CN104674649A - 一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系 - Google Patents

一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，包括：桥墩底座，设置于桥墩底座上端面的薄壁空心墩，高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面，无粘结预应力筋和钢耗能件，以提高薄壁墩的抗扭强度和耗能能力；高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面设置于薄壁空心墩下部内侧和外侧；薄壁空心墩内部沿墩高设置一系列的钢耗能件；无粘结预应力筋下部锚固于桥墩底座，上部锚固于由下至上第一个钢耗能件的中心；无粘结预应力筋提供桥墩震后的自复位能力，并减少桥墩的震后裂缝宽度；高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面，减少了薄壁空心墩底部截面轴压比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗弯能力；钢耗能件作为可快速更换件设置，增加震后可修复性。

Description

一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系
技术领域
本发明涉及新型桥梁结构体系，特别涉及利用预应力筋、高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)和钢板耗能装置的薄壁空心桥墩。
背景技术
薄壁空心桥墩广泛应用于高墩大跨桥梁结构，属于交通生命线工程的“咽喉”，一旦震后发生损坏，将造成极为严重的损失。薄壁空心桥墩的抗震薄弱点集中体现在：(1)由于薄壁空心桥墩一般为高墩，即使很小的残余位移角，也能引起很大的墩顶侧向变形，因此控制此类结构的震后残余位移极为重要。(2)薄壁空心桥墩抗剪、抗扭能力弱，地震下易发生剪切及扭转破坏，且薄壁结构易发生局部及整体失稳破坏。(3)大量薄壁空心桥墩底部位于水下，地震作用下一旦开裂，会对桥墩耐久性造成严重影响，且震后修复极为困难。
综上可以看出，薄壁空心桥墩具有较高的地震危险性，采取必要的设计手段和方法，以提高这种结构的抗震能力，减少薄壁空心桥墩的地震损伤破坏，对保证高墩大跨桥梁结构抗震安全具有十分重要的意义。控制薄壁空心桥墩地震损伤破坏，是非常具有应用前景的技术。
目前钢筋混凝土桥墩地震损伤控制的手段主要为采用减隔震支座等装置，但高墩大跨桥梁结构一般采用连续刚构形式，空心墩顶与主梁固结，不设置支座。因此对这种桥墩的地震损伤控制较为困难。2008年汶川大地震中，庙子坪大桥的薄壁空心桥墩发生开裂破坏，由于部分桥墩位于水下，耐久性得不到满足而必须进行修复，花费代价巨大。因此，采用合适的地震损伤控制设计方法以减轻薄壁空心桥墩的地震损伤破坏，一直是工程师们追求的目标，也是没有解决好的问题。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种能够有效控制地震损伤的新型薄壁空心桥墩结构体系。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，包括：桥墩底座，设置于桥墩底座上端面的薄壁空心墩，高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面，无粘结预应力筋和钢耗能件；
高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面设置于薄壁空心墩下部内侧和外侧；
薄壁空心墩内部沿墩高通过螺栓和钢垫板固定有大于等于1个钢耗能件；
无粘结预应力筋下部锚固于桥墩底座，上部锚固于由下至上第一个钢耗能件的中心；
钢耗能件为纵向截面“H”型钢材，其中钢耗能件中心平板与外侧垂直壁之间设置有加劲肋；
采用上述技术方案的本发明，薄壁空心墩下部竖向设置无粘结预应力筋提供桥墩震后的自复位能力，可大大减少桥墩震后残余位移和混凝土残余裂缝宽度；
薄壁空心墩底部位置内、外两侧设置高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面，减少了薄壁空心墩底部截面轴压比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗弯能力；
同时，高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面具有显著的抗开裂能力，裂缝宽度会非常小，进一步保护了薄壁空心墩免于外部水分、氯离子侵蚀造成的危害；可大大提高薄壁空心墩的耐久性；
钢耗能件的数量根据薄壁空心墩的高度设置，且由下至上均匀设置可大大提高薄壁空心墩的抗扭强度；另外，钢耗能件自身带有加劲肋，地震作用下相当于弯曲型耗能板，提高了薄壁空心墩的耗能能力；
钢耗能件通过螺栓和钢垫板与薄壁空心墩连结，震后损坏的钢耗能件可快速替换，提高了薄壁空心墩的震后可修复性。
综上，本发明具有4个突出优点，其一是新型薄壁空心桥墩具有很好的抑制开裂能力，由于竖向无粘结预应力提供的恢复力，桥墩混凝土震后残余裂缝宽度会非常小，同时高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面的设置将进一步减轻混凝土的开裂破坏。其二，由于底部的竖向无粘结预应力提供的恢复力，新型薄壁空心桥墩具有明显的自复位能力，震后残余位移会非常小。其三，沿墩高设置的钢耗能件将大大增加薄壁空心桥墩的抗扭和耗能能力，并且震后损坏的钢耗能件可快速替换，实现了重大桥梁工程的震后可修复性。第四，薄壁空心墩底部设置的高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面将极大的增加薄壁空心墩的抗剪和抗弯强度，进一步增加了薄壁空心墩的抗震能力。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
本发明共4幅附图,其中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的单体钢耗能件装配结构示意图。
图3为本发明的钢耗能件纵向截面结构示意图。
图4为本发明的钢耗能件俯视结构示意图。
图中：1、桥墩底座，2、薄壁空心墩，3、高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面，4、无粘结预应力筋，5、钢耗能件，6、螺栓，7、加劲肋，8、钢垫板。
具体实施方式
如图1至图4所示的一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，包括；桥墩底座1，设置于桥墩底座上端面的薄壁空心墩2，高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面3，无粘结预应力筋4和钢耗能件5；
高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面3设置于薄壁空心墩2下部内侧和外侧；
薄壁空心墩2内部通过螺栓6和钢垫板8沿墩高固定有大于等于1个钢耗能件5；
无粘结预应力筋4下部锚固于桥墩底座1，上部锚固于由下至上第一个钢耗能件5的中心；
钢耗能件5为纵向截面“H”型钢材，其中钢耗能件5中心平板与外侧垂直壁之间设置有加劲肋7；
采用上述技术方案的本发明，薄壁空心墩2下部竖向设置无粘结预应力筋4提供桥墩震后的自复位能力，可大大减少桥墩震后残余位移和混凝土残余裂缝宽度；
薄壁空心墩2底部位置内、外两侧设置高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面，减少了薄壁空心墩底部截面轴压比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗弯能力；
同时，高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面具有显著的抗开裂能力，裂缝宽度会非常小，进一步保护了薄壁空心墩免于外部水分、氯离子侵蚀造成的危害；可大大提高薄壁空心墩的耐久性；
钢耗能件的数量根据薄壁空心墩高度设置，且由下至上均匀设置可大大提高薄壁空心墩的抗扭强度；另外，钢耗能件自身带有加劲肋，地震作用下相当于弯曲型耗能板，提高了薄壁空心墩的耗能能力；
钢耗能件通过螺栓和钢垫板与薄壁空心墩连结，震后损坏的钢耗能件可快速替换，提高了薄壁空心墩的震后可修复性。
综上，本发明具有4个突出优点，其一是新型薄壁空心桥墩具有很好的抑制开裂能力，由于竖向无粘结预应力提供的恢复力，桥墩混凝土震后残余裂缝宽度会非常小，同时高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面的设置将进一步减轻混凝土的开裂破坏。其二，由于底部的竖向无粘结预应力提供的恢复力，新型薄壁空心桥墩具有明显的自复位能力，震后残余位移会非常小。其三，沿墩高设置的钢耗能件将大大增加薄壁空心桥墩的抗扭和耗能能力，并且震后损坏的钢耗能件可快速替换，实现了重大桥梁工程的震后可修复性。第四，薄壁空心墩底部设置的高韧性纤维增强水泥基复合材料(ECC)扩大截面将极大的增加薄壁空心墩的抗剪和抗弯强度，进一步增加了薄壁空心墩的抗震能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (2)

1.一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，其特征在于：包括，桥墩底座(1)，设置于桥墩底座上端面的薄壁空心墩(2)，高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面(3)，无粘结预应力筋(4)和钢耗能件(5)；
所述高韧性纤维增强水泥基复合材料扩大截面(3)设置于每一个薄壁空心墩(2)下部内侧和外侧；
所述薄壁空心墩(2)的内部通过螺栓(6)和钢垫板(8)固定有大于等于1个钢耗能件(5)；
所述无粘结预应力筋(4)下部锚固于桥墩底座(1)，上部锚固于由下至上第一个钢耗能件(5)的中心。
2.根据权利要求1所述的一种新型薄壁空心桥墩地震损伤控制体系，其特征在于：所述钢耗能件(5)为纵向截面“H”型钢材，其中钢耗能件(5)中心平板与外侧垂直壁之间设置有加劲肋(7)。
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