CN103774549B - 一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体，还包括有设置壳体，壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，高强钢弧形板与低屈服点钢弧形板相对应设置，且两高强钢弧形板之间均具有一低屈服点钢弧形板，低屈服点钢弧形板与高强钢弧形板可拆卸在一起，且各高强钢弧形板与圆钢管桥墩本体焊固在一起。本发明的有益效果如下：通过高强钢弧形板可起到圆钢管桥墩的受力骨架作用，为桥墩提供足够的承载能力和刚度，且其极限弹性应变值较大，能够保证加劲低屈服点钢弧形板的屈服耗能，可使圆钢管桥墩的延性好、抗震性能优良，具有施工工期短，施工快捷，便于震后损伤检测及快速修复的优点。

Description

一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩

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

桥梁作为生命线工程的主要组成部分，是交通运输的枢纽，在抗震救灾中起着至关重要的作用。桥墩是桥梁结构的主要承重结构，其损坏与否对桥梁结构整体的损伤乃至倒塌起着举足轻重的作用。现阶段，国内外的桥墩一般都采用钢筋混凝土结构形式，这种形式的桥墩抗压性能好，但延性差，在历次地震中都遭受严重破坏，且在震后难以及时修复使用，给震后抢险救灾带来麻烦，造成的间接损失也十分巨大。

在一些地震频发地区，如美国、日本、以及我国的台湾地区，为了提高桥梁的抗震性能，已开始采用普通钢材制作的钢桥墩作为下部支撑结构。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，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，在地震中此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。

有鉴于此，本申请人对现有钢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根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其可改善钢桥墩的延性和耗能能力，具有抗震性能好，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：一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体，还包括有设置在上述圆钢管桥墩本体下方的壳体，上述壳体的外形呈与上述圆钢管桥墩本体的形状相吻合的中空圆柱体结构，上述壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板相对应设置，各上述高强钢弧形板与各低屈服点钢弧形板围成上述壳体，且两上述高强钢弧形板之间均具有一上述低屈服点钢弧形板，上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板可拆卸在一起，且各上述高强钢弧形板与上述圆钢管桥墩本体焊固在一起。

还包括有横隔板，上述横隔板呈圆形结构，上述横隔板的外径与上述壳体和上述圆桥墩本体的外径相同，上述横隔板处于上述圆桥墩本体与上述壳体之间，且上述横隔板与上述圆桥墩本体及各上述高强钢弧形板焊固成一体。

还包括有底板，上述底板呈圆形结构，上述底板的外径大于上述壳体和上述圆桥墩本体的外径，上述底板叠设于上述壳体的底部下，并与各上述高强钢弧形板焊固成一体，上述底板位于上述壳体底部外的部位处设有锚栓孔。

上述高强钢弧形板的高度是上述圆钢管桥墩本体横截面直径的1.0～1.2倍，上述高强钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述高强钢弧形板的屈服强度为390MPa、420MPa或460MPa；上述低屈服点钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述低屈服点钢弧形板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa；上述低屈服点钢弧形板的上端端面低于上述高强钢弧形板的上端端面，上述高强钢弧形板的下端端面处于上述低屈服点钢弧形板的下端端面下方，且上述低屈服点钢弧形板的上端端面与上述高强钢弧形板的上端端面之间的距离和上述低屈服点钢弧形板的下端端面与上述高强钢弧形板的下端端面之间的距离均为20mm—30mm。

上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板均设置有四块，上述高强钢弧形板外侧壁的两侧端部上分别凹设有沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的，并供上述低屈服点钢弧形板的侧端部叠设于内的安装凹陷，且上述低屈服点钢弧形板的侧端部通过若干连接螺栓锁固在上述安装凹陷内，上述低屈服点钢弧形板的圆半径长度与上述高强钢弧形板的圆半径长度相同，各上述连接螺栓沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向间隔并排设置。

上述连接螺栓为摩擦型高强螺栓。

上述低屈服点钢弧形板的内侧壁上设有加强肋条，上述加强肋条为普通钢肋条，上述加强肋条焊固在上述低屈服点钢弧形板上。

上述加强肋条为沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的纵向加强肋条，上述纵向加强肋条的上端端部与上述低屈服点钢弧形板的上端端部之间的间距和上述纵向加强肋条的下端端部与上述低屈服点钢弧形板的下端端部之间的间距均为10mm—20mm。

上述加强肋条为沿上述低屈服点钢弧形板的宽度方向延伸的横向加强肋条，上述横向加强肋条设置有两条或两条以上，各上述横向加强肋条沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向并排间隔设置。

上述加强肋条包括沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的纵向加强肋条和沿上述低屈服点钢弧形板的宽度方向延伸的横向加强肋条，上述纵向加强肋条与上述横向加强肋条相互垂直交叉设置。

本发明的有益效果如下：

一、利用高强钢的高屈服强度、高抗拉强度及高屈服应变的力学特性，使各高强钢弧形板可起圆钢管桥墩的受力骨架作用，为桥墩提供足够的承载能力和刚度，且其极限弹性应变值较大，能够保证低屈服点钢弧形板的屈服耗能，可使圆钢管桥墩的延性好、抗震性能优良；

二、利用低屈服点钢的屈服强度低、屈服应变小、强度稳定和变形能力强的力学特性，使各低屈服点钢弧形板可作为圆钢管桥墩主要屈服耗能部作，从而使圆钢管桥墩的耗能能力较强，同时通过检测各低屈服点钢弧形板的屈服状况可迅速评定震后圆钢管桥墩的抗震性能，并利用低屈服点钢弧形板与高强钢弧形板的可拆卸连接，可快速修复、更换震后受损的低屈服点钢弧形板，进而可修复圆钢管桥墩的抗震能力，确保桥梁保持畅通，对震后紧急救援和灾后重建具有至关重要作用；

三、低屈服点钢弧形板和高强钢弧形板可在工厂内加工制作，现场仅需吊装即可，具有施工工期短，施工快捷的优点，可大幅缩短桥梁交通管制时间，从而可大大加快地震与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为本发明中壳体的俯视图；

图3为本发明中底板的结构示意图；

图4为本发明中低屈服点钢弧形板的结构示意图；

图5a为本发明中低屈服点钢弧形板与加强肋条的第一种组合示意图；

图5b为本发明中低屈服点钢弧形板与加强肋条的第二种组合示意图；

图5c为本发明中低屈服点钢弧形板与加强肋条的第三种组合示意图；

图5d为本发明中低屈服点钢弧形板与加强肋条的第四种组合示意图。

图中：

圆钢管桥墩本体     1    壳体              2

高强钢弧形板       21   低屈服点钢弧形板  22

加强肋条           221  纵向加强肋条      221a

横向加强肋条       221b 连接螺栓          3

横隔板             4    中心通孔          41

底板               5    锚栓孔            51

基础               100

具体实施方式

本发明的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，如图1-4所示，包括圆钢管桥墩本体1，和设置在圆钢管桥墩本体1下方的壳体2，壳体2的外形呈与圆钢管桥墩本体1的形状相吻合的中空圆柱体结构，壳体2包括若干块高强钢弧形板21和若干块低屈服点钢弧形板22，高强钢弧形板21与低屈服点钢弧形板22相对应设置，本实施例以高强钢弧形板21与低屈服点钢弧形板22设置四块为例，各高强钢弧形板21与各低屈服点钢弧形板22围成所述的壳体2，且两高强钢弧形板21之间均具有一低屈服点钢弧形板22，各高强钢弧形板21的上端端部与圆钢管桥墩本体1焊固在一起，该高强钢弧形板21的屈服强度为390MPa、420MPa或460MPa，高强钢弧形板21的高度是圆钢管桥墩本体1横截面直径的1.0～1.2倍，高强钢弧形板21的横截面弧长为圆钢管桥墩本体1横截面周长的1/8，高强钢弧形板21的厚度t_高=2f_普t_普/f_高（式中，f_普为圆钢管桥墩本体的屈服强度，t_普为圆钢管桥墩本体的厚度，f_高为高强钢弧形板的屈服强度），低屈服点钢弧形板22的横截面弧长为圆钢管桥墩本体1横截面周长的1/8，低屈服点钢弧形板22的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa，该低屈服点钢弧形板22的上端端面低于高强钢弧形板21的上端端面，高强钢弧形板21的下端端面处于低屈服点钢弧形板22的下端端面下方，且低屈服点钢弧形板22的上端端面与高强钢弧形板21的上端端面之间的距离和低屈服点钢弧形板22的下端端面与高强钢弧形板21的下端端面之间的距离均为20mm—30mm，该低屈服点钢弧形板22的两侧分别与高强钢弧形板21可拆卸在一起，即高强钢弧形板21外侧壁的两侧端部上分别凹设有沿低屈服点钢弧形板22的高度方向延伸的，并供低屈服点钢弧形板22的侧端部叠设于内的安装凹陷（图中未示出），且低屈服点钢弧形板22的侧端部通过若干连接螺栓3锁固在安装凹陷内，各连接螺栓3沿低屈服点钢弧形板22的高度方向间隔并排设置，且低屈服点钢弧形板22的圆半径长度与高强钢弧形板21的圆半径长度相同，各连接螺栓3均为摩擦型高强螺栓，各连接螺栓3均为双螺帽螺栓，且连接螺栓3外套设有两个处于两螺帽之间螺帽垫圈，通过两螺帽垫圈可防止长期使用过程中连接螺栓发生松动的现象。安装时，其一低屈服点钢弧形板22的侧端部叠设于高强钢弧形板21一侧的安装凹陷，另一低屈服点钢弧形板22的侧端部叠设于高强钢弧形板21另侧的安装凹陷，如此操作另三高强钢弧形板21的安装即可完成壳体2的拼装。

本发明的有益效果如下：

一、利用高强钢的高屈服强度、高抗拉强度及高屈服应变的力学特性，使各高强钢弧形板21可起到圆钢管桥墩的受力骨架作用，为桥墩提供足够的承载能力和刚度，且其极限弹性应变值较大，能够保证低屈服点钢弧形板的屈服耗能，可使圆钢管桥墩的延性好、抗震性能优良；

二、利用低屈服点钢的屈服强度低、屈服应变小、强度稳定和变形能力强的力学特性，使各低屈服点钢弧形板22可作为圆钢管桥墩主要屈服耗能部作，从而使圆钢管桥墩的耗能能力较强，同时通过检测各低屈服点钢弧形板的屈服状况可迅速评定震后圆钢管桥墩的抗震性能，并利用低屈服点钢弧形板与高强钢弧形板的可拆卸连接，可快速修复、更换震后受损的低屈服点钢弧形板，进而可修复圆钢管桥墩的抗震能力，确保桥梁保持畅通，对震后紧急救援和灾后重建具有至关重要作用；

三、低屈服点钢弧形板和高强钢弧形板可在工厂内加工制作，现场仅需吊装即可，具有施工工期短，施工快捷的优点，可大幅缩短桥梁交通管制时间，从而可大大加快地震与突发事故后桥梁的修复速度。

本发明中，该圆钢管桥墩还包括有横隔板4和底板5，横隔板4为与壳体2外形相吻合的圆形板，横隔板4处于圆钢管桥墩本体1与壳体2之间，且横隔板4与圆钢管桥墩本体1的下端及各高强钢弧形板21的上端焊固成一体，横隔板4的中间部位开设有一中心通孔41，底板5为圆形板，底板5的外径大于壳体1的外径，底板5叠设于壳体1的底部下，并与各高强钢弧形板21的下端焊固成一体，底板5位于壳体1底部外的部位处设有锚栓孔51；这样，通过此横隔板4可保证圆钢管桥墩本体1和壳体2之间的传力顺畅，可形成整体共同抵抗外部荷载作用，同时通过此中心通孔41可减轻横隔板4的自重，并方便使用阶段检修维护；通过此底板5和锚栓孔51可方便壳体2与基础100的固定连接。

本发明的另一改进在于：如图4所示，该低屈服点钢弧形板21的内侧壁上设有加强肋条221，此加强肋条221为普通钢肋条，加强肋条221焊固在低屈服点钢弧形板21的内侧壁上，该加强肋条包括沿低屈服点钢平板的高度方向延伸的纵向加强肋条221a和沿低屈服点钢平板的宽度方向延伸的横向加强肋条221b，纵向加强肋条221a与横向加强肋条221b相互垂直交叉设置，且纵向加强肋条221a的上端端部与低屈服点钢弧形板22的上端端部之间的间距和纵向加强肋条221a的下端端部与低屈服点钢弧形板22的下端端部之间的间距均为10mm—20mm，横向加强肋条221b的左端与低屈服点钢平板22的左侧边之间的间距和横向加强肋条的右端与低屈服点钢平板22的右侧边之间的间距均为10mm—20mm，此横向加强肋条221b设置有两条或两条以上，各横向加强肋条沿低屈服点钢平板22的高度方向并排间隔设置；这样，通过此加强肋条221可防止薄壁的低屈服点钢平板22发生平面向外弯曲的现象，并利用纵、横加强肋条的垂直设置可使低屈服点钢平板22形成有合理的受力区格，从而低屈服点钢平板22能够充分发挥屈服耗能能力。

本发明中，如图5a所示，该加强肋条可为沿低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的纵向加强肋条；如图5b所示，也可为沿低屈服点钢平板的宽度方向延伸的横向加强肋条，且此横向加强肋条设置至少两条以上；如图5c、5d所示，再可为由纵向加强肋条和横向加强肋条构成的十字型加强肋条或井字型加强肋条，无论上述哪种加强肋条均可实现加强低屈服点钢平板强度的效果。

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 (10)

1.一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，包括圆钢管桥墩本体，其特征在于：还包括有设置在上述圆钢管桥墩本体下方的壳体，上述壳体的外形呈与上述圆钢管桥墩本体的形状相吻合的中空圆柱体结构，上述壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板相对应设置，各上述高强钢弧形板与各低屈服点钢弧形板围成上述壳体，且两上述高强钢弧形板之间均具有一上述低屈服点钢弧形板，上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板可拆卸在一起，且各上述高强钢弧形板与上述圆钢管桥墩本体焊固在一起。

2.根据权利要求1所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：还包括有横隔板，上述横隔板呈圆形结构，上述横隔板的外径与上述壳体和上述圆桥墩本体的外径相同，上述横隔板处于上述圆桥墩本体与上述壳体之间，且上述横隔板与上述圆桥墩本体及各上述高强钢弧形板焊固成一体。

3.根据权利要求1所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：还包括有底板，上述底板呈圆形结构，上述底板的外径大于上述壳体和上述圆桥墩本体的外径，上述底板叠设于上述壳体的底部下，并与各上述高强钢弧形板焊固成一体，上述底板位于上述壳体底部外的部位处设有锚栓孔。

4.根据权利要求1所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述高强钢弧形板的高度是上述圆钢管桥墩本体横截面直径的1.0～1.2倍，上述高强钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述高强钢弧形板的屈服强度为390MPa、420MPa或460MPa；上述低屈服点钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述低屈服点钢弧形板的屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa；上述低屈服点钢弧形板的上端端面低于上述高强钢弧形板的上端端面，上述高强钢弧形板的下端端面处于上述低屈服点钢弧形板的下端端面下方，且上述低屈服点钢弧形板的上端端面与上述高强钢弧形板的上端端面之间的距离和上述低屈服点钢弧形板的下端端面与上述高强钢弧形板的下端端面之间的距离均为20mm—30mm。

5.根据权利要求4所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板均设置有四块，上述高强钢弧形板外侧壁的两侧端部上分别凹设有沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的，并供上述低屈服点钢弧形板的侧端部叠设于内的安装凹陷，且上述低屈服点钢弧形板的侧端部通过若干连接螺栓锁固在上述安装凹陷内，上述低屈服点钢弧形板的圆半径长度与上述高强钢弧形板的圆半径长度相同，各上述连接螺栓沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向间隔并排设置。

6.根据权利要求5所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述连接螺栓为摩擦型高强螺栓。

7.根据权利要求1所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述低屈服点钢弧形板的内侧壁上设有加强肋条，上述加强肋条为普通钢肋条，上述加强肋条焊固在上述低屈服点钢弧形板上。

8.根据权利要求7所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述加强肋条为沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的纵向加强肋条，上述纵向加强肋条的上端端部与上述低屈服点钢弧形板的上端端部之间的间距和上述纵向加强肋条的下端端部与上述低屈服点钢弧形板的下端端部之间的间距为10mm—20mm。

9.根据权利要求7所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述加强肋条为沿上述低屈服点钢弧形板的宽度方向延伸的横向加强肋条，上述横向加强肋条设置有两条或两条以上，各上述横向加强肋条沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向并排间隔设置。

10.根据权利要求7所述的一种根部设置加劲耗能壳体的圆钢管桥墩，其特征在于：上述加强肋条包括沿上述低屈服点钢弧形板的高度方向延伸的纵向加强肋条和沿上述低屈服点钢弧形板的宽度方向延伸的横向加强肋条，上述纵向加强肋条与上述横向加强肋条相互垂直交叉设置。