CN105887665A - 自复位滚动摇摆隔震桥墩 - Google Patents

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徐伟炜
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杨毅
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E01D2101/26—Concrete reinforced
    • E01D2101/28—Concrete reinforced prestressed

Abstract

本发明公开了一种自复位滚动摇摆隔震桥墩，包括墩身、无粘结预应力筋、阻尼器和基础，所述墩身垂直安装在基础上，墩身底面和基础顶面设置嵌合预埋件，墩身内设有无粘结预应力筋，无粘结预应力筋一端通过锚具锚固于墩身顶面，另一端锚固于基础底部，墩身外壁与基础顶面之间设置设有阻尼器，阻尼器一端锚固于墩身外壁，另一端锚固于基础顶面，墩身底面由中间的分离平面和两边的滚动曲面组成。本发明使桥墩和基础分离，大震下通过桥墩滚动摇摆过滤地震能量，既保护桥墩又保护基础，适用于强震区的桥梁、渡槽以及其他构筑物。

Description

自复位滚动摇摆隔震桥墩
技术领域
本发明属于桥梁、渡槽以及其他构筑物减隔震技术领域，具体涉及一种自复位滚动摇摆隔震桥墩。
背景技术
地震是一种突发的自然现象，在地震过程中释放出大量的能量具有很大的破坏力，严重危及人类的生产活动和生命财产安全。传统的桥梁抗震设计主要采用延性设计和隔震设计两类方法：延性设计是通过增加桥墩自身的强度和变形能力来提高其抗震性能，通过适当选择塑性铰位置和采用合理的构造设计等措施来防止结构的倒塌，但桥墩在大震作用下将出现大范围不可逆的损伤，震后修复较为困难；隔震设计是通过在墩梁之间安装隔震支座来延长结构自振周期，通过减小地震能量输入使结构免于地震损害，但这些隔震支座适用频率范围较窄且变形能力有限，大震后桥梁承载性能难以保证继续使用的功能要求。
自复位摇摆桥墩是将桥墩自身作为隔震装置，在大震下通过桥墩提离基础进入摇摆来隔离地震动，既保护桥墩又保护基础，震后靠自重完全恢复。目前，国内外自复位摇摆桥墩的研究都是基于桥墩单向倾斜摆动时转动支点不动而仅在桥墩倾斜换向瞬间改变其转动支点的定支点假定。然而，当采用定支点摇摆桥墩时，对于高低墩简支梁桥，两个桥墩墩顶转动半径和转动起始角的不同会导致其上部梁体出现平动和转动耦合的现象；而对于高低墩连续梁桥，多个桥墩墩顶转动半径和转动起始角的不同则可能使其上部梁体受力发生很大变化、桥梁震后不易复位甚至导致桥梁破坏。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种自复位滚动摇摆隔震桥墩，该桥墩经合理设计可实现高低墩摇摆时其上部梁体仅产生平动，进而实现自复位高低墩滚动摇摆隔震桥梁。
本发明采用的技术方案为：一种自复位滚动摇摆隔震桥墩，包括墩身、无粘结预应力筋、阻尼器和基础，所述墩身垂直安装在基础上，墩身底面和基础顶面设置嵌合预埋件，实现无滑滚动，墩身内设有无粘结预应力筋，无粘结预应力筋一端通过锚具锚固于墩身顶面，另一端锚固于基础底部，墩身外壁与基础顶面之间设置设有阻尼器，阻尼器一端锚固于墩身外壁，另一端锚固于基础顶面，墩身底面由中间的分离平面和两边的滚动曲面组成，实现小震不动，大震滚动摇摆。
本发明自复位滚动摇摆隔震桥墩是在普通装配式桥墩基础上，增加墩内无粘结预应力筋组成，其中墩身外壁与基础顶面之间设置有阻尼器组件，主要用于抗震性能要求较高的桥梁、渡槽以及其他构筑物。桥墩在基础顶面作小范围无滑滚动后，桥墩自重和无粘结预应力筋提供自复位能力，阻尼器提供耗能能力。
本发明的有益效果是：
1、在正常使用或小震作用时，自复位滚动摇摆隔震桥墩将结构上部荷载均匀的传递到基础，起到普通桥墩的作用；在大震时，桥墩在基础顶面发生无滑滚动，桥墩底部外壁与基础顶面之间设置的阻尼器将提供滞回耗能，并利用桥墩自重和墩身内无粘结预应力筋提供回复力，从而达到减小结构反应、实现震后结构功能自恢复的目的。
2、采用自复位滚动摇摆桥墩隔震的高低墩桥梁，可实现高低墩摇摆时其上部梁体仅产生平动，进而实现自复位高低墩滚动摇摆隔震桥梁。
3、地震作用下，自复位滚动摇摆隔震桥墩的损伤将集中于阻尼器，并且损坏的阻尼器可快速替换，从而迅速恢复自复位滚动摇摆隔震桥墩的减隔震能力。
4、自复位滚动摇摆隔震桥墩可采用工厂预制，现场进行安装即可，大大加快了施工进度，减少施工过程对交通和周围环境的影响。
附图说明
图1是本发明自复位滚动摇摆隔震桥墩的结构示意图。
图2是高低墩滚动摇摆隔震连续梁桥示意图。
附图标记说明：
1-锚具；2-无粘结预应力筋；3-墩身；4-分离平面；5-滚动曲面；6-阻尼器；7-基础。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明：
如图1所示，自复位滚动摇摆隔震桥墩由锚具1，无粘结预应力筋2，墩身3，阻尼器6以及基础7组成，墩身3与基础7垂直连接，墩身3内无粘结预应力筋2一端锚固于墩身3顶面，另一端锚固于基础7底部，阻尼器6一端锚固于墩身3外壁，另一端锚固于基础7顶面。桥墩3在基础7顶面作小范围无滑滚动后，桥墩3自重和无粘结预应力筋2提供自复位能力，阻尼器6提供耗能能力。桥墩3底面由中间分离平面4和两侧滚动曲面5组成，实现小震不动，大震滚动摇摆。桥墩3底面和基础7顶面设置嵌合预埋件，实现无滑滚动。
在正常使用或小震作用时，墩身3的分离平面4垂直支承于基础7顶面上，无粘结预应力筋2和阻尼器6不产生附加变形，此时的自复位滚动摇摆隔震桥墩相当于普通桥墩的工作状态；在大震时，墩身3的滚动曲面4支承于基础7顶面上，无粘结预应力筋2产生附加变形并与墩身3自重共同促使墩身3回复至垂直于基础7的初始状态，阻尼器6随着墩身3的摇摆产生滞回耗能，从而达到减小结构反应、实现震后结构功能自恢复的目的。
自复位滚动摇摆隔震桥墩在正常使用状况和偶然地震作用下均具有良好的工作性能，值得在实际工程中推广应用。
图2为处于向右摇摆临界状态的高低墩连续梁桥示意图，其中A墩为采用滚动摇摆的任一低墩，B墩为采用定支点摇摆的最高桥墩，定义点D为基准转动支点、线段BD为基准转动半径、线段BD与铅垂线的夹角为基准转动起始角，取线段AC平行等于线段BD并定义点C为虚拟转动支点、线段AC与基础交点E为A墩滚动起始点、点F为A墩滚动曲线上的任一点、点G为基础上与点E距离等于曲线EF长度的点，则当桥梁向右进入摇摆状态后，只要线段AF与线段CG长度之和等于线段BD的长度，点A就会绕虚拟支点C作半径为BD的圆弧运动，A、B两点的运动轨迹是一致的，梁体将作平动。
应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (1)

1.一种自复位滚动摇摆隔震桥墩，其特征在于：包括墩身、无粘结预应力筋、阻尼器和基础，所述墩身垂直安装在基础上，墩身底面和基础顶面设置嵌合预埋件，墩身内设有无粘结预应力筋，无粘结预应力筋一端通过锚具锚固于墩身顶面，另一端锚固于基础底部，墩身外壁与基础顶面之间设置设有阻尼器，阻尼器一端锚固于墩身外壁，另一端锚固于基础顶面，墩身底面由中间的分离平面和两边的滚动曲面组成。
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