CN103774547B - 内嵌t型耗能钢板的圆钢管桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体和横隔板，还包括有焊固在圆钢管桥墩本体的下端上的底板，根部隔室内设有若干块T型耗能钢板，各T型耗能钢板沿根部隔室的圆周方向间隔环绕分布，T型耗能钢板为低屈服点钢板，低屈服点钢板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa，低屈服点钢板的上端与横隔板下端和底板焊固在一起，低屈服点钢板的两侧与圆钢管桥墩本体的内壁焊固在一起，横隔板开设有一中心通孔。本发明的有益效果是：内嵌T型耗能钢板受压时向外屈曲变形，但受到桥墩侧壁限制使得T型耗能钢板受压屈曲荷载接近于全截面塑性屈服荷载，显著提高圆钢管桥墩的耗能能力，并实现震后圆钢管桥墩的快速损伤检测及加固补强，具有施工快捷的优点。

Description

内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩

技术领域

本发明涉及钢桥墩技术领域，特别涉及一种圆钢管桥墩。

背景技术

桥梁是交通运输的咽喉，具有非常重要的地位。随着社会经济的发展，交通运输系统越来越发达，桥梁在社会中的作用也更加重要。作为交通运输系统的枢纽工程，桥梁是生命线工程的重要组成部分，如果桥梁在强震中遭到破坏，导致交通中断，不仅会造成直接的经济损失，更会严重影响震后的救灾工作，加重地震所造成的灾害。上世纪九十年代的几次破坏性地震（1989年美国洛马·普里埃塔(Loma Prieta)地震、1994年美国北岭(Northrige)地震、1995年日本阪神大地震、1997年美国圣费南多(SanFernado)地震、1999年中国台湾集集地震），以及本世纪初中国汶川地震(2008年)、青海玉树地震(2010年)，均给当地的桥梁结构造成严重的破坏，导致巨大的生命财产损失。

桥梁属于“头重脚轻”的结构，大部分质量集中在上部结构。在地震时，由于上部结构的强度、刚度和延性性能均比下部结构的强度、刚度和延性性能佳，所以在历次地城中均出现桥墩上部不易被直接破坏，桥墩下部容损伤破坏的现象。现阶段，我国主要使用钢筋混凝土桥墩，这种桥墩刚度、强度较大，但是其延性、耗能能力较差，在历次大地震中都表现出一定的易损性，特别是桥墩的下部，且桥墩下部的损伤会引起桥梁倒塌，且此种桥墩在震后难以修复使用。为了提高桥墩的抗震性能，已开始采用普通钢材制作的钢桥墩作为桥梁的下部支撑结构，与传统的钢筋混凝土桥墩相比，钢桥墩不仅具有良好的抗震性能和强度，还具有自重轻、占地面积小、现场施工快捷、震后可快速修复补强等显著优点，在发达国家城市高架桥、高速公路桥梁以及人行天桥等领域得到了广泛的应用。在探索新的桥墩结构形式过程中，圆钢管桥墩具有抗压能力强、外观美观等优点，已成为颇有发展潜力的结构形式之一。但是，因圆钢管桥墩的壁板较薄，在地震中圆钢管桥墩根部壁板易发生局部屈曲变形，致使圆钢管桥墩的延性和耗能能力急剧恶化，抗震性能降低。

为了防止钢桥墩根部的变形，国家知识产权局在2010年11月24日公开了公开号为101892627A的一种环保型钢桥墩减震结构形式，其由根部隔室、横隔板、纵向加劲肋、横向加劲肋、低弹模混凝土五个部分组成，纵向加劲肋、横向加劲肋交错焊接在根部隔室内，并使用低弹模混凝土填充根部隔室，横隔板用以密封低弹模混凝土表面；此种做法的钢桥墩，虽可使钢桥墩的根部不易发生变形，但低弹模混凝土的填充一方面会增加钢桥墩的自重，进而增加桥墩基础处理费用，使钢桥墩的建设费用较高，另一方面给地震后钢桥墩的损伤检测及加固补强带来困难，使钢桥墩现场施工快捷、震后可快速修复补强等突出优点受到极大限制。

有鉴于此，本申请人对现有圆钢管桥墩的缺陷进行深入研究，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的是提供一种内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其可改善圆钢管桥墩的延性和耗能能力，具有抗震性能好，现场施工快捷，便于震后损伤检测及快速修复的优点。

本发明的技术方案是这样的：一种内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体和横隔板，该圆钢管桥墩本体的下部内具有根部隔室，该横隔板焊固在圆钢管桥墩本体的下部内；还包括有底板，上述底板盖设于上述圆钢管桥墩本体的下端端部外，并与上述圆钢管桥墩本体焊固在一起，上述圆钢管桥墩本体位于上述横隔板与上述底板之间的空间为所述的根部隔室，上述根部隔室内设有若干块耗能钢板，各上述耗能钢板沿上述根部隔室的圆周方向间隔环绕分布，上述耗能钢板为低屈服点钢板，上述低屈服点钢板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa，上述低屈服点钢板为T型低屈服点钢板，上述T型低屈服点钢板具有均沿根部隔室的高度延伸的横直部和竖直部，上述竖直部与上述横直部相垂直设置，上述低屈服点钢板的上端与上述横隔板焊固在一起，上述低屈服点钢板的下端与上述底板焊固在一起，上述横直部的两侧与上述圆钢管桥墩本体的内壁焊固在一起，上述竖直部朝向上述圆钢管桥墩本体的中心轴线，上述横隔板上开设有中心通孔。

上述根部隔室的高度是上述圆钢管桥墩本体的横截面直径的1.0～1.2倍。

上述耗能钢板设置有四块，四上述耗能钢板均匀间隔环绕分布在上述根部隔室内。

上述根部隔室的内侧壁设有若干条沿上述根部隔室的高度方向延伸的加强肋条，上述加强肋条为普通钢加强肋条，上述加强肋条焊固在上述根部隔室上，上述加强肋条的上端端部与上述横隔板之间和上述加强肋条的下端端部与上述底板之间均具有一其距离为10mm～20mm的间距。

上述根部隔室位于两上述耗能钢板之间的中间部位处均具有一条上述加强肋条。

上述根部隔室位于两上述耗能钢板之间的部位处均具有二条上述加强肋条，且该二加强肋条均匀间隔分布。

上述底板的外径大于上述圆钢管桥墩本体的外径，且上述底板位于上述圆钢管桥墩本体外的部位处开设有若干个锚栓孔，各上述锚栓孔沿上述底板的圆周方向间隔环绕分布设置。

本发明的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，由于根部隔室内设有与根部隔室焊固在一起的低屈服点钢板，低屈服点钢具有屈服强度低、屈服应变小、强度稳定和变形力强的力学特性，这样，根部隔室内的各低屈服点钢板可作为圆钢管桥墩根部的主要屈服耗能部位，此时利用低屈服点钢板的T型结构，使各低屈服点钢板受压时可向外屈曲变形，当低屈服点钢板受压向外屈曲变形时会受到圆钢管桥墩的侧壁限制，使得屈服点钢板受压屈曲荷载接近于屈服点钢板的全截面塑性屈服荷载，从而使圆钢管桥墩的耗能能力较强，抗震性能优良，且各屈服点钢板的设置不会造成震后圆钢管桥墩的损伤检测及加固补强造成限制和影响；同时，耗能钢板、横隔板和底板均可在工厂内加工制作，现场仅需吊装焊固即可，具有施工工期短、施工快捷的优点，可大幅度缩短交通管制时间，大大加快地震或突发事故后桥梁的修复速度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的横截面示意图；

图3为本发明中底板的结构示意图；

图4为本发明另一结构的横截面示意图。

图中：

圆钢管桥墩本体  1     根部隔室    11

横隔板          2     中心通孔    21

底板            3     锚栓孔      31

耗能钢板        4     加强肋条    5

基础            100

具体实施方式

本发明的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，如图1-3所示，包括圆钢管桥墩本体1、横隔板2和底板3，该圆钢管桥墩本体1的下部内具有根部隔室11，此根部隔室11的高度是圆钢管桥墩本体1的横截面直径的1.0～1.2倍，经发明人多次试险和有限元分板时得到根部发生屈曲的高度约为横截面直径的1.0～1.2倍，据此限定了根部隔室的高度以节省钢材，该横隔板2焊固在圆钢管桥墩本体1的下部内，该横隔板2的中间部位开设有一中心通孔21，该底板3盖设于圆钢管桥墩本体1的下端端部外，并与圆钢管桥墩本体1焊固在一起，该圆钢管桥墩本体1位于横隔板2与底板3之间的空间为所述的根部隔室11，根部隔室11内设有若干块耗能钢板4，本实施例以四块为例，四耗能钢板4沿根部隔室11的圆周方向均匀间隔环绕分布，四耗能钢板4均为低屈服点钢板，此低屈服点钢板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa，各低屈服点钢板均为T型低屈服点钢板，该T型低屈服点钢板具有横直部和竖直部，该横直部与竖直部相互垂直设置，该横直部的长度和竖直部的长度均沿根部隔室11的高度延伸，该横直部的两侧与圆钢管桥墩本体1的内壁焊固在一起，竖直部朝向圆钢管桥墩本体1的中心轴线，该竖直部的上端端部与横直部的上端端部均与横隔板2焊固在一起，该竖直部的下端端部与横直部的下端端部均与底板3焊固在一起。本发明的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，经多次测试只有当耗能钢板为T型钢板时才能够实现耗能钢板受压后会向外屈曲变形。

本发明的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，安装时，首先，将横隔板2焊接在圆钢管桥墩本体1内，再将四T型耗能钢板分别内接于圆钢管桥墩本体1内，并使四T型耗能钢板的上端依次焊接在横隔板2的相应位置上；其次，焊接T型耗能钢板的横直部两侧与圆钢管桥墩本体1内侧壁间的竖向焊缝；再次，底板3与圆钢管桥墩本体1的底部焊接成整体；最后，通过圆钢管桥墩本体1的预留检修孔和横隔板2的中心通孔21进入根部隔室11内，把四T型耗能钢板的下端分别焊接在底板3的相应位置上，这样即可完成本发明的圆钢管桥墩下部结构的安装。由于T型耗能钢板、横隔板2、底板3以及圆钢管桥墩本体1间焊缝数量较多，焊接时应采用跳焊方式施焊。

本发明的有益效果如下：

一、因低屈服点钢具有屈服强度低、屈服应变小、强度稳定和变形力强的力学特性，而圆钢管桥墩本体内焊固有四块由低屈服点钢制成的耗能钢板，这样，根部隔室11内的各耗能钢板可作为圆钢管桥墩根部的主要屈服耗能部位，并利用低屈服点钢板的T型结构可使低屈服点钢板受压时能够向外屈曲变形，一旦低屈服点钢板向外屈曲变形时会受到圆钢管桥墩本体1侧壁的限制，使得屈服点钢板受压屈曲荷载接近于屈服点钢板的全截面塑性屈服荷载，从而使圆钢管桥墩的耗能能力较强，显著提高了圆钢管桥墩的抗震性能；

二、各耗能钢板的设置可适应地减小圆钢管桥墩本体的径厚比，这样可提高圆钢管桥墩本体的延性和耗能能力；

三、横隔板3的中心通孔31的设置，一方面可降低横隔板3的自重，从而降低圆钢管桥墩的整体自重，另一方面可方便安装人员对耗能钢板的焊接操作及震后耗能钢板的检测及更换；

四、各耗能钢板的设置不会造成震后圆钢管桥墩的损伤检测及加固补强造成限制和影响，可保留圆钢管桥墩原有的震后可快速检测评定和迅速修复补强的优点；

五、耗能钢板、横隔板和底板均可在工厂内加工制作，现场仅需吊装并焊固即可，避免传统需浇注混凝土而造成施工工期长、施工缓慢的问题，具有施工工期短、施工快捷的优点，可大幅度缩短交通管制时间，大大加快地震或突发事故后桥梁的修复速度。

本发明中，该底板3的外径大于圆钢管桥墩本体1的外径，且底板3位于圆钢管桥墩本体1外的部位处开设有若干个锚栓孔31，各锚栓孔31沿底板3的圆周方向间隔环绕分布设置；这样，通过各锚栓孔31可方便圆钢管桥墩本体1与基础100的固定。

本发明的另一改进在于：该根部隔室11的内侧壁设有若干条沿根部隔室11的高度方向延伸的加强肋条5，加强肋条5的上端端部与横隔板2之间和加强肋条5的下端端部与底板3之间均具有一其距离为10mm～20mm的间距，该加强肋条5为普通钢加强肋条，加强肋条5焊固在根部隔室11上，该加强肋条5设置有四根，四加强肋条间隔地环绕分布，且两耗能钢板4之间的中间部位处均具有一加强肋条5；这样，通过各加强肋条5可加强圆钢管桥墩本体1根部的强度，避免圆钢管桥墩本体1根部发生屈曲变形。

本发明中，如图4所示，该加强肋条5也可设置8条，且根部隔室11位于两耗能钢板4之间的部位处均具有二条该加强肋条5，且该二加强肋条均匀间隔分布。

本发明中，加强肋条5的设置数量由圆钢管桥墩横截面尺寸和径厚比来决定，并非局限于本实施例的4条或8条。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (7)

1.一种内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体和横隔板，该圆钢管桥墩本体的下部内具有根部隔室，该横隔板焊固在圆钢管桥墩本体的下部内；其特征在于：还包括有底板，上述底板盖设于上述圆钢管桥墩本体的下端端部外，并与上述圆钢管桥墩本体焊固在一起，上述圆钢管桥墩本体位于上述横隔板与上述底板之间的空间为所述的根部隔室，上述根部隔室内设有若干块耗能钢板，各上述耗能钢板沿上述根部隔室的圆周方向间隔环绕分布，上述耗能钢板为低屈服点钢板，上述低屈服点钢板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa，上述低屈服点钢板为T型低屈服点钢板，上述T型低屈服点钢板具有均沿根部隔室的高度延伸的横直部和竖直部，上述竖直部与上述横直部相垂直设置，上述低屈服点钢板的上端与上述横隔板焊固在一起，上述低屈服点钢板的下端与上述底板焊固在一起，上述横直部的两侧与上述圆钢管桥墩本体的内壁焊固在一起，上述竖直部朝向上述圆钢管桥墩本体的中心轴线，上述横隔板上开设有中心通孔。

2.根据权利要求1所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述根部隔室的高度是上述圆钢管桥墩本体的横截面直径的1.0～1.2倍。

3.根据权利要求1所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述耗能钢板设置有四块，四上述耗能钢板均匀间隔环绕分布在上述根部隔室内。

4.根据权利要求3所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述根部隔室的内侧壁设有若干条沿上述根部隔室的高度方向延伸的加强肋条，上述加强肋条为普通钢加强肋条，上述加强肋条焊固在上述根部隔室上，上述加强肋条的上端端部与上述横隔板之间和上述加强肋条的下端端部与上述底板之间均具有一其距离为10mm—20mm的间距。

5.根据权利要求4所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述根部隔室位于两上述耗能钢板之间的中间部位处均具有一条上述加强肋条。

6.根据权利要求4所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述根部隔室位于两上述耗能钢板之间的部位处均具有二条上述加强肋条，且该二加强肋条均匀间隔分布。

7.根据权利要求1所述的内嵌T型耗能钢板的圆钢管桥墩，其特征在于：上述底板的外径大于上述圆钢管桥墩本体的外径，且上述底板位于上述圆钢管桥墩本体外的部位处开设有若干个锚栓孔，各上述锚栓孔沿上述底板的圆周方向间隔环绕分布设置。