預制橋墩頭連接研究綜述

中圖分類號 TU375.3 文獻標識碼A 文章編號2096-8949（2025）08-0168-03

0 引言

隨著我國大力推進城鎮化建設，為提高交通運輸效率，加快橋梁工程施工速度，減少施工期間對周圍交通以及環境的影響，采用預制拼裝橋梁技術是有效辦法。預制拼裝橋梁作為橋梁快速施工技術的重要組成部分，可實現縮短施工周期，減輕施工揚塵造成的污染，以及施工帶來的噪聲問題，并且相比傳統現澆橋梁施工技術，預制拼裝橋梁技術更能保證構件質量和降低成本。國內外學者大量研究表明，目前該技術已經歷大跨步發展，在實際工程中的應用也越來越廣泛。

目前我國對預制橋梁的研究方向多集中在橋梁上部構造中[，如蓋梁、蓋梁與墩柱連接等，而關于橋梁下部墩柱的研究存在不足。在地震荷載作用下，橋墩的抗震性能對橋梁整體安全性能有至關重要的作用，因此對橋墩抗震性能的研究是必要的。對于預制拼裝橋墩，不同拼接方式對橋墩抗震性能的影響十分顯著。目前國內外預制橋墩拼接方式主要包括以下幾種：預應力連接、灌漿套筒連接、灌漿波紋管連接、濕接縫連接、承插式連接、插槽式連接[2以及榫頭連接。其中，榫頭連接多用于墩柱節段間、墩柱與承臺間連接，該連接方式可以實現模塊化施工，提高施工效率，縮短工期，并且榫頭連接可以提供較好的連接剛度和承載能力，增強橋梁整體的穩定性和抗震性能。對于此種連接方式，國內外學者對其抗震性能進行了研究和分析，該文從試驗研究方面對該連接方式進行研究綜述，并對其研究熱點以及發展方向進行總結，旨在進一步推進此技術在實際工程中的應用。

1榫頭連接構造及特點

榫頭連接是在預制構件拼接處預制榫頭和凹槽，并將其進行嵌合，然后通過黏結劑（如混凝土、膠黏劑等）或機械錨固等方式固定連接。在現場拼裝橋墩時，榫頭具有定位及支撐的作用。榫頭和槽口的設計通常考慮到連接面積、連接強度和穩定性等因素，以確保連接的可靠性和耐久性。并且榫頭對預制橋墩拼接處抗剪性能也有一定影響。目前國內在實際工程中對該連接方式進行了應用，如杭州灣跨海大橋、東海大橋、港珠澳大橋等，圖1為烏魯木齊東進場項目中榫頭與縱筋搭接的連接方式；圖2為帶榫頭的預制橋梁墩柱拼接。

2 試驗研究現狀

超高性能混凝土（Ultra-HighPerformanceConcrete，UHPC），是一種具有高抗壓強度、高延性和高耐久性的新興復合材料。UHPC由于其力學性能以及耐久性方面的優勢，使得其在橋梁領域應用廣泛。對預制橋梁體系，國內外學者逐漸在該體系中引入高強材料以提升橋梁性能。在預制橋墩榫頭連接中，多采用UHPC對拼接處進行后澆處理，因為UHPC具有較高的抗壓強度和較好的拉伸延性[34]，且現澆超高強度混凝土與普通強度混凝土之間具有良好的黏結性[5，因此UHPC榫卯能夠很好地與預制的普通混凝土柱黏結，從而保證節點的完整性。此外，對UHPC榫頭預留空腔的普通混凝土內表面進行充分鑿毛處理，以保證現澆UHPC與預制普通混凝土柱之間更高的黏結性能，并且對于預制橋墩波紋管連接方式中，鋼筋的錨固長度應不小于24d，d為鋼筋直徑[7]。Guan等[提出了采用局部預制UHPC護套加固預制柱塑性鉸區的結構，為評估使用預制UHPC加固柱的抗震性能，進行了低周反復荷載試驗，結果表明：預制超高性能混凝土護套使試件破壞區域遠離柱一基礎連接區域，抗震性能與整體現澆試件相當，同時局部預制超高性能混凝土護套加固柱的塑性鉸長度，可通過整體混凝土構件塑性鉸長度模型進行估算。以下列舉幾種榫頭連接試件在試驗中的力學性能表現。

2.1全預制鋼筋混凝土柱

對于預制橋墩榫頭連接的研究。Sung等提出了一種基于模塊化施工方法的預制節段墩柱。每個模塊都有榫頭和孔，通過榫頭和孔將相鄰模塊進行連接，形成一個完整的結構。通過試驗結果和實際應用表明：此類橋墩具有較高的抗震性能。Wang等[10]提出一種全新的可替換耗能節點組成的全預制鋼筋混凝土柱基礎節點，試驗對不同榫頭長度的預制試件進行了擬靜力試驗，試驗結果表明：在整體性能和抗震性能方面，榫卯長度較長的試件優于榫卯長度較短的試件。蔡忠奎[對目前節段拼裝橋墩的平面接縫構造形式、變形以及受力特點進行歸納，并提出了“榫卯接縫節段拼裝橋墩”的概念，試驗及模擬得出，試驗過程中榫卯接縫節段拼裝橋墩首先在試件墩身處發生破壞，之后接縫位置發生破壞，說明該連接方式可限制試件節段間的剪切錯動，因此具有提升橋墩的抗剪承載力以及整體性的能力；在提高榫卯接縫節段拼裝橋墩的延性方面，橋墩墩底節段處設置碳纖維管比設置加密箍筋的提升效果更明顯；加入耗能鋼筋可明顯提升榫卯接縫節段拼裝橋墩在承載力、剛度以及整體性方面的表現。

2.2 鋼筋連接和榫卯結構的混合連接

隨著預制橋梁拼接技術的不斷研究發展，眾多學者提出使用混合連接的方式對預制橋墩進行拼接連接。Hung[12]為保證相鄰節段間的抗剪能力，提出了一種使用耦合器和榫頭的混合連接。試驗結果表明：使用榫頭能有效地抑制試件的殘余位移，并使得試件具有較好的滯回能力。Liu等[13]對預制墩柱拼裝節點使用了灌漿套筒和榫頭連接，研究表明：采用該連接方式的墩柱試件有良好的耗能能力，并且減小了墩柱殘余位移。YulinDeng等[14提出一種使用鋼筋搭接和榫卯結構的混合連接方式（如圖3），預制構件中的榫頭可加強墩柱的結構完整性，并提高外力作用下的抗剪能力。試驗與數值模擬結果表明：與傳統波紋管連接方式相比，裝配式混凝土榫頭連接通過增加榫頭處的截面彎矩承載力，顯著增強了節點的承載力，同時限制了墩身的變形；與現澆橋墩相比，波紋管搭配榫頭連接的預制橋墩具有更好的抗側移能力、延性和耗能能力。因此該連接方式的橋墩可能適用于地震活動中度至高度的地區，此結論為預制橋梁在高震區的應用提供了理論基礎。

2.3灌漿波紋鋼套筒與現澆UHPC榫頭連接

YangZhang等[15]在預制橋墩拼接方式中提出了一種使用灌漿波紋鋼套筒和現澆UHPC榫頭的混合連接方法（如圖4），通過試驗表明：灌漿波紋鋼套筒和現澆UHPC榫頭混合連接試件在擬靜力試驗中，其節點呈現出延性破壞、受壓區混凝土破碎、節點處混凝土嚴重開裂、連接鋼筋屈服等現象，在拼接墩柱屈服前，試件抗彎剛度與相同軸壓比下的預制鋼筋混凝土柱相似，但抗裂性能和位移延性優于預制鋼筋混凝土柱。閆明輝[對現澆橋墩、采用灌漿波紋管連接以及新型榫頭灌漿波紋管連接的預制拼裝橋墩進行了低周反復荷載試驗，結果顯示：拼接節點處設置榫頭的預制橋墩與現澆橋墩在地震波作用下的響應結果較為相近，抗震性能基本相當，拼裝節點接縫平面處的位移響應和殘余位移較大，榫頭構造提升了預制拼裝橋墩的抗震性能。林上順等[通過使用現澆水泥基復合材料與預制榫卯混合連接的拼接節點設計，有效提高了裝配式鋼筋混凝土橋墩的抗震性能，結果表明：與現澆水泥基復合材料濕接縫連接試件相比，使用混合連接的試件峰值荷載、極限位移分別提升 2 5 . 7 4 % ～ 3 0 . 0 3 % 一 2 2 . 7 5 % ～ 1 0 6 . 3 9 % ，同時殘余位移降低 4 3 . 7 0 % ～ 6 1 . 4 2 % ，因此其抗震性能較好。并建議對于混合連接試件，其凹槽深度不宜大于凸榫邊長的0.75倍。

2.4鋼法蘭——榫頭連接

劉立平[18]提出一種以鋼法蘭一榫頭連接的預制鋼筋混凝土柱，通過擬靜力試驗研究鋼法蘭一榫式連接方式、榫頭箍筋配筋參數對試件破壞模式、變形能力、耗能能力和關鍵節點處應變的影響。試驗對榫頭分別配置了業 、業 的箍筋，通過試驗得出：裝配式柱的柱縱筋的應變與現澆柱相當，混凝土榫頭箍筋配筋的減少會導致榫頭縱筋應變顯著增加。

3結語

該文主要介紹了預制橋墩榫頭連接以及榫頭對預制橋墩連接節點的力學性能影響，并且對該連接方式在國內外的研究進展和方向進行了歸納整理。目前榫頭連接多與鋼套筒、波紋管、耦合器等鋼筋連接裝置組成混合連接，根據試驗表明：此種混合連接方式可有效減少試件殘余位移，同時在延性、耗能等方面具有更優表現；國內外學者通過試驗表明：波紋管搭配榫頭的混合連接方式在抗側移能力、延性和耗能能力方面的優勢，使得該連接方式的預制橋墩可適用于中度至高度地震活動地區。這些研究為預制橋梁體系在高震區的使用提供了方向。

參考文獻

[1]李國平.體外預應力混凝土橋梁設計計算方法[D].上 海：同濟大學，2006.

[2]王震.自復位預制拼裝UHPC空心墩抗震性能及設計 方法研究[D].南京：東南大學，2018.

[3]Richard P， Cheyrezy M. Composition of reactive powder concretes[J.CementandConcreteResearch，1995：1501-1511.

[4]ParkSH，KimDJ，RyuGS，KohKT.Tensilebehaviorof ultrahigh performancehybrid fiberreinforced concrete[J]. Cement andConcreteComposites，20l2：172-84.

[5]CarbonellMu＼～noz MA，HarrisDK，Ahlborn TM，Froster DC.Bond performancebetween ultrahigh-performance concrete and normal-strength concrete[J].J MaterCivilEng， 2014：04014031.

[6]ZhangY，ZhuP，Liao Z，WangL.Interfacialbond properties between normal strength concrete substrate and ultra-high performance concrete as a repair material[J].Constr Build Mater， 2020：117431.

[7]Shanghai Municipal Housing and Urban-Rural Construction Management Committee. Technical specification for prefabricated bridge piers[S]. Tongji University Press， Shanghai， China， 2015.

[8]Guan D， Chen Z， Liu J， et al. Seismic performance of precast concrete columns with prefabricated UHPC jackets in plastic hinge zone[J]. Engineering Structures，2021： 112776.

[9]Sung YC， Hung HH， Lin KC， Jiang CR， Chang KC. Experimental Testingand Numerical Simulation of Precast Segmental Bridge Piers Constructed with a Modular Methodology[J].J Bridg Eng， 2017（No.11）.

[10]Zongbin Wang， Qi Kang， Yanxia Ye.Experimental study on the seismic performance of a fully assembled column base node with areplaceable energy-consuming joint[J].Journal of Building Engineering，2023：106165.

[11]蔡忠奎.榫卯接縫節段拼裝橋墩抗震性能數值分 析[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2015.

[12]Hung HH， Sung YC， Lin KC， Jiang CR， Chang KC. Experimental study and numerical simulation of precast segmental bridgecolumns with semi-rigid connections[J].Eng Struct， 2017：12-25.

[13]Liu Z，Lei H， Tong T， Wu S，Lu G.Precast segmental piers： testing，modeling and seismic assessment of an emulative connection based on a grouted central tenon[J].Bull Earthq Eng，2022（No.5）：2529-64.

[14]Yulin Deng， Shuxun Ge， Yasir Ibrahim Shah.Experimental study and numerical simulation of precast segmental bridge column with a central RC tenon[J].Structures，2023：842-854.

[15]Yang Zhang，Yanping Zhu，Quanhong Chen， Wenbin Huo，Xudong Shao.Precast columns connected with grouted corrugated steel sleeves and UHPC tenon under combined bending and compression[J].Engineering Structures， 2021：112080.

[16]閆明輝.不同連接構造的預制拼裝橋墩抗震性能研 究[D].武漢：武漢理工大學，2023.

[17]林上順，林永捷，夏樟華，等.現澆ECC和預制榫卯 混合連接裝配式RC橋墩抗震性能[J/OL].交通運輸工程 學報：1-13[2023-10-26].

[18]劉立平，殷堯日，余杰，等.鋼法蘭-榫式連接的 裝配式RC柱抗震性能試驗研究[J].建筑鋼結構進展， 2021（3）：42-53.