CN106087702B - 一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩 - Google Patents

一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩 Download PDF

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Abstract

一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，包括：排架墩基础，设置于排架墩基础之上的底层预制钢管混凝土桥墩，内部浇筑自密实钢纤维混凝土。设置于底层预制钢管混凝土桥墩顶端的底层预制盖梁，盖梁上的顶层预制桥墩，设置于顶层预制桥墩顶端的顶层预制盖梁，穿过底层预制钢管混凝土桥墩的无粘结预应力筋，带竖缝耗能角钢，螺栓，钢制方形键等。每块带竖缝耗能角钢通过螺栓将底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础和底层预制盖梁连接，钢制方形键设置于摇摆接缝部位。强震下，双层排架墩的底层发生摇摆，并通过无粘结预应力筋提供自复位能力。地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，且震后损坏的带竖缝耗能角钢可替换，成为结构中的“保险丝”。

Description

一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩
技术领域
本发明涉及新型桥梁结构体系，特别涉及基于保险丝理念的双层高架桥梁中的双层桥梁排架墩体系。
背景技术
城市交通拥堵问题日益严重，加快城市高架桥梁建设，发挥其立体交通优势，是解决城市交通问题的重要途径。在此背景下，利用双层桥梁排架墩作为主要承重构件的双层高架桥梁，在立体交通系统中具有突出优势，在城市交通系统建设中具有广泛应用前景。
传统的双层桥梁排架墩在使用过程中具有两个突出缺陷，其一是现场施工对城市环境和交通产生较大影响，现场浇筑混凝土会产生大量噪音和建筑垃圾，且混凝土浇筑、养护会长时间占用交通通道；其二是传统的双层桥梁排架墩抗震能力弱，强震下易发生损伤破坏，且震后残余位移大，不利于结构的震后快速修复。这与桥梁工程作为交通生命线工程的特点很不相称。
发明内容
本发明针对上述技术问题，提出一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩。该结构所有构件均可工厂预制，现将仅需拼装完成，利用了预制拼装结构的施工优势，可大大加快施工进度，同时减轻了对城市环境和交通产生的较大影响。另外，该结构利用带竖缝耗能角钢实现了基于“功能分离”和“保险丝”理念的抗震设计，以桥梁、盖梁承受竖向荷载，侧向强度、刚度和耗能能力通过带竖缝耗能角钢提供。强震下，结构的地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，其余部分基本保持弹性。震后损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，从而迅速恢复原结构的使用功能。
为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：
一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，其特征在于：包括，排架墩基础，设置于排架墩基础之上左、右两侧的2根底层预制钢管混凝土桥墩，内部浇筑自密实钢纤维混凝土。设置于底层预制钢管混凝土桥墩顶端的底层预制盖梁，设置于底层预制盖梁之上左右两侧的2根顶层预制桥墩，设置于顶层预制桥墩顶端的顶层预制盖梁，穿过底层预制钢管混凝土桥墩的无粘结预应力筋，带竖缝耗能角钢。
带竖缝耗能角钢以低屈服点的Q235软钢制成，通过螺栓将底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础和底层预制盖梁连接，并在接缝处设置保证抗剪和抗扭强度的钢制方形键。
每块带竖缝耗能角钢中设置3～5道竖缝，每道竖缝宽度1-2.0cm。设置竖缝的目的在于削弱角钢的强度和刚度，确保地震下整个摇摆自复位双层桥梁排架墩的地震损伤集中于耗能角钢，且螺栓和螺栓孔不发生损伤破坏。
每块带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。
无粘结预应力筋穿过底层预制钢管混凝土桥墩，底部锚固于排架墩基础中，上端锚固于底层预制盖梁的上部。
钢制方形键以低屈服点的Q235软钢制成，焊接于底层预制钢管混凝土桥墩上下两端，共4块；与之对应的排架墩基础、底层预制盖梁上共预留4个方形凹槽，且方形凹槽边长较钢制方形键大1.0-2cm，便于安装。方形凹槽四周设置钢板，防止局部应力集中造成的混凝土破坏。
钢制方形键与方形凹槽的接缝部位无纵筋穿过，仅预留穿过无粘结预应力筋的孔洞。
采用上述技术方案的本发明：
1.摇摆自复位双层桥梁排架墩可作为双层高架桥梁的主要承重构件，发挥双层高架桥的立体交通优势，减轻城市拥堵。
2.摇摆自复位双层桥梁排架墩所有构件均为工厂预制，现将仅需安装完成，可大大加快施工进度，减少对环境和交通的不利影响。
3.所有预制桥墩、盖梁是双层桥梁排架墩的竖向承重构件，而侧向力、侧向刚度和强度主要由带竖缝耗能角钢提供，实现了结构基于“功能分离”的抗震设计理念。
4.强震下，双层桥梁排架墩底层将发生摇摆反应，大大减轻结构承受的地震力，且地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，通过带竖缝耗能角钢的破坏消耗地震能量，双层桥梁排架墩其余部分将免于地震损伤。且震后损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，实现结构基于“保险丝”理念的抗震设计。
5.带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。
6.摇摆自复位双层桥梁排架墩中共设置12块带竖缝耗能角钢，其中排架墩平面内安装8块起到横桥向耗能的作用，排架墩平面外安装4块起到纵桥向耗能的作用。带竖缝耗能角钢安装灵活，布置方便，在桥梁双向均可起到耗能作用，有效避免了延性系梁、防屈曲支撑等构件仅能单向耗能的缺点，且不影响桥梁下部的通车能力。
7.每根底层预制钢管混凝土桥墩底部沿截面四周设置4块带竖缝耗能角钢与排架墩基础连接；每根底层预制钢管混凝土桥墩顶部仅设置2块带竖缝耗能角钢与底层预制盖梁连接。
8.底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础、底层预制盖梁连接处仅为简单的接触连接，无其它连接措施。
9.带竖缝耗能角钢中设置一系列的竖缝，削弱角钢的强度和刚度，确保地震下整个摇摆自复位双层桥梁排架墩的地震损伤集中于耗能角钢，且螺栓和螺栓孔不发生损伤破坏。
10.竖向无粘结预应力筋提供结构强震后的自复位能力，可大大减小结构的震后残余位移。
11.钢制方形键设置于4个摇摆接缝部分，主要作用为提供摇摆结构必要的抗剪和抗扭强度。
12.底层为预制钢管混凝土桥墩，内部填充自密实钢纤维混凝土，自密实混凝土施工过程中可免振捣，且具有微膨胀效果，与钢管紧密连接成为整体。采用这种结构一方面钢管可作为施工模板，加快施工进度，其二是钢管混凝土结构可有效避免强震下的损伤破坏。
13.为保证体系稳定性，顶层预制桥墩与顶层预制盖梁、底层预制盖梁连接处不设置为摇摆结构，连结形成整体，强震下不发生摇摆反应。
14.方形凹槽中设置钢板，可有效避免排架墩基础和底层预制盖梁中混凝土的损伤破坏。
与传统桥梁排架墩相比，本发明具有6个突出优点，其一是该发明采用了预制拼装结构体系，所有构件均可工厂预制，现场仅需拼装完成，可大大加快施工进度，减小对城市环境和交通带来的不利影响；其二，利用双层桥梁排架墩建成的双层高架桥，将发挥立体交通系统的优势，增加桥梁通车能力；其三，摇摆反应的发生将大大降低结构承受的地震力，另外，底层采用预制钢管混凝土桥墩，将极大的减小结构的地震损伤破坏，且无粘结预应力筋可大大减小结构的震后残余位移，便于震后修复；其四，带竖缝耗能角钢安装方便，布置灵活，可提供桥梁纵向和横向的强度、刚度和耗能能力，避免了延性系梁、防屈曲支撑等耗能构件仅可在单向布置的问题，且带竖缝耗能角钢基本不占用空间，不影响桥梁的通车能力；其五，强震下，排架墩的损伤将集中于带竖缝耗能角钢，成为结构抗震设计的“保险丝”，且损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，迅速恢复桥梁通车能力；其六，底层预制钢管混凝土桥墩内部浇筑自密实钢纤维混凝土，可有效提高混凝土浇筑过程中的密实度，且钢纤维将极大的增强桥墩的抗震能力。
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，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。其中，角钢7-4布置于7-3背面，角钢7-8布置于7-7背面。
图2为带竖缝耗能角钢示意图。
图3为排架墩基础和底层预制钢管混凝土桥墩连接详图。
图4为底层预制钢管混凝土桥墩和底层预制盖梁连接详图。
图5为钢制方形键与方形凹槽部位的连结详图。
图中：1、排架墩基础，2、底层预制钢管混凝土桥墩，3、底层预制盖梁，4、顶层预制桥墩，5、顶层预制盖梁，6、无粘结预应力筋，7、带竖缝耗能角钢，8、螺栓，9、钢制方形键，10、竖缝，11、螺栓孔，12、方形凹槽，13、钢板。
具体实施方式
如图1至图4所示的一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，包括：排架墩基础，设置于排架墩基础之上左、右两侧的2根底层预制钢管混凝土桥墩，内部浇筑自密实钢纤维混凝土。设置于底层预制钢管混凝土桥墩顶端的底层预制盖梁，设置于底层预制盖梁之上左右两侧的2根顶层预制桥墩，设置于顶层预制桥墩顶端的顶层预制盖梁，穿过底层预制钢管混凝土桥墩的无粘结预应力筋，带竖缝耗能角钢。
带竖缝耗能角钢以低屈服点的Q235软钢制成，通过螺栓将底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础和底层预制盖梁连接，并在接缝处设置保证抗剪和抗扭强度的钢制方形键。
每块带竖缝耗能角钢中设置3～5道竖缝，每道竖缝宽度2.0cm。设置竖缝的目的在于削弱角钢的强度和刚度，确保地震下整个摇摆自复位双层桥梁排架墩的地震损伤集中于耗能角钢，且螺栓和螺栓孔不发生损伤破坏。
每块带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。
无粘结预应力筋穿过底层预制钢管混凝土桥墩，底部锚固于排架墩基础中，上端锚固于底层预制盖梁的上部。
钢制方形键以低屈服点的Q235软钢制成，焊接于底层预制钢管混凝土桥墩上下两端，共4块；与之对应的排架墩基础、底层预制盖梁上共预留4个方形凹槽，且方形凹槽边长较钢制方形键大1.0cm，方形凹槽四周设置钢板，防止局部应力集中造成的混凝土破坏。
钢制方形键与方形凹槽的接缝部位无纵筋穿过，仅预留穿过无粘结预应力筋的孔洞。
采用上述技术方案的本发明：
1.摇摆自复位双层桥梁排架墩可作为双层高架桥梁的主要承重构件，发挥双层高架桥的立体交通优势，减轻城市拥堵。
2.摇摆自复位双层桥梁排架墩所有构件均为工厂预制，现将仅需安装完成，可大大加快施工进度，减少对环境和交通的不利影响。
3.所有预制桥墩、盖梁是双层桥梁排架墩的竖向承重构件，而侧向力、侧向刚度和强度主要由带竖缝耗能角钢提供，实现了结构基于“功能分离”的抗震设计理念。
4.强震下，双层桥梁排架墩底层将发生摇摆反应，大大减轻结构承受的地震力，且地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，通过带竖缝耗能角钢的破坏消耗地震能量，双层桥梁排架墩其余部分将免于地震损伤。且震后损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，实现结构基于“保险丝”理念的抗震设计。
5.带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。
6.摇摆自复位双层桥梁排架墩中共设置12块带竖缝耗能角钢，其中排架墩平面内安装8块起到横桥向耗能的作用，排架墩平面外安装4块起到纵桥向耗能的作用。带竖缝耗能角钢安装灵活，布置方便，在桥梁双向均可起到耗能作用，有效避免了延性系梁、防屈曲支撑等构件仅能单向耗能的缺点，且不影响桥梁下部的通车能力。
7.每根底层预制钢管混凝土桥墩底部沿截面四周设置4块带竖缝耗能角钢与排架墩基础连接；每根底层预制钢管混凝土桥墩顶部仅设置2块带竖缝耗能角钢与底层预制盖梁连接。
8.底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础、底层预制盖梁连接处仅为简单的接触连接，无其它连接措施。
9.带竖缝耗能角钢中设置一系列的竖缝，削弱角钢的强度和刚度，确保地震下整个摇摆自复位双层桥梁排架墩的地震损伤集中于耗能角钢，且螺栓和螺栓孔不发生损伤破坏。
10.竖向无粘结预应力筋提供结构强震后的自复位能力，可大大减小结构的震后残余位移。
11.钢制方形键设置于4个摇摆接缝部分，主要作用为提供摇摆结构必要的抗剪和抗扭强度。
12.底层为预制钢管混凝土桥墩，内部填充自密实钢纤维混凝土，自密实混凝土施工过程中可免振捣，且具有微膨胀效果，与钢管紧密连接成为整体。采用这种结构一方面钢管可作为施工模板，加快施工进度，其二是钢管混凝土结构可有效避免强震下的损伤破坏。
13.为保证体系稳定性，顶层预制桥墩与顶层预制盖梁、底层预制盖梁连接处不设置为摇摆结构，连结形成整体，强震下不发生摇摆反应。
14.方形凹槽中设置钢板，可有效避免排架墩基础和底层预制盖梁中混凝土的损伤破坏。
与传统桥梁排架墩相比，本发明具有6个突出优点，其一是该发明采用了预制拼装结构体系，所有构件均可工厂预制，现场仅需拼装完成，可大大加快施工进度，减小对城市环境和交通带来的不利影响；其二，利用双层桥梁排架墩建成的双层高架桥，将发挥立体交通系统的优势，增加桥梁通车能力；其三，摇摆反应的发生将大大降低结构承受的地震力，另外，底层采用预制钢管混凝土桥墩，将极大的减小结构的地震损伤破坏，且无粘结预应力筋可大大减小结构的震后残余位移，便于震后修复；其四，带竖缝耗能角钢安装方便，布置灵活，可提供桥梁纵向和横向的强度、刚度和耗能能力，避免了延性系梁、防屈曲支撑等耗能构件仅可在单向布置的问题，且带竖缝耗能角钢基本不占用空间，不影响桥梁的通车能力；其五，强震下，排架墩的损伤将集中于带竖缝耗能角钢，成为结构抗震设计的“保险丝”，且损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，迅速恢复桥梁通车能力；其六，底层预制钢管混凝土桥墩内部浇筑自密实钢纤维混凝土，可有效提高混凝土浇筑过程中的密实度，且钢纤维将极大的增强桥墩的抗震能力。
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，当可利用上诉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做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，其特征在于：包括，排架墩基础(1)，设置于排架墩基础(1)之上左、右两侧的2根底层预制钢管混凝土桥墩(2)，底层预制钢管混凝土桥墩(2)内部浇筑自密实钢纤维混凝土；设置于底层预制钢管混凝土桥墩(2)顶端的底层预制盖梁(3)，设置于底层预制盖梁(3)之上左右两侧的2根顶层预制桥墩(4)，设置于顶层预制桥墩(4)顶端的顶层预制盖梁(5)，穿过底层预制钢管混凝土桥墩(2)的无粘结预应力筋(6)，带竖缝耗能角钢(7)；
带竖缝耗能角钢(7)由Q235钢制成，通过螺栓将底层预制钢管混凝土桥墩(2)与排架墩基础(1)和底层预制盖梁(3)连接，并在接缝处设置钢制方形键(9)；
每块带竖缝耗能角钢(7)中设置3～5道竖缝(10)，每道竖缝宽度1-2.0cm；
每块带竖缝耗能角钢(7)中设置一系列螺栓孔(11)，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢(7)与底层预制钢管混凝土桥墩(2)、排架墩基础(1)和底层预制盖梁(3)连接；
无粘结预应力筋(6)穿过底层预制钢管混凝土桥墩(2)，底部锚固于排架墩基础(1)中，上端锚固于底层预制盖梁(3)的上部；
钢制方形键(9)由Q235钢制成，焊接于底层预制钢管混凝土桥墩(2)上下两端，共4块；与之对应的排架墩基础(1)、底层预制盖梁(3)上共预留4个方形凹槽(12)，且方形凹槽(12)边长较钢制方形键(9)大1.0-2cm，方形凹槽四周设置钢板(13)；
钢制方形键(9)与方形凹槽(12)的接缝部位仅预留穿过无粘结预应力筋(6)的孔洞。
2.根据权利要求1所述的一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，其特征在于：
摇摆自复位双层桥梁排架墩所有构件均为工厂预制。
3.根据权利要求1所述的一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，其特征在于：
每根底层预制钢管混凝土桥墩(2)底部沿截面四周设置4块带竖缝耗能角钢(7)与排架墩基础(1)连接；每根底层预制钢管混凝土桥墩(2)顶部仅设置2块带竖缝耗能角钢(7)与底层预制盖梁(3)连接。
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