CN105019353A - 一种根部设置防屈曲耗能结构的方法及圆钢管桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种根部设置防屈曲耗能结构的方法及圆钢管桥墩，圆钢管桥墩包括上部桥墩、基座及连接上部桥墩与基座的下部桥墩，所述下部桥墩包括由高强度钢板围成的圆筒状结构的外壁，所述外壁内部设置有多个防屈曲耗能结构，这些防屈曲耗能结构呈环形阵列排布，所述防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，钢壳板与低屈服点钢板三者通过螺栓连接，所述防屈曲耗能结构的两侧分别利用高强螺栓与外壁连接。所述钢壳板可防止低屈服点钢板发生平面外弯曲屈曲，保证低屈服点钢板剪压屈服耗能，从而提高圆钢管桥墩的延性、耗能能力、抗震性能。

Description

一种根部设置防屈曲耗能结构的方法及圆钢管桥墩

技术领域

本发明涉及一种土木工程领域钢桥墩耗能结构，属于桥梁工程中钢桥墩技术领域，具体涉及一种根部设置防屈曲耗能结构的方法及圆钢管桥墩。

背景技术

国内外历次震害经验表明，桥梁在地震作用下是易损的。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破坏起着举足轻重的作用。桥墩的严重破坏可能引起桥梁的倒塌，且在震后难以及时修复使用，给震后的抢险救灾带来麻烦，造成的损失往往十分巨大。

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。混凝土桥墩的破坏主要源于设计和构造两方面的缺陷：1)桥墩抗弯设计不足，主要是横向约束箍筋配置不足等；2)桥墩设计抗剪强度不足，致使剪切破坏先于延性的弯曲破坏。为了弥补钢筋混凝土桥墩的缺陷，提高桥梁的抗震性能，在一些地震多发地区，如美国、日本、以及我国的台湾地区，已逐渐采用钢桥墩作为下部支撑结构。与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、占地少、施工快捷方便、震后易修复等优点。在探索新的桥墩结构形式过程中，圆钢管桥墩在各个方向均有较好的抗弯性能，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。但是在地震中圆钢管桥墩根部壳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。

发明内容

本发明提供了一种根部设置防屈曲耗能结构的方法及圆钢管桥墩，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种根部设置防屈曲耗能结构的方法，在高强度钢板围成的圆筒状结构的外壁内设置防屈曲耗能结构，防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，内外层钢壳板与低屈服点钢板通过螺栓连接，防屈曲耗能结构的两侧分别利用高强螺栓与外壁连接。

一较佳实施例之中：低屈服点钢板与所述钢壳板之间通过穿透三块板的螺栓连接；所述钢壳板上设置的供螺栓穿过的孔是竖向设置的椭圆型孔从而为螺栓提供竖向的滑移空间。

一种根部设置防屈曲耗能结构的圆钢管桥墩，包括上部桥墩、基座及连接上部桥墩与基座的下部桥墩，所述下部桥墩包括由高强度钢板围成的圆筒状结构的外壁，所述外壁内部设置有多个防屈曲耗能结构，这些防屈曲耗能结构呈环形阵列排布，所述防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，钢壳板与低屈服点钢板三者通过螺栓连接，所述防屈曲耗能结构的两侧分别利用高强螺栓与外壁连接。

一较佳实施例之中：所述钢壳板上设置的供螺栓穿过的孔是竖向设置的椭圆型孔从而为螺栓提供竖向的滑移空间。

一较佳实施例之中：所述低屈服点钢板的两侧分别向外伸出钢壳板10mm-20mm，所述高强螺栓与与外壁连接；或者，钢壳板端面与低屈服点钢板端面平齐，所述高强螺栓同时穿过内外层钢壳板及低屈服点钢板与外壁连接。

一较佳实施例之中：所述外壁的高度是圆钢管桥墩横截面最大外形尺寸的1.0-1.2倍；所述外壁的厚度＝2ft/F，f为上部桥墩所用钢板的屈服强度，t为上部桥墩所用钢板的厚度，F为高强度钢板的屈服强度。

一较佳实施例之中：所述低屈服点钢板的长度为外壁横截面直径的1/2；所述下部桥墩还包括横隔板及底板，所述横隔板连接在外壁的顶部并与上部桥墩焊接在一起，所述底板连接在外壁的底部并与基座连接在一起；所述低屈服点钢板与横隔板和底板均留有20mm-30mm的距离。

一较佳实施例之中：所述横隔板中间设置圆形孔洞。

一较佳实施例之中：所述高强螺栓为高强摩擦型螺栓，由螺杆、螺母、钢垫片组成，并采用双螺帽连接形式。

一较佳实施例之中：所述高强度钢板的屈服强度为390MPa、或420MPa、或460MPa；所述低屈服点钢板的屈服强度为100MPa、或160MPa或225MPa。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

1.所述防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，钢壳板可防止低屈服点钢板发生平面外弯曲屈曲，保证低屈服点钢板剪压屈服耗能，从而提高圆钢管桥墩的延性、耗能能力、抗震性能。高强度钢板具有较大的极限弹性应变值，为低屈服点钢板的屈服耗能提供保证，充分发挥低屈服点钢板的剪压屈服耗能能力；且高强度钢板起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度。

2.通过检测低屈服点钢板的屈服状况可迅速评定震后圆钢管桥墩的抗震性能，更换防屈曲耗能结构可快速修复桥墩的抗震能力，可避免或减小中震后的修复工作，确保作为生命线工程的桥梁保持畅通，对震后紧急救援和灾后重建具有至关重要作用。

3.圆钢管桥墩的防屈曲耗能结构、横隔板均可在工厂内加工制作，现场仅需吊装，现场施工快捷，对于城市交通流量大的路段，采用此圆钢管桥墩可大幅缩短交通管制时间，施工方便快捷，而且结构简单。

4.所述横隔板可保证上部桥墩和下部桥墩耗能区传力顺畅，形成整体共同抵抗外部荷载作用。另外，所述横隔板中间设置圆形孔洞，方便工人进出进行检修维护为。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了本发明一种根部设置防屈曲耗能结构的圆钢管桥墩的示意图。

图2绘示了图1所示圆钢管桥墩的下部桥墩的内部结构示意图。

图3绘示了图1所示圆钢管桥墩的防屈曲耗能结构的示意图。

图4绘示了图1所示圆钢管桥墩的下部桥墩的俯视示意图。

图5绘示了图1所示圆钢管桥墩的下部桥墩的仰视示意图。

图6绘示了圆钢管桥墩的另一种防屈曲耗能结构的示意图。

具体实施方式

请参照图1，本发明的一种根部设置防屈曲耗能结构的圆钢管桥墩，包括上部桥墩20、基座40及连接上部桥墩20与基座40的下部桥墩60。上部桥墩20由钢板围成圆形筒状结构。所述下部桥墩60包括由高强度钢板围成圆形筒状结构的外壁62、焊接在外壁62的顶部的横隔板64及焊接在外壁62的底部的底板66。上部桥墩20的尺寸与外壁62尺寸相同。所述横隔板64与上部桥墩20焊接在一起，所述底板66周边设有锚栓孔(如图5所示)，所述底板66与基座40锁接在一起。所述横隔板64中间设置圆形孔洞642方便进出下部桥墩60(如图4所示)。

请参照图2，所述外壁62内部设置有四个防屈曲耗能结构80，四个防屈曲耗能结构80呈环形阵列排布。所述防屈曲耗能结构80由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板82，内外层是钢壳板84，钢壳板84与低屈服点钢板82三者通过螺栓10连接，二钢壳板84夹持住低屈服点钢板82，两钢壳板84厚度相同，优选地，所述钢壳板84上设置的供螺栓穿过的孔是竖向设置的椭圆型孔从而为螺栓提供竖向的滑移空间。

请参照图2和图3，所述低屈服点钢板82的两侧分别向外伸出钢壳板10mm-20mm，所述防屈曲耗能结构80的低屈服点钢板82的两侧分别利用高强螺栓30与外壁62连接。

所述外壁62的高度是圆钢管桥墩横截面最大外形尺寸的1.0-1.2倍，所述外壁62的厚度＝2ft/F(f为上部桥墩20所用钢板的屈服强度；t为上部桥墩20所用钢板的厚度；F为高强度钢板的屈服强度，优选390MPa、或420MPa、或460MPa)。

所述低屈服点钢板82的屈服强度优选为100MPa、或160MPa或225MPa。所述低屈服点钢板82长度为外壁62横截面直径的1/2。所述低屈服点钢板82与横隔板64和底板66均留有20mm-30mm的距离。

所述及高强螺栓30为高强摩擦型螺栓，由螺杆、螺母、钢垫片组成，并采用双螺帽连接形式。

施工时：根据圆钢管桥墩横截面最大外形尺寸的1.0-1.2倍来确定外壁62的高度。依据外壁62的高度的确定横隔板64的焊接位置，把横隔板64与外壁62及上部桥墩20焊接成整体。同时，防屈曲耗能结构80与外壁锁接在一起。底板66和外壁62焊接成整体并与基座40锁接。

请参照图6，钢壳板84端面与低屈服点钢板82端面也可以是平齐，此时，所述高强螺栓30同时穿过内外层钢壳板84及低屈服点钢板82并与外壁62连接。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (9)

1.一种根部设置防屈曲耗能结构的方法，其特征在于：在高强度钢板围成的圆筒状结构的外壁内设置防屈曲耗能结构，所述防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，钢壳板与低屈服点钢板通过螺栓连接，所述防屈曲耗能结构的两侧分别利用高强螺栓与外壁连接。

2.根据权利要求1所述的根部设置防屈曲耗能结构的方法，其特征在于：低屈服点钢板与所述钢壳板之间通过穿透三块板的螺栓连接；所述钢壳板上设置的供螺栓穿过的孔是竖向设置的椭圆型孔从而为螺栓提供竖向的滑移空间。

3.一种根部设置防屈曲耗能结构的圆钢管桥墩，包括上部桥墩、基座及连接上部桥墩与基座的下部桥墩，所述下部桥墩包括由高强度钢板围成的圆筒状结构的外壁，其特征在于：所述外壁内部设置有多个防屈曲耗能结构，这些防屈曲耗能结构呈环形阵列排布，所述防屈曲耗能结构由三层钢板组成，中间层是低屈服点钢板，内外层是钢壳板，钢壳板与低屈服点钢板三者通过螺栓连接，所述防屈曲耗能结构的两侧分别利用高强螺栓与外壁连接。

4.根据权利要求3所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述钢壳板上设置的供螺栓穿过的孔是竖向设置的椭圆型孔从而为螺栓提供竖向的滑移空间。

5.根据权利要求3所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述低屈服点钢板的两侧分别向外伸出钢壳板10mm-20mm，通过所述高强螺栓与外壁连接；或者，钢壳板端面与低屈服点钢板端面平齐，通过所述高强螺栓同时穿过内外层钢壳板及低屈服点钢板与外壁连接。

6.根据权利要求3或4或5所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述外壁的高度是圆钢管桥墩横截面最大外形尺寸的1.0-1.2倍；所述外壁的厚度＝2ft/F，f为上部桥墩所用钢板的屈服强度，t为上部桥墩所用钢板的厚度，F为高强度钢板的屈服强度。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述低屈服点钢板的长度为外壁横截面直径的1/2；所述下部桥墩还包括横隔板及底板，所述横隔板连接在外壁的顶部并与上部桥墩焊接在一起，所述底板连接在外壁的底部并与基座连接在一起；所述低屈服点钢板与横隔板和底板均留有20mm-30mm的距离。

8.根据权利要求7所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述横隔板中间设置圆形孔洞。

9.根据权利要求3所述的圆钢管桥墩，其特征在于：所述螺栓及高强螺栓为高强摩擦型螺栓，由螺杆、螺母、钢垫片组成，并采用双螺帽连接形式。