筋绑扎而成，所有低屈服点钢筋和所有高强钢筋均两两平行，且所有低屈服点钢筋和所有高强钢筋均不在一个平面内。

技术领域

本发明涉及基于定向ECC的桥梁复合墩柱结构及施工工艺。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

桥梁墩柱多采用钢筋混凝土结构的形式，主要由普通混凝土和钢筋组成。在地震荷载作用下，混凝土墩柱受拉纵筋屈服后，其柱截面会产生一定转角，形成一段塑性铰区域。塑性铰的形成能吸收部分地震能量，降低震害。工程上一般通过在桥梁墩柱塑性铰区采用高强混凝土、高强箍筋以及进行箍筋加密等方式来提高混凝土结构的抗震性能。但实践证明，通过提高混凝土强度，加密、改进箍筋来改善混凝土结构的延性和抗震性能是有限的。一方面，混凝土虽然具有抗压强度高、刚度大的特点，但也存在着易开裂、脆性大的缺点。在地震荷载作用下，桥梁墩柱受拉区的普通混凝土容易发生开裂，且裂缝数量较少，不能有效吸收地震能量，最后结构不可避免地沿一条主裂缝发生脆性破坏，结构的承载能力、变形能力和耐久性都较低。同时，过密的箍筋、复杂的箍筋形式，也会影响现场施工时混凝土的浇筑成型质量。

为提高混凝土结构的抗震性能，当前工程人员尝试在混凝土中掺入适量纤维，以改善混凝土材料的延性。ECC(Engineered Cementitious Composites)纤维增强水泥基复合材料便是其中一种合适的抗震材料，它以水泥砂浆或者混凝土为基体，通过添加纤维，使得材料在开裂时，裂缝发展能够得到有效的延缓和发散，极大地提高了结构的变形能力、抗裂能力、吸能能力和耐久性。通常，纤维混凝土(包括ECC)中的纤维呈现出乱序分布。因此，当混凝土结构的受力方向为多向时，采用这种乱序纤维混凝土能延缓结构的各向开裂。但从实际工程应用效果来看，一方面，混凝土柱的裂缝往往是沿水平向开裂的，因而当纤维混凝土中的纤维与裂缝开裂方向不正交，特别是相平行时，其抗裂性能将大打折扣。反映出乱序纤维混凝土的性能未能得到完全发挥，存在改进的空间。另一方面，纤维混凝土应用在桥梁墩柱抗震结构中时，其墩柱结构主要依靠纤维混凝土的分散开裂变形和钢筋屈服的塑性变形来吸收地震能。由此可知，纤维混凝土墩柱结构的正常工作阶段是在弹性阶段，而弹性工作阶段是无法有效消耗地震能的。一旦产生有地震荷载，该种纤维混凝土墩柱结构只能通过进入塑性阶段去吸收地震能，而结构的这种塑性变形往往是较大的，这使得桥梁墩柱在小震后裂缝数量较多，影响长期耐久性，在中震后变形过大无法继续有效工作，需要专门修复，成本高。

此外，在现场施工方面，桥梁墩柱往往需要较大的场地绑扎钢筋、放置材料和模板，且在浇筑混凝土时，需要人工多次振实以保证浇筑结构的密实成型，尤其是在桥梁墩柱的塑性铰区等关键部位。然而，由于绑扎有大量钢筋，这些关键部位往往会浇筑欠密实。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的一方面是提供基于定向ECC的桥梁复合墩柱结构，不仅能够大幅度提高了桥梁墩柱结构的开裂能力和抗震吸能能力，还能使桥梁墩柱在弹性阶段也能有效耗散地震能量，并且在震后有一定的自修复能力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

基于定向ECC的桥梁复合墩柱结构，包括连接混凝土墩柱底座和混凝土墩柱的墩柱塑性铰区，所述墩柱塑性铰区为钢筋混凝土柱状结构；

所述墩柱塑性铰区采用的混凝土为定向纤维增强水泥基复合材料，定向纤维增强水泥基复合材料为水泥基体内的纤维趋于一个方向排列的水泥基复合材料，定向纤维增强水泥基复合材料内的纤维的趋向方向与墩柱塑性铰区的轴向相同；