CN101942797A - 一种缆索约束桥墩抗震结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缆索约束桥墩抗震结构，包括至少一个纵向设置的桥墩、位于左右两端的左、右桥台以及支撑在各所述桥墩和左、右桥台上的上部结构，在相邻的所述桥墩之间均连接有第一缆索，所述左、右桥台与靠近该左、右桥台的所述桥墩之间均通过第二缆索固定，并所述第一缆索和第二缆索的连接端均连接在各所述桥墩的上部。本发明结构简单新颖，能够解决桥墩在地震作用下产生过大位移而导致上部结构破坏，解决桥墩在地震作用下墩底产生过大内力而破坏，解决基础在地震作用下产生过大内力而破坏。

Description

一种缆索约束桥墩抗震结构

技术领域

本发明涉及一种桥梁结构，具体地说，尤其涉及一种缆索约束桥墩抗震结构。

背景技术

中国位于世界两大地震带—环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育。中国地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾严重的国家。1976年7月28日发生的唐山大地震和2008年5月12日发生汶川大地震给我国造成巨大人员伤亡和经济损失。桥梁工程是交通生命线的咽喉，但也是最容易发生地震破坏的公路建筑，为了能够提高桥梁抗震性能，多年来，工程界科研人员不断努力从事各种研究工作。

根据震害调查，桥墩破坏是主要震害之一，这和桥梁工程头重脚轻的结构特点有关。为了避免桥墩在地震作用下产生破坏，国外地震研究领先国家从20世纪60年代初开始，对钢筋混凝土桥墩的延性进行了试验研究。在1971年美国圣费尔南多地震爆发之后，针对钢筋混凝土柱延性的试验研究，在世界范围内大大增加起来，这一时期得到了大量关于改善钢筋混凝土桥墩延性的指导性建议。新西兰从20世纪70年代中期起，在著名学者R.Park和T.Pauly的领导下，对钢筋混凝土柱的延性作了长期和大量的试验研究工作，取得了一系列世界公认的研究成果。其中，最重要的、而且如今已众所周知的成果之一就是他们提出的箍筋约束混凝土的概念和能力设计原理。目前已经知道，钢筋混凝土构件和结构的延性能力，可以通过箍筋约束混凝土的概念和能力设计原理获得。

目前国内外的研究成果主要是增加或改善桥墩内力最大部位的延性能力，利用其延性来耗散地震能力，达到保护其他部位的不受破坏的目的。该方法其缺点：随之地震需求增大，需要不断增加桥墩和基础截面面积和配筋量，尤其对于桩基，有时满足要求的设计较为困难。在遭受大震时，桥墩可能出于塑性状态，必然造成墩顶产生过大位移，有落梁破坏产生的可能。在地震结束后，桥墩由于残余变形的存在，直接影响灾后桥梁通行能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种抗震性能强、结构简单新颖的一种缆索约束桥墩抗震结构。

本发明的技术方案如下：设计的一种缆索约束桥墩抗震结构，包括至少一个纵向设置的桥墩、位于左右两端的左、右桥台以及支撑在各所述桥墩和左、右桥台上的上部结构，其要点是：在相邻的所述桥墩之间均连接有第一缆索，所述左、右桥台与靠近该左、右桥台的所述桥墩之间均通过第二缆索固定，并所述第一缆索和第二缆索的连接端均连接在各所述桥墩的上部。

本发明是针对传统桥梁没有抗震设计或者抗震效果差从而创新性地设计的，采用以上结构，当桥墩上端因地震力作用而产生位移时，连接桥墩的第一缆索和第二缆索会给桥墩施加反方向拉力，从而减小桥墩上端位移量和桥墩自身内力。根据桥墩自身刚度和强度特点来优化设计缆索刚度，可以达到发生较大地震作用时，能够保证桥墩处于有限损伤状态，并且控制桥墩上端的位移，减少上部结构破坏的可能。

作为优选：所述桥墩为独柱墩，所述第一缆索和第二缆索的连接端均连接在各所述桥墩的墩顶，上述结构中，当本发明的桥墩只是未设置盖梁的独柱墩的时候，采用第一缆索和第二缆索直接与各桥墩的墩顶连接，如此能够使得在地震时各桥墩以及桥台相互连接为一体，在相互拉力的作用下，不易发生破坏。

为了使本发明中的第一缆索和第二缆索均与各所述桥墩的连接更加可靠，所述第一缆索和第二缆索均与各所述独柱墩锚固连接。

作为优选：所述桥墩为由墩身和盖梁构成的独柱墩，其中所述盖梁横向固定在所述墩身上端，所述第一缆索和第二缆索的连接端均连接在各所述盖梁上。当本发明的桥墩为独柱墩，且由墩身和盖梁构成时，采用上述结构能够使得各盖梁之间相互连接，并将这些连接在一起的盖梁与两端的桥台连接，如此能够有效的实现抗震。

作为优选：所述桥墩为由墩身和盖梁构成的双柱墩，其中所述盖梁纵向搭固在两个墩身上端，所述第一缆索和第二缆索至少为一组，该第一缆索和第二缆索分别固定在各所述墩身上方的各所述盖梁上。当本发明的桥墩为双柱墩时，采用一组或多组第一缆索和第二缆索对盖梁进行连接，使其连接更加可靠，如此在相互拉力的作用下，地震时不易发生破坏。

为了使本发明中的第一缆索和第二缆索均与各所述盖梁的连接更加可靠，所述第一缆索和第二缆索均与各所述盖梁锚固连接。

本发明的有益效果是：本发明结构简单新颖，能够解决桥墩在地震作用下产生过大位移而导致上部结构破坏，解决桥墩在地震作用下墩底产生过大内力而破坏，解决基础在地震作用下产生过大内力而破坏。与传统桥梁相比，本发明还具有以下优点：对以新建以地震作用控制设计的桥梁，本发明能够显著减小桥墩及基础的地震效应，可以显著优化桥墩及基础的截面和配筋，减少工程造价；对于处于高地震烈度区，且不满足现行抗震标准的已建桥梁，采用本发明能够进行抗震加固可以显著减小桥墩和基础内力，不必对桥墩和处于难以加固位置的基础进行处理。

附图说明

图1为本发明的实施例1的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明的实施例2的结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明的实施例3的结构示意图；

图6为图6的俯视图；

图7为本发明中的锚固结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

如图1、图2和图7所示的一种缆索约束桥墩抗震结构，包括在纵向设置2个的桥墩1、位于左右两端的左、右桥台4、5以及支撑在各所述桥墩1和左、右桥台4、5上的上部结构2，所述桥墩1为不设置盖梁的独柱墩，在相邻的所述桥墩1之间均锚固连接有第一缆索3，所述左、右桥台4、5与靠近该左、右桥台4、5的所述桥墩1之间均通过第二缆索6锚固，并第一缆索3和第二缆索6的连接端均锚固在各所述桥墩1的墩顶。第一缆索3和第二缆索6可以为一根缆索锚固在各桥墩1以及左、右桥台4、5上，也可以为分段缆索分别锚固各桥墩1a以及左、右桥台4、5之间。

实施例2：

如图3、图4和图7所示的一种缆索约束桥墩抗震结构，包括在纵向设置2个桥墩1、位于左右两端的左、右桥台4、5以及支撑在各所述桥墩1和左、右桥台4、5上的上部结构2，所述桥墩1为由墩身1a和盖梁1b构成的独柱墩，其中所述盖梁1b横向固定在所述墩身1a上端，在相邻的所述盖梁1b之间均锚固连接有第一缆索3，所述左、右桥台4、5与靠近该左、右桥台4、5的所述盖梁1b之间均通过第二缆索6锚固，并第一缆索3和第二缆索6的连接端均锚固在各所述盖梁1b上。上述桥墩为独柱墩，第一缆索3和第二缆索6可以为一根缆索锚固在各盖梁1b以及左、右桥台4、5上，也可以为分段缆索分别锚固各盖梁1b以及左、右桥台4、5之间。

实施例3：

如图5、图6和图7所示的一种缆索约束桥墩抗震结构，包括2个纵向设置的桥墩1、位于左右两端的左、右桥台4、5以及支撑在各所述桥墩1和左、右桥台4、5上的上部结构2，所述桥墩1为由墩身1a和盖梁1b构成的双柱墩，其中所述盖梁1b纵向搭固在两个墩身1a上端，在相邻的所述盖梁1b之间均锚固连接有第一缆索3，所述左、右桥台4、5与靠近该左、右桥台4、5的所述盖梁1b之间均通过第二缆索6锚固，所述第一缆索3和第二缆索6均为两组，该两组第一缆索3和第二缆索6分别固定在各所述桥墩1a上方的各所述盖梁1b上。上述桥墩为双柱墩，第一缆索3和第二缆索6可以为一根缆索锚固在各盖梁1b以及左、右桥台4、5上，也可以为分段缆索分别锚固各盖梁1b以及左、右桥台4、5之间。

上述缆索3的连接方式可以采用以下几种方式：

1、对于在建桥梁，在墩身1a墩顶或者盖梁1b浇注混凝土前，可以缆索3直接穿过墩身1a墩顶或者盖梁1b模板，将其直接浇注于混凝土中进行锚固，左、右桥台4、5处采用相同方式锚固，缆索3贯穿于整个桥梁墩台之间。此种方式用于在建桥梁或待建桥梁。

2、对于已建桥梁，当需要采用本发明进行加固处理时，则需要在墩身1a墩顶或盖梁1b处安装缆索锚固装置，利用该锚固装置将缆索3与墩身1a墩顶或盖梁1b进行可靠连接，缆索3可以通长贯穿于各个墩身1a墩顶或盖梁1b之间，在墩身1a墩顶或盖梁1b上分别锚固。也可根据桥梁跨度采用分节段缆索3锚固方式。具体采用何种方式，根据设计优化结果和采用何种锚固装置而定。

3、由于边跨缆索3产生地震力较大，当左、右桥台4、5不能承受缆索3拉力时，在边跨可以将缆索3斜向下左、右桥台4、5锚固与左、右桥台4、5底部，或者在左、右桥台4、5两侧采用锚杆结构将缆索3锚固于地基中。

本发明以一座8跨40m简支T梁为实施对象，该桥上部结构由5片T梁组成，桥墩为矩形空心墩，墩高从36m到51m不等，基础为桩基，每个承台下布置4根桩基。桥梁区地震基本烈度为Ⅸ区。将采用发明的设计对其进行抗震性能加固处理，然后对比加固前和加固后地震响应特点来证明本发明所具有的优点。在每一跨的盖梁1b两端各锚固一根由10束钢绞线组成的缆索3，边跨缆索3一端锚固在盖梁1b上，另一端锚固在左、右桥台4、5上，钢绞线总的用量为7.3吨，整个加固工程费用约10万元。结果表示：加固前的桥梁桥墩1a墩底顺桥向最大地震弯矩为32837kN·m、最大地震剪力为2237kN，加固后的桥梁桥墩1墩底顺桥向最大地震弯矩为11471kN·m、最大地震剪力为297kN，桥墩1内力大幅降低；加固前的桥梁桥墩1墩顶最大纵向最大地震位移为4.84cm，加固前的桥梁桥墩1a最大纵向最大地震位移为2.40cm，桥墩1墩顶位移也有较大降幅；边跨抗震缆索3在地震过程中的最大地震轴力为145kN，索力并不大，对锚固系统要求不高，因此，采用本发明的结构能够显著降低桥墩1地震内力和桥墩1墩顶位移，表现出良好的抗震性能。

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、等同替换和改进等，如本发明中的桥墩1也可以为三柱墩以上的多柱墩；当桥墩1由墩身1a和盖梁1b构成时，缆索也可以固定在墩身1a墩顶；当桥梁为多跨桥时，纵向设置的桥墩1可以根据跨度的需要设置为多个等。诸如以上的结构均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种缆索约束桥墩抗震结构，包括至少一个纵向设置的桥墩（1）、位于左右两端的左、右桥台（4、5）以及支撑在各所述桥墩（1）和左、右桥台（4、5）上的上部结构（2），其特征在于：在相邻的所述桥墩（1）之间均连接有第一缆索（3），所述左、右桥台（4、5）与靠近该左、右桥台（4、5）的所述桥墩（1）之间均通过第二缆索（6）固定，并所述第一缆索（3）和第二缆索（6）的连接端均连接在各所述桥墩（1）的上部。

2.根据权利要求1所述的一种缆索约束桥墩抗震结构，其特征在于：所述桥墩（1）为独柱墩，所述第一缆索（3）和第二缆索（6）的连接端均连接在各所述独柱墩的墩顶。

3.根据权利要求2所述的一种缆索约束桥墩抗震结构，其特征在于：所述第一缆索（3）和第二缆索（6）均与各所述独柱墩锚固连接。

4.根据权利要求1所述的一种缆索约束桥墩抗震结构，其特征在于：所述桥墩（1）为由墩身（1a）和盖梁（1b）构成的独柱墩，其中所述盖梁（1b）横向固定在所述墩身（1a）上端，所述第一缆索（3）和第二缆索（6）的连接端均连接在各所述盖梁（1b）上。

5.根据权利要求1所述的一种缆索约束桥墩抗震结构，其特征在于：所述桥墩（1）为由墩身（1a）和盖梁（1b）构成的双柱墩，其中所述盖梁（1b）纵向搭固在两个墩身（1a）上端，所述第一缆索（3）和第二缆索（6）至少为一组，该第一缆索（3）和第二缆索（6）分别固定在各所述墩身（1a）上方的各所述盖梁（1b）上。

6.根据权利要求4或5所述的一种缆索约束桥墩抗震结构，其特征在于：所述第一缆索（3）和第二缆索（6）均与各所述盖梁（1b）锚固连接。

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