CN106835957A - 高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，包括若干个桥墩、桥台和主梁，每个桥墩从墩顶到墩底采用横向变截面放坡结构，且桥墩墩顶横向宽度大于主梁梁底横向宽度；主梁两端与桥台之间设有伸缩缝，其中主梁一端与桥台之间设有纵向约束构造。该桥梁结构体系，通过桥墩采用墩顶横向宽度大于主梁梁底横向宽度，且桥墩采用变截面设计构成横向强健性构造，以及主梁和桥台之间设置纵向约束构造，确保了桥梁体系的纵向刚度和横向刚度均能够满足地震位移控制设计需要，同时降低了桥墩纵向抗震设计计算内力，保证了桥梁的安全，提高桥梁横向抗震设计强度和刚度需要，尤其适用于山区超高桥墩、大跨度和窄桥的桥梁设计需要。

Description

高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系

技术领域

本发明涉及一种桥梁设计领域，特别涉及高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系。

背景技术

现有的山区桥梁，高度越来越高，跨度越来越大，一般将高度超过100米的桥墩称为高墩，将跨度超过150米可称为大垮度，而窄桥一般是针对桥梁宽度而言，对于超过150米的跨径宽度十多米的桥梁可以称之为窄桥。因此，此类高墩大跨度窄桥的桥梁，一般整体联长也较大。由于山区桥梁所在的地形一般基本地震烈度可达到Ⅷ度及以上，桥梁抗震性能不仅是强度控制设计，而且位移也要控制设计。因此，采用传统的桥墩设计以及主梁和桥台连接位置的设计，无法满足山区桥梁抗震性能要求、位移控制要求以及强度和刚度要求。

因此，有必要采用一种新型的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系以满足山区桥梁在抵抗地震作用时对位移控制要求以及强度和刚度要求，提高结构的抗震性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在针对现有山区桥梁跨度较大、高度较高而桥梁宽度较窄，传统的桥梁设计将桥墩的截面设计的更大，但是其无法满足山区桥梁抗震性能要求、位移控制要求以及强度和刚度要求，从而影响了山区桥梁的抗震性能的上述问题，提供一种高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，包括若干个桥墩、桥台和设于桥墩和桥台上方的主梁，每个所述桥墩从墩顶到墩底采用变截面放坡结构，且桥墩墩顶横向宽度大于主梁梁底横向宽度；所述主梁两端与桥台之间设有伸缩缝，其中主梁一端与桥台之间设有纵向约束构造。

该高墩大垮窄桥高性能抗震连续钢构结构体系，通过桥墩采用了变截面设计，桥墩顶横向尺寸大于主梁横向设计尺寸形成的横向强健性构造设计，增强了桥墩的横向刚度；同时在主梁一端和桥台之间设置纵向约束构造，其能够充分利用主梁与桥台的支撑关系，桥台处设置的纵向约束构造提高了主梁的纵向刚度，因此，确保了桥梁体系的纵向刚度和横向刚度均能够满足地震位移控制设计需要，同时，能够相应降低了桥墩纵向抗震设计计算内力，保证了桥梁的安全，提高桥梁横向抗震设计强度和刚度需要，尤其适用于山区超高桥墩、大跨度和窄桥的桥梁设计需要。

优选地，所述桥墩是从墩顶到墩底形成等腰梯形的横向变截面放坡结构。

针对传统的刚构高墩的设计，若仍旧采用沿高度方向的等截面设计，对于高墩而言，结构的强度和刚度往往难以满足受力和抗震的要求，若是采用横向和纵向都放坡的变截面的设计，那么对于高墩而言，为了满足桥墩墩底截面抗震设计要求，墩底截面尺寸太大，且截面积越大的桥墩，增加了桥梁的施工难度和不稳定性；而发明采用的相对现有的设计，只将桥墩在横向沿高度进行变截面放坡设计，在纵向墩顶到墩底截面仍采用等截面设计，同时在主梁两端与桥台之间的伸缩缝位置处，设置纵向约束构造，以提高对桥墩、主梁和桥台的整体约束，其达到了在增加了桥墩纵向刚度，提高了桥梁稳定性的同时，避免了对桥墩在纵向沿高度方向进行变截面放坡设计，桥墩的尺寸和形状也得到了优化，降低了设计难度，桥梁的结构设计也满足了受力和抗震要求。

优选地，桥墩沿横向从墩顶到墩底采用1:80-1:60的放坡结构。

优选地，所述桥墩墩顶横向宽度大于主梁梁底横向宽度200-500cm。

优选地，所述桥墩墩底横向宽度大于墩顶横向宽度200-500cm。

进一步优选地，每个所述桥墩包括四个钢管混凝土墩柱，每个所述桥墩形成钢管混凝土箱型截面，相邻两个墩柱之间从上到下间隔设有沿水平方向的横隔板。

优选地，所述桥墩的四个墩柱中，两个侧面的墩柱相对倾斜设置，且每个侧面的两个墩柱相互平行设置。

优选地，四个墩柱的形状和大小均相等。

优选地，所述纵向约束构造包括连接在主梁和桥台之间的预应力钢束或阻尼器。

优选地，所述纵向约束构造还包括连接在所述主梁上的预埋钢板一和双耳叉一，以及连接在桥台上的预埋钢板二和双耳叉二，所述双耳叉一和双耳叉二之间连接预应力钢束或阻尼器。

与现有技术相比，本发明的有益效果：该高墩大垮窄桥高性能抗震连续钢构结构体系，通过桥墩采用了变截面设计，桥墩顶横向尺寸大于主梁横向设计尺寸的横向强健性构造设计，增强了桥墩的横向刚度；同时在主梁一端和桥台之间设置纵向约束构造，其能够充分利用主梁与桥台的支撑关系，桥台处设置的纵向约束构造能够，提高了主梁的纵向刚度，因此，确保了桥梁体系的纵向刚度和横向刚度均能够满足地震位移控制设计需要，同时，能够相应降低了桥墩纵向抗震设计计算内力，保证了桥梁的安全，提高桥梁横向抗震设计强度和刚度需要，尤其适用于山区超高桥墩、大跨度和窄桥的桥梁设计需要。

附图说明：

图1为本发明所述高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系桥的示意图；

图2为图1中的桥墩横向变截面设计形成横向强健性构造的结构示意图；

图3为图1中桥墩与主梁设置预应力钢束形成纵向强健性构造的结构示意图。

图中标记：

1、主梁，2、桥台，3、桥墩，31、墩柱，32、横隔板，4、纵向约束构造，41、预埋钢板一，42、双耳叉一，43、预埋钢板二，44、双耳叉二，45、阻尼器，5、伸缩缝。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

如图1、2所示，一种高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，包括若干个桥墩3、桥台2和设于桥墩3和桥台2上方的主梁1，每个所述桥墩3从墩顶到墩底采用变截面放坡结构，且桥墩3墩顶横向宽度d大于主梁1梁底横向宽度l；所述主梁1两端与桥台2之间设有伸缩缝5，其中主梁1一端与桥台2之间设有纵向约束构造4。

上述桥墩3是沿横向从墩顶到墩底采用变截面放坡结构，形成等腰梯形结构，一般根据设计需要和稳定性因素，考虑桥墩3沿横向从墩顶到墩底采用1:80-1:60的放坡结构，如图3为横向放坡结构比例为1:80的桥墩示意图。对于窄桥，该桥墩3墩顶横向宽度d设计大于主梁1梁底横向宽度l约200-500cm，同样的桥墩3墩底横向宽度大于墩顶横向宽度200-500cm。

进一步，为了适应和设计该桥墩3的结构，将每个桥墩3包括四个钢管混凝土墩柱31，每个桥墩3形成钢管混凝土箱型截面，相邻两个墩柱31之间从上到下间隔一定高度沿水平方向设有横隔板32，以及沿高度方向设有连续的腹板；另外，在钢管混凝土墩柱31外包有钢筋混凝土层，提高了桥墩的刚度。该桥墩3的四个墩柱31中，两个侧面的墩柱31相对倾斜设置，且每个侧面的两个墩柱31相互平行设置。特别的，四个墩柱31的形状和大小均相等。

另外，上述纵向约束构造4包括连接在主梁1和桥台2之间的预应力钢束或阻尼器。具体的，如图3所示，该纵向约束构造4还包括连接在主梁1上的预埋钢板一41和双耳叉一42，以及连接在桥台2上的预埋钢板二43和双耳叉二44，其中双耳叉一42和双耳叉二43之间铰接有阻尼器45。

特别的，该纵向约束构造4的安装步骤为：将与双耳叉二44配套的螺栓及预埋钢板二43预埋入桥墩3，用预埋钢板二43定位，注意将螺栓与混凝土内的钢筋网焊接牢固；然后再将双耳叉二44用螺母与螺栓连接牢固，将与双耳叉一42配套的螺栓及预埋钢板一41预埋入梁底，用预埋钢板一41定位，注意将螺栓与混凝土内的钢筋网焊接牢固；将双耳叉一42用螺母与螺栓连接牢固。将阻尼器45吊装到位，最后用钢销和薄螺母、开口销将阻尼器45和双耳叉一42、双耳叉二44连接牢固即可。

该高墩大垮窄桥高性能抗震连续钢构结构体系，通过桥墩3采用了变截面设计，桥墩3顶横向尺寸大于主梁1横向设计尺寸，增强了该桥梁的横向强健性构造设计，增强了桥墩3的横向刚度；同时在主梁1一端和桥台2之间设置纵向约束构造4，其能够充分利用主梁1与桥台2的支撑关系，桥台2处设置的纵向约束构造4能够，提高了主梁1的纵向刚度，从而构成纵向强健性构造；因此，确保了桥梁体系的纵向刚度和横向刚度均能够满足地震位移控制设计需要，提高桥梁横向抗震设计强度和刚度需要，尤其适用于山区超高桥墩3、大跨度和窄桥的桥梁设计需要。

另外，该设计针对传统的刚构高墩的设计而言，若仍旧采用沿高度方向的等截面设计，对于高墩3而言，结构的强度和刚度往往难以满足受力和抗震的要求，若是采用横向和纵向都放坡的变截面的设计，那么对于高墩3而言，为了满足桥墩3墩底截面抗震设计要求，墩底截面尺寸太大，且截面积越大的桥墩，增加了桥梁的施工难度和不稳定性；而发明采用的相对现有的设计，只将桥墩3在横向沿高度进行变截面放坡设计，在纵向墩顶到墩底截面仍采用等截面设计，同时在主梁1两端与桥台2之间的伸缩缝5位置处，设置纵向约束构造4，以提高对桥墩3、主梁1和桥台2的整体约束，其达到了在增加了桥墩纵向刚度，提高了桥梁稳定性的同时，避免了对桥墩3在纵向沿高度方向进行变截面放坡设计，桥墩3的尺寸和形状也得到了优化，降低了设计难度，桥梁的结构设计也满足了受力和抗震要求。

同时，该高墩大垮窄桥高性能抗震连续钢构结构体系，由于通过桥台2处设置的纵向约束构造4能够，提高了主梁1的纵向刚度，因此该桥墩3即使是超高桥墩3，也不用设计较大的截面积，也能够满足其刚度要求，而且还将桥墩3设计为横向放坡结构，其进一步优化了桥墩3的结构，能够相应的降低了桥墩3纵向抗震设计计算内力，保证了桥梁的安全。

为了进一步的说明本发明所述的超高桥墩3钢管混凝土连续梁抗震结构体系梁式桥，与现有的无纵向强健性构造设计的性能差别，特地做了对比试验；

表：结构抗震性能对比

由上表可以看出，采用本发明后的桥梁在地震荷载作用下墩底剪力减小了16％，墩底弯矩减小了23％，墩顶的纵向位移减小了31％。墩底设计内力减小明显，墩底抗震极限承载能力有明显提高。同时墩顶纵向位移能满足地震位移控制设计需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，包括若干个桥墩(3)、桥台(2)和设于桥墩(3)和桥台(2)上方的主梁(1)，其特征在于，每个所述桥墩(3)从墩顶到墩底采用横向变截面放坡结构，且桥墩(3)墩顶横向宽度大于主梁(1)梁底横向宽度；所述主梁(1)两端与桥台(2)之间设有伸缩缝(5)，其中主梁(1)一端与桥台(2)之间设有纵向约束构造(4)。

2.根据权利要求1所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述桥墩(3)是从墩顶到墩底形成等腰梯形的横向变截面放坡结构。

3.根据权利要求2所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，桥墩(3)沿横向从墩顶到墩底采用1:80-1:60的放坡结构。

4.根据权利要求1所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述桥墩(3)墩顶横向宽度大于主梁(1)梁底横向宽度200-500cm。

5.根据权利要求1所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述桥墩(3)墩底横向宽度大于墩顶横向宽度200-500cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，每个所述桥墩(3)包括四个钢管混凝土墩柱(31)，每个所述桥墩(3)形成钢管混凝土箱型截面，相邻两个墩柱(31)之间从上到下间隔设有沿水平方向的横隔板(32)。

7.根据权利要求6所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述桥墩(3)的四个墩柱(31)中，两个侧面的墩柱(31)相对倾斜设置，且每个侧面的两个墩柱(31)相互平行设置。

8.根据权利要求7所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，四个墩柱(31)的形状和大小均相等。

9.根据权利要求6所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述纵向约束构造(4)包括连接在主梁(1)和桥台(2)之间的预应力钢束或阻尼器(45)。

10.根据权利要求9所述的高墩大跨窄桥高性能抗震连续刚构结构体系，其特征在于，所述纵向约束构造(4)还包括连接在所述主梁(1)上的预埋钢板一(41)和双耳叉一(42)，以及连接在桥台(2)上的预埋钢板二(43)和双耳叉二(44)，所述双耳叉一(42)和双耳叉二(44)之间连接预应力钢束或阻尼器(45)。