CN105735111B

CN105735111B - 桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法

Info

Publication number: CN105735111B
Application number: CN201610204495.9A
Authority: CN
Inventors: 张文学; 赵汗青; 方蓉; 汪振
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing Guqiao Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2016-04-03
Filing date: 2016-04-03
Publication date: 2017-06-20
Anticipated expiration: 2036-04-03
Also published as: CN105735111A

Abstract

一种桥梁墩底自复位摇摆隔震设计方法，适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型连续梁结构建筑物，该设计能够对结构起到减震作用，并具有震后自复位功能，提高结构整体抗震性能，属于桥梁等建筑结构抗震领域。桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形，椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内，并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动，上封板在承台上方与承台相连；承台的下方与桩基础相连。

Description

桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法

技术领域

本发明涉及一种桥梁墩底自复位摇摆隔震设计方法，适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型连续梁结构建筑物，该设计能够对结构起到减震作用，并具有震后自复位功能，提高结构整体抗震性能，属于桥梁等建筑结构抗震领域。

背景技术

墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法是在地震下使结构与基础分离，从根本上减小强震时地震输入结构的能量，降低结构的地震响应。相比一些简单的平面墩底隔震设计，该椭球面墩底隔震设计具有如下优点：1)不仅具有更好的隔震效果，还可以通椭球面之间的相互摩擦消耗地震能量；2)具有较好的震后自复位功能，便于震后加固修复；3)与简单墩底平面隔震设计相比，结构在地震作用下的响应更为平稳连续；4)椭球面墩底隔震设计，使得结构没有特定频率，可以有效避开场地的卓越周期，避免共振响应。

发明内容

本发明目的是提供一种新型桥梁墩底隔震设计方法，使结构在正常使用情况下基础与桥墩之间保持相对固定。强震发生时，桥墩与基础之间发生相对摇摆，不仅起到隔震效果，而且可以通过摇摆消耗部分地震能量。在震后在上部结构自重作用下使得结构自动恢复到初始平衡位置，以便于震后加固修复。本设计构造简单、施工方便、造价低廉、耐久性好、便于检查与维护。利用本发明，可以克服现有墩底隔震设计的缺点和不足，可以为桥梁抗震设计提供一种新的设计理念和技术保障。

1.桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法，其特征在于：桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震结构包括桥墩、上封板、椭球面马蹄、椭球面马蹄窝、承台和桩基础；

桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形，椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内，并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动，上封板在承台上方与承台相连；承台的下方与桩基础相连。

2.进一步，所述的设计方法，其特征在于：

正常使用状态限制条件：

其中，[v]——上封板极限破剪力，kN；

R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴，m；

P_z——标准汽车制动力，kN；

H——桥面到马蹄窝之间的高度，m；

μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数；

N——上部结构和桥墩自重，kN；

R≥2r；

极限破坏状态限制条件：

其中，M_d——墩底的极限破坏弯矩，kN.m；

M_z——桩基础的极限破坏弯矩，kN.m；

其中，Q_d——墩底的极限破坏剪力，kN；

Q_z——桩基础的极限破坏剪力，kN。

本发明的技术方案：

该方法的施工过程概括如下，桩基础工程全部完成后，开始桥墩承台施工，承台施工时按照设计具体要求，设置椭球面马蹄窝，之后是施工桥墩下方的椭球面马蹄，配合椭球面马蹄窝，形成特殊曲面封闭形式，具体形式见附图。该曲面形式相对球面和平面，有可控范围的位移和夹角的优势，此外由于桥墩自重原因，又有自主复位的特点。

所述装置的工作原理如下：

原理一，正常状态下，桥墩可在自身质量和上封板共同作用下，基本保持静止，但仍能满足此状态下的桥梁纵向小位移变化需求；

原理二，地震突发时，上封板破坏，桥墩做类似单摆原理的小范围内往复摆动，吸收能量，保护桥梁上部结构。

原理三，地震发生后，由于上部结构自重作用下，结构自动恢复到初始平衡位置，方便震后加固修复。

本发明的积极效果是：研发一种造价低廉、耐久性好、便于检查维护的新型桥梁墩底自复位摇摆隔震装置，利用单摆原理，使各桥墩在地震荷载作用下能够摇摆耗能，震后又能自复位，同时又对上部结构和基础进行一定保护。适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型桥梁结构，能够使结构在突发地震作用不发生破坏。

附图说明

图1(a)、(b)、(c)分别是本发明在正常工作状态的主视图、侧视图以及俯视图

图2是本发明在地震时桥墩与基础发生摇摆示意图

图3是本发明在震后桥墩自复位后的示意图

图4是本发明具体控制条件示意图

具体实施方式

以下结合实例及附图作进一步详述，但不做为对本发明的限定。

本实例的结构如图1(a)、(b)、(c)所示，桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法，其中：1、桥墩；2、上封板3、椭球面马蹄4、椭球面马蹄窝5、承台6、桩基础；

桥墩1底部的椭球面马蹄3断面呈椭球弧形，与承台5上方椭球面马蹄窝4相连，形成一封闭装置，上封板2与承台5相连。承台5与桩基础6相连。

如图1(a)、(b)、(c)所示，正常状态下，桥墩1可在自身质量和上封板3共同作用下，基本保持静止，但仍能满足此状态桥梁纵向小位移变化需求。

如图2所示，地震突发时，上封板破坏，桥墩做类似单摆原理的小范围内往复摆动，吸收能量，保护桥梁上部结构。

如图3所示，发明本装置的目的是发挥各滑动墩在弹性变形阶段的抗震潜力，提高连续梁桥的整体抗震性能，降低震后灾害或修复工作。

具体控制条件

如图4所示，本发明从弯矩、剪力和位移三方面控制，以保证正常使用状态和极限破坏状态下两方面的结构可靠性。

正常使用状态限制条件：

其中，[v]——上封板极限破剪力，kN。此参数为设计已知条件。

R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴，m。

P_z——标准汽车制动力，kN。

H——桥面到马蹄窝之间的高度，m。

μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数。

N——上部结构和桥墩自重，kN。

R≥2r为满足有自复位功能需求。

极限破坏状态限制条件：

其中，M_d——墩底的极限破坏弯矩，kN.m。此参数为设计已知条件。

M_z——桩基础的极限破坏弯矩，kN.m。

其中，Q_d——墩底的极限破坏剪力，kN。

Q_z——桩基础的极限破坏剪力，kN。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内所作的的任何修改、等同变化与修饰，都应视为本发明方案的技术范畴，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形，椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内，并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动，上封板在承台上方与承台相连；承台的下方与桩基础相连；

正常使用状态限制条件：

[v] \cdot R > P_{z} \cdot H - μ \cdot N \cdot \frac{(R + r)}{2}

其中，[ν]——上封板极限破剪力，kN；

R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴，m；

P_z——标准汽车制动力，kN；

H——桥面到马蹄窝之间的高度，m；

μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数；

N——上部结构和桥墩自重，kN；

R≥2r；

极限破坏状态限制条件：

[v] \cdot R + μ \cdot N \cdot \frac{(R + r)}{2} < m i n {M_{d}; M_{z}}

其中，M_d——墩底的极限破坏弯矩，kN.m；

M_z——桩基础的极限破坏弯矩，kN.m；

\frac{([v] \cdot R + μ \cdot N \cdot \frac{(R + r)}{2})}{H} < m i n {Q_{d}; Q_{z}}

其中，Q_d——墩底的极限破坏剪力，kN；

Q_z——桩基础的极限破坏剪力，kN。