CN106012813B - 耗能型装配式桥墩构造及施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耗能型装配式桥墩构造及施工方法，在所述承台的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩，四根所述预制拼装桥墩为一组，一组所述预制拼装桥墩之间设置有多个阻尼器，在所述预制拼装桥墩的上表面设置有盖梁；预应力筋穿过所述预制拼装桥墩分别与承台和盖梁相连接。本发明将一个桥墩分为由四根墩柱组成的四脚框架墩，可有效缩小节段截面积，增大单个节段高度，缩减单个墩身的节段数量，提高预制节段拼装桥墩的施工效率与力学性能；阻尼器工作中的耗能由软钢变形与芯棒套环摩擦耗能两方面提供，可吸收平面变形与空间变形产生的能量，适应桥墩在强震下可能产生的不同振型。

Description

耗能型装配式桥墩构造及施工方法
技术领域
本发明涉及一种桥梁构件，尤其涉及一种墩柱之间附带阻尼器的耗能型装配式桥墩构造及施工方法。
背景技术
预制节段拼装桥墩采用工厂预制节段、现场拼装的工艺，可以提高构件制作质量，缩短工期，减少施工作业面积，并能使后期维护与拆除更加便利经济，降低全生命周期成本。由于公路运输限制条件，单个节段高度受到限制，导致墩柱节段多，而节段与节段接缝处受拉侧在水平荷载下允许张开，一方面使结构失去了由混凝土受拉开裂与钢筋变形伸长提供的能量耗散，另一方面也使受压侧接缝处产生更大的局部应力，导致接缝附近更易发生破坏，受力性能差。节段过多亦会增加施工难度，降低施工速度，且震后不易修复。
针对预制节段拼装桥墩特点，需要提出一种可供实际工程应用的既能减小节段数量、提高受力要求，又不影响施工速度的附带减震耗能构造的预制节段拼装桥墩设计方法。
有鉴于上述现有的桥墩存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型耗能型装配式桥墩构造及施工方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的桥墩存在的缺陷，而提供一种新型耗能型装配式桥墩构造及施工方法，减少单个墩身的节段数量，提高构件制作质量，延长使用寿命，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的耗能型装配式桥墩构造，包括有承台、预制拼装桥墩、盖梁和阻尼器，
在所述承台的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩，四根所述预制拼装桥墩为一组，一组所述预制拼装桥墩之间设置有多个阻尼器，在所述预制拼装桥墩的上表面设置有盖梁；
预应力筋穿过所述预制拼装桥墩分别与承台和盖梁相连接。
更进一步的，前述的耗能型装配式桥墩构造，所述阻尼器由外筒、芯棒、内筒、套环和连接弹簧组成，
所述内筒为十字形，在所述内筒中心设置有十字交叉布置的连接弹簧，所述套环与内筒相连接，所述芯棒的一端穿过套环和内筒与所述连接弹簧相连接，限制所述芯棒的位移；所述芯棒的另一端外表面设置有外筒；阻尼器通过芯棒与套环之间的摩擦力耗能，当桥墩受到强震作用时，墩柱发生弯曲，外筒与内筒之间发生相对位移，与外筒固结的芯棒与套环之间摩擦耗能。
更进一步的，前述的耗能型装配式桥墩构造，所述外筒与设置在预制拼装桥墩上的接头相铰接，进而将所述阻尼器固定在所述预制拼装桥墩上。
更进一步的，前述的耗能型装配式桥墩构造，在每个阻尼器与预制拼装桥墩之间还设置有软钢支撑，所述软钢支撑与承台相平行，提供初始水平刚度，并能在强震时提供耗能。
更进一步的，前述的耗能型装配式桥墩构造，所述预制拼装桥墩与承台和盖梁的连接位置处还设置有剪力键。
前述的耗能型装配式桥墩构造的施工方法，包括如下操作步骤，
在工厂制备预制拼装桥墩，在承台的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩，其中四根预制拼装桥墩为一组设置在承台的一个顶角处；在每一组预制拼装桥墩之间设置多个阻尼器；在预制拼装桥墩的上表面设置有盖梁，将预应力筋穿过预制拼装桥墩分别与承台和盖梁相连接；在预制拼装桥墩与承台和盖梁的连接位置处设置剪力键。
借由上述技术方案，本发明的耗能型装配式桥墩构造及施工方法至少具有下列优点：
1.采用工厂预制节段、现场拼装的工艺，可以提高构件制作质量，缩短工期，减少施工作业面积，并能使后期维护与拆除更加便利；
2.将一个桥墩分为由四根墩柱组成的四脚框架墩，可有效缩小节段截面积，增大单个节段高度，缩减单个墩身的节段数量，提高预制节段拼装桥墩的施工效率与力学性能；
3.阻尼器通过芯棒与套环之间的摩擦力耗能，当桥墩受到强震作用时，墩柱发生弯曲，外筒与内筒之间发生相对位移，与外筒固结的芯棒与套环之间摩擦耗能，提高抗震能力；并且将减震耗能装置（阻尼器）外置，维修更换方便；
4.阻尼器工作中的耗能由软钢变形与芯棒套环摩擦耗能两方面提供，可吸收平面变形与空间变形产生的能量，适应桥墩在强震下可能产生的不同振型。
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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1为耗能型装配式桥墩构造立体图；
图2 为耗能型装配式桥墩构造主视图；
图3为耗能型装配式桥墩构造剖面俯视图（不含盖梁）；
图4为阻尼器受力变形示意图；
图5为阻尼器与软钢支撑的连接方式放大示意图；
图中标记含意：1.承台，2.预制拼装桥墩，3.接头，4.外筒，5.芯棒，6.内筒，7.套环，8.连接弹簧，9.软钢支撑，10.预应力筋，11.剪力键，12.盖梁。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的耗能型装配式桥墩构造及施工方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
实施例1
如图1~4所示本发明耗能型装配式桥墩构造示意图，包括有承台1、预制拼装桥墩2、接头3、阻尼器、软钢支撑9、预应力筋10、剪力键11和盖梁12。
在承台1的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩2，其中四根预制拼装桥墩2为一组，代替传统桥墩结构中的一根桥墩，在通一组四根预制拼装桥墩2之间设置有多个阻尼器，在预制拼装桥墩2的上表面设置有盖梁12；将一个桥墩分为由四根墩柱组成的四脚框架墩，有效缩小节段截面积，增大单个节段高度，缩减单个墩身的节段数量。
为了保证预制拼装桥墩2与承台1和盖梁12的连接，将预应力筋10穿过预制拼装桥墩2分别与承台1和盖梁12相连接。穿过预制拼装桥墩2的预应力筋10锚固在承台1内，锚固端与承台1内钢筋骨架焊接，锚固区域附近钢筋加密；穿过预制拼装桥墩2的预应力筋10锚固于预制混凝土盖梁12上端。为了加固连接效果，提高侧向承载力，在预制拼装桥墩2与承台1和盖梁12的连接位置处还设置有剪力键11。
设置的阻尼器由外筒4、芯棒5、内筒6、套环7和连接弹簧8各个部分组成，其中内筒6为十字形，在内筒6中心设置有十字交叉布置的连接弹簧8，套环7与内筒6相连接，芯棒5的一端穿过套环7和内筒6与连接弹簧8相连接，限制芯棒5的位移；芯棒5的另一端外表面设置有外筒4。阻尼器通过芯棒5与套环7之间的摩擦力耗能。当桥墩受到强震作用时，墩柱发生弯曲，外筒4与内筒6之间发生相对位移，与外筒4固结的芯棒5与套环7之间摩擦耗能。其中外筒4与设置在预制拼装桥墩2上的接头3相铰接，进而将阻尼器固定在所述预制拼装桥墩2上。
在每个阻尼器与预制拼装桥墩2之间还设置有软钢支撑9，其中软钢支撑9与承台1相平行。
软钢支撑9与阻尼器之间连接如图5所示，软钢支撑9通过锚固板固定在阻尼器上，在锚固板与阻尼器的连接位置处设置螺栓群。
软钢支撑9利用软钢的屈服即塑性变形吸收能量。目前对钢材特性进行改善后已经开发出软钢支撑9专用钢材：LY100，LY100. 在单调静力加载下：软钢的屈服承载力较低，但抗拉性能较高。其屈服点和屈服硬化等屈服现象的特征表现的不明显。在循环荷载下：表现出更明显的应变硬化倾向。钢材性能如表1~4所示。
表1钢种的符号和适用厚度
钢种符号 适用厚度（mm）
LY100 6以上，50以下
LY225 6以上，50以下
表2化学成分（单位%）
符号 C Si Mn P S N
LY100 ≤0.01 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.025 ≤0.015 ≤0.006
LY225 ≤0.10 ≤0.05 ≤0.50 ≤0.025 ≤0.015 ≤0.006
表3碳当量及焊接开裂敏感度成分
符号 碳当量（%） 焊接开裂敏感度成分（%）
LY100 0.36以下 0.26以下
LY225 0.36以下 0.26以下
表4屈服承载力、抗拉强度、屈服比及拉伸
符号 屈服承载力或屈服点下限（N/mm2） 抗拉强度（N/mm2） 屈服比（%） 拉伸（%）
LY100 100±20 200-300 60以下 50以上
LY225 225±20 300-400 80以下 40以上
其中阻尼器在桥墩受力变形时的变形情况如图4所示，当预制拼装桥墩2受到拉应力作用的时候，预制拼装桥墩2通过铰接的接头3拉动外筒4进而带动芯棒5向外扩张，如图4从左到右的作用过程，在此过程中，芯棒5与套环7之间的摩擦力起到良好的耗能作用；当预制拼装桥墩2受到压应力作用的时候，其作用过程与受到拉应力作用过程相反，如图4从右到左的作用过程。
阻尼器工作中的耗能由软钢变形与芯棒套环摩擦耗能两方面提供，可吸收平面变形与空间变形产生的能量，适应桥墩在强震下可能产生的不同振型，延长桥梁的服役年限。
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，当可利用上述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作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种耗能型装配式桥墩构造，其特征在于：包括有承台（1）、预制拼装桥墩（2）、盖梁（12）和阻尼器，在所述承台（1）的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩（2），四根所述预制拼装桥墩（2）为一组，一组所述预制拼装桥墩（2）之间设置有多个阻尼器，在所述预制拼装桥墩（2）的上表面设置有盖梁（12）；预应力筋（10）穿过所述预制拼装桥墩（2）分别与承台（1）和盖梁（12）相连接；
所述阻尼器由外筒（4）、芯棒（5）、内筒（6）、套环（7）和连接弹簧（8）组成，所述内筒（6）为十字形，在所述内筒（6）中心设置有十字交叉布置的连接弹簧（8），所述套环（7）与内筒（6）相连接，所述芯棒（5）的一端穿过套环（7）和内筒（6）与所述连接弹簧（8）相连接，限制所述芯棒（5）的位移；所述芯棒（5）的另一端外表面设置有外筒（4）；
所述预制拼装桥墩（2）与承台（1）和盖梁（12）的连接位置处还设置有剪力键（11）。
2.根据权利要求1所述的耗能型装配式桥墩构造，其特征在于：所述外筒（4）与设置在预制拼装桥墩（2）上的接头（3）相铰接，进而将所述阻尼器固定在所述预制拼装桥墩（2）上。
3.根据权利要求1所述的耗能型装配式桥墩构造，其特征在于：在每个阻尼器与预制拼装桥墩（2）之间还设置有软钢支撑（9），所述软钢支撑（9）与承台（1）相平行。
4.根据权利要求1所述的耗能型装配式桥墩构造的施工方法，其特征在于：包括如下操作步骤，在工厂制备预制拼装桥墩（2），在承台（1）的上表面垂直的设置有多根预制拼装桥墩（2），其中四根预制拼装桥墩（2）为一组设置在承台（1）的一个顶角处；在每一组预制拼装桥墩（2）之间设置多个阻尼器；在预制拼装桥墩（2）的上表面设置有盖梁（12），将预应力筋（10）穿过预制拼装桥墩（2）分别与承台（1）和盖梁（12）相连接；在预制拼装桥墩（2）与承台（1）和盖梁（12）的连接位置处设置剪力键（11）。
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