CN105484152B - 一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构 - Google Patents
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Abstract
一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，属于桥梁工程领域。主要由钢筋混凝土桥墩节段、钢管混凝土桥墩节段和附加软钢阻尼器组成。其中钢管混凝土截面为缩尺截面，且缩尺截面的钢管混凝土节段的竖向承载能力不低于钢筋混凝土节段。附加软钢阻尼器设置在承台顶部与钢筋混凝土节段底部之间。在地震作用下，该桥墩塑性变形集中在钢管混凝土节段，形成塑性铰释放墩底弯矩，同时钢筋混凝土节段绕铰摇摆，激发软钢阻尼器抵抗地震力并耗散地震能量。软钢阻尼器的耗能特性对钢管混凝土节段可以起到保护作用，合理设计可使钢管混凝土节段在震后仅需小幅维修，桥梁主体结构损伤较小，不影响正常使用，而损坏的软钢阻尼器更换比较方便。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程减隔震技术领域，尤其是涉及桥梁结构在地震作用下损伤小、易修复的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构。
背景技术
我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，国土的大部分地区为地震区，特别是我国的西部地区多为强震区，地震活动频繁。桥梁是交通生命线的枢纽工程，其建设成本高，一旦遭到地震破坏，将会导致巨大的经济损失，且震后修复极其困难。直接发生在桥梁上的伤亡人数并不多，但是由于交通生命线损毁、中断而造成的经济损失和人员伤亡不可估量，造成救援人员不能及时到位，很多人因为没有得到及时救援而加剧地震灾害。同时，遭受破坏的大型桥梁修复起来比较困难，严重影响灾区生产生活和灾后的重建工作。当前的桥梁抗震设计主要是基于钢筋混凝土桥墩滞回性能的延性抗震设计，但桥墩塑性铰区损伤和破坏的修复比较困难。而对于高烈度地区的中矮桥墩，单靠增大截面非常不经济，而且延性难以保证。针对上述问题，本发明将减隔震思想应用于桥墩，提出一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式。该连接方式能够有效释放墩底弯矩并耗散地震能量，减小桥墩塑性铰区的塑性变形，有效控制桥墩在地震中的反应，达到桥梁抗震设计的目的。
发明内容
为了解决背景技术中所阐述的桥梁抗震设计中钢筋混凝土桥墩存在的问题，本发明提出一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式，可减小桥墩侧向抗弯刚度，降低桥墩承受的地震力，释放墩底弯矩并与软钢阻尼器共同耗散地震能量，提高桥梁结构抗震性能。实现“减震”与“隔震”在桥墩抗震中联合应用，有效控制桥梁结构在地震作用下的损伤，保证桥梁结构的可恢复功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，主要由承台(1)、钢筋混凝土节段(2)、钢管混凝土节段(3)和附加软钢阻尼器(4)组成；桥墩上部为正常设计的钢筋混凝土节段(2)，桥墩下部设计成缩小截面的钢管混凝土节段(3)，钢管混凝土节段(2)与承台(1)之间具有空间，钢管混凝土节段(2)与承台(1)通过钢管混凝土节段(3)承接；在钢管混凝土节段(3)外面空间，钢管混凝土节段(2)与承台(1)之间还有多个附加软钢阻尼器(4)。
承台(1)的上端面和钢筋混凝土节段(2)的下端面均有波纹薄钢管预留出孔洞，钢管混凝土节段(3)的上端部置于承台(1)的孔洞内，钢管混凝土节段(3)的下端部置于钢筋混凝土节段(2)的孔洞内。
钢管混凝土节段(3)中钢管的上端焊接有法兰，钢管通过法兰、锚杆和锚固钢板固定连接在钢筋混凝土节段(2)上。钢管混凝土节段(3)中钢管的下端焊接有法兰，钢管通过法兰、锚杆和锚固钢板固定连接在承台(1)上。
对应嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)的长度部分，在钢管混凝土节段(3)的外表面均设有垂直的栓钉；钢管混凝土节段(3)的钢管内部焊接有十字肋(17)，十字肋(17)将钢管混凝土节段(3)的钢管内部分成四区域，每区域钢管内表面焊有短肋(18)。
对应嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)的长度部分，十字肋(17)分成的四区域钢管内均沿轴向分布一排栓钉。
波纹薄钢管(8)的内侧与嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)外侧之间填充高强纤维水泥(6)。
所述的外置软钢阻尼器(4)是由软钢阻尼器外套管(13)、软钢阻尼器内芯(14)构成。对应嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)的长度部分，在钢管混凝土节段(3)的外表面均设有垂直的栓钉。
所述的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的承台(1)和钢筋混凝土节段(2)均通过波纹薄钢管(8)预留埋置钢管混凝土节段(3)的孔洞，波纹薄钢管(8)内径略大于法兰外径(7)，高强纤维水泥(6)填充在波纹薄钢管(8)和钢管混凝土节段(3)之间。
所述的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的钢管混凝土节段(3)通过锚杆(9)与焊接法兰(7)完全固定在承台和钢筋混凝土节段。
所述的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的附加软钢阻尼器(4)用锚杆(9)连接在承台顶部与钢筋混凝土节段底部。
缩尺截面的钢管混凝土节段(3)的竖向承载能力不低于钢筋混凝土节段(2)。
本发明的有益效果是：
本发明的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式，在地震作用下减隔震效果显著，主要体现在以下几点：
1.由于桥墩下部设计成缩小截面的钢管混凝土节段，桥墩侧向抗弯刚度减小，地震中桥墩底部的弯矩可得到部分释放，有效降低桥梁结构所承受的地震力，减小桥墩塑性铰区的塑性变形，有效控制桥墩在地震中的反应。
2.在承台顶部与钢筋混凝土节段底部之间布置的软钢阻尼器可以起到耗散地震能量的作用，有效控制桥墩塑性变形的发展，使损伤集中于软钢阻尼器，起到保护桥墩的作用，且软钢阻尼器在震后较容易更换。
3.由于该连接构造起到的抗震作用，可配套将传统墩梁铰接改为固结，即桥墩和主梁之间不设置支座，可避免地震中支座脱落和主梁位移过大而引起的落梁；同时也避免了支座由于耐久性问题需要定期检测以及失效后更换的问题。
4.本发明对现有常规桥墩的设计改动较小，容易实现，适用范围广，可使桥梁结构在地震中受力减小，因此能减少桥墩的设计截面和配筋；震后破坏集中在软钢阻尼器，桥墩仅发生轻微破坏，稍加修复便可使用，确保交通生命线不中断，减少震后的修复成本和灾区重建时间。因此，本发明具有良好社会经济效益，值得推广应用。
附图说明
图1为一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的横桥向截面示意图；
图2为一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的A-A截面示意图。
附图标记说明：
1—承台；2—钢筋混凝土节段；3—钢管混凝土节段；4—软钢阻尼器；5—栓钉；6—高强纤维水泥；7—焊接法兰；8—波纹薄钢管；9—锚杆；10—锚固钢板；11—钢垫板；12—螺帽；13—软钢阻尼器外套管；14—软钢阻尼器内芯；15—钢管；16—混凝土；17—十字肋；18—短肋。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但并不限于以下实施例。
本发明是在常规钢筋混凝土桥墩的基础上，将桥墩下部设计成缩小截面的钢管混凝土节段，降低桥墩侧向抗弯刚度，并辅以软钢阻尼器来耗散地震能量，达到减隔震的目的。该结构主要用于抗震性能要求较高的桥梁工程和渡河工程减隔震技术中。
图1和图2是一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的一具体实施实例，构造方式主要由波纹薄钢管形成放置钢管混凝土节段孔洞的承台1、钢筋混凝土节段2、钢管混凝土节段3以及软钢阻尼器4组成。
本发明在应用于桥梁结构时，需将传统的墩梁通过支座的连接方式改为墩梁固结，将桥墩下部设计成缩小截面的钢管混凝土节段。具体实施方式是：桥墩下部由传统钢筋混凝土节段设计成缩小截面的钢管混凝土节段3；承台1和钢筋混凝土节段2通过波纹薄钢管8形成放置钢管混凝土节段3的孔洞；波纹薄钢管8与嵌入在承台1和钢筋混凝土节段2中的钢管混凝土节段3之间填充高强纤维水泥6；四排栓钉5焊接在嵌入在承台1和钢筋混凝土节段2中的钢管混凝土节段3上；法兰7焊接在钢管混凝土节段3的钢管上，并通过锚杆9与锚固钢板10连接。
在地震作用下，桥墩的塑性变形集中在钢管混凝土节段以形成铰的构造，实现桥墩摇摆，释放墩底弯矩。软钢阻尼器的引入可以辅助摇摆桥墩耗散地震能量，并作为保险丝元件最先发生破坏，对桥墩形成有效的保护，且在震后破坏极易发现，更换也耗时较少。本发明的附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式，可降低桥墩侧向抗弯刚度，减小桥墩承受的地震力，节约桥墩截面的尺寸。此外，应用本发明的桥梁结构不再使用支座，解决了传统桥梁在桥梁全寿命周期内需要多次更换支座的问题，经济效益大大提高。应用该附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接方式的减隔震桥梁结构在正常使用荷载和偶然地震荷载作用下均有良好的工作性能，值得在实际工程中推广应用。
Claims (7)
1.一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，主要由承台(1)、钢筋混凝土节段(2)、钢管混凝土节段(3)和附加软钢阻尼器(4)组成；桥墩上部为正常设计的钢筋混凝土节段(2)，桥墩下部设计成缩小截面的钢管混凝土节段(3)，钢筋混凝土节段(2)与承台(1)之间具有空间，钢筋混凝土节段(2)与承台(1)通过钢管混凝土节段(3)承接；在钢管混凝土节段(3)外面空间，钢筋混凝土节段(2)与承台(1)之间还有多个附加软钢阻尼器(4)；承台(1)的上端面和钢筋混凝土节段(2)的下端面均有波纹薄钢管预留出孔洞，钢管混凝土节段(3)的下端部置于承台(1)的孔洞内，钢管混凝土节段(3)的上端部置于钢筋混凝土节段(2)的孔洞内，钢管混凝土节段(3)中钢管的上端焊接有法兰，钢管通过法兰、锚杆和锚固钢板固定连接在钢筋混凝土节段(2)上；钢管混凝土节段(3)中钢管的下端焊接有法兰，钢管通过法兰、锚杆和锚固钢板固定连接在承台(1)上。
2.按照权利要求1的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，对应嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)的长度部分，在钢管混凝土节段(3)的外表面均设有垂直的栓钉。
3.按照权利要求1的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，钢管混凝土节段(3)的钢管内部焊接有十字肋(17)，十字肋(17)将钢管混凝土节段(3)的钢管内部分成四区域，每区域钢管内表面焊有短肋(18)。
4.按照权利要求3的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，对应嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)的长度部分，十字肋(17)分成的四区域钢管内均沿轴向分布一排栓钉。
5.按照权利要求1的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，波纹薄钢管(8)的内侧与嵌入在承台(1)和钢筋混凝土节段(2)中的钢管混凝土节段(3)外侧之间填充高强纤维水泥(6)。
6.按照权利要求1的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，所述的外置软钢阻尼器(4)是由软钢阻尼器外套管(3)、软钢阻尼器内芯(4)构成。
7.按照权利要求1的一种附加软钢阻尼器的桥墩与承台连接结构，其特征在于，附加软钢阻尼器(4)用锚杆(9)连接在承台顶部与钢筋混凝土节段底部。
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