CN108360367B - 一种抗震不倒桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗震不倒桥墩，包括四根拉索，分别布置在桥墩的四面；还有磁铁组一、磁铁组二、磁铁组三和磁铁组四，分别预埋在桥墩和承台内；桥墩的底面设有四个凹槽，四个剪力销预埋于承台内并伸入凹槽内；桥墩与承台的接触面为曲面，且为滑动摩擦面；当发生小震时，桥墩在摇摆过程中，可以通过滑动摩擦面进行摩擦耗能，而桥墩重心的偏移又会产生向心的恢复力，加之剪力销的抗剪作用以保证桥墩在小震下不会发生较大的变形；当发生大震时，剪力销发生剪切破坏，进而通过四组磁铁组的相互配合以产生斥力与吸力来产生恢复力，同时配合拉索以防止桥墩因过大变形而倾覆，类似不倒翁，以实现“大震不倒”的抗震理念。

Description

一种抗震不倒桥墩

技术领域

本发明涉及桥梁抗震技术领域，尤其涉及一种抗震不倒墩。

背景技术

桥梁是交通生命线的枢纽工程，其建设成本高，一旦遭到地震破坏，将会导致巨大的经济损失，且震后修复及其困难。根据以往的地震数据，梁式桥的桥墩发生破坏是最为常见的桥梁震害。桥墩是梁式桥的关键受力构件，地震引起的钢筋混凝土桥墩断裂或压溃将导致桥梁整体垮塌，桥墩损伤后过大的位移会引起落梁、梁间碰撞等震害。遭受破坏的大型桥梁不仅修复困难，而且严重影响灾区的生产生活和灾后的重建工作。

目前桥梁抗震设计方法主要围绕延性抗震理念逐步发展。即通过增加桥墩自身的强度和变形能力来提高抗震性能，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的不可逆转的损伤。因此，如何提高桥墩的抗剪能力、延性能力和耗能能力等抗震性能则是桥梁抗震设计的关键技术之一。

发明内容

本发明提出了一种抗震不倒桥墩，可以有效的提高桥梁的抗震性能。梁式桥采用这种抗震桥墩，可以大幅度提高桥墩的抗剪能力以及耗能能力，从而提高桥墩的抗震安全性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种抗震不倒桥墩，其特征在于：包括四根拉索，按照主梁的纵横方向分别布置在桥墩的四面；还有磁铁组一、磁铁组二、磁铁组三和磁铁组四，同样按照主梁的纵横方向分别预埋在桥墩和承台内；桥墩的底面设有四个凹槽，四个剪力销预埋于承台内并伸入凹槽内；桥墩与承台的接触面为滑动摩擦面，在桥墩摇摆的过程中，滑动摩擦面可以通过滑动摩擦生热耗能。

优选的，所述桥墩与承台的滑动摩擦面为圆弧形且均涂有合成抗滑涂料。

优选的，所述桥墩有空心部分，其空心部分周侧的混凝土壁与盖梁(2)所用混凝土均为轻质高强混凝土，桥墩(4)空心部分下侧所用混凝土为普通混凝土，两者的质量比在1/10～1/5左右；这样使得桥墩的重心位于其底面。在桥墩摇摆的过程中，桥墩重心上移形成恢复力，阻碍桥墩的摇摆并抵消干扰力矩的作用，并且在重力的作用下，使桥墩重心恢复到最低点。

优选的，所述桥墩底面的凹槽与预埋于承台内的剪力销相互配合可以使桥墩在小震下晃动而不致破坏。

优选的，所述剪力销为高强销钉。

优选的，所述拉索的材质为钢绞线，其两端分别锚固在桥墩和承台上。

优选的，所述磁铁组一中的磁铁一竖直预埋于承台内，所述磁铁组一的磁铁二和磁铁三与竖直方向成一定角度的预埋于桥墩底部；其余磁铁组二、磁铁组三和磁铁组四的布置方式与磁铁组一一样。

优选的，所述磁铁组一、磁铁组二、磁铁组三和磁铁组四中的磁铁的材质均为钕铁硼。磁铁组一中的磁铁一与磁铁二磁性相异，与磁铁三磁性相同；其余三组的磁性与磁铁组一一致。

优选的，所述桥墩在向右倾倒的过程中，当剪力销被剪断后磁铁三接近磁铁一，两者产生相互排斥的力，同时磁铁五靠近磁铁四，两者产生相互吸引的力；同理，当桥墩在向左倾倒的过程中，当剪力销被剪断后磁铁六接近磁铁四，两者产生相互排斥的力，同时磁铁二靠近磁铁一，两者产生相互吸引的力。这样产生的斥力和吸力共同阻碍桥墩的倾倒并抵消干扰力，即保证桥梁“大震不倒”的设防原理。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：由于桥墩的重心位于桥墩底面，在桥墩倾倒的过程中，重心上移产生抵抗力矩抵制消除干扰力矩，并且使桥墩复位；桥墩与承台的接触面为圆弧形且涂有合成抗滑涂料，通过滑动摩擦生热耗能可以提高桥墩的抗剪能力与晃动幅度；桥墩底面的凹槽与预埋于承台内的剪力销配合同样能够提高桥墩的抗剪能力，并且能够使桥墩在小幅度范围内晃动而不损坏；当剪力销失去作用后，四组磁铁组相互配合产生可以抵消干扰里的吸力和斥力，并在一定程度上使桥墩复位，以此保证桥梁仍然能够正常的工作。本发明结构简单，成本低，能够大大提高桥梁的抗震性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A剖面图；

图3是本发明中磁铁的详图；

图4是本发明的使用状态图；

图中：1-主梁；2-盖梁；3-桥墩空心部分；4-桥墩；5-拉索；6-磁铁二；7-磁铁五；8-磁铁一；9-磁铁四；10-磁铁三；11-磁铁六；12-凹槽；13-剪力销；14-承台；15-合成抗滑涂料；16-磁铁组一；17-磁铁组二；18-磁铁组三；19-磁铁组四。

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详细的说明。具体实施方式的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

如图1、2、3、4所示的一种抗震不倒墩，包括四根拉索5，按照主梁1的纵横方向分别布置在桥墩4的四面，拉索5的材质为钢绞线，其两端分别锚固在桥墩4和承台14上。还有磁铁组一16、磁铁组二17、磁铁组三18和磁铁组四19，同样按照主梁1的纵横方向分别预埋在桥墩4和承台14内。桥墩4的底面设有四个凹槽12，四个剪力销13预埋于承台14内并伸入凹槽12内，剪力销13为高强销钉。桥墩4与承台14的接触面为滑动摩擦面，在桥墩4摇摆的过程中，滑动摩擦面可以通过滑动摩擦生热耗能。桥墩4与承台14的滑动摩擦面为圆弧形且均涂有合成抗滑涂料15。桥墩4有空心部分3，其空心部分3周侧的混凝土壁与盖梁2所用混凝土均为轻质高强混凝土，桥墩4空心部分3下侧所用混凝土为普通混凝土，两者的质量比在1/8左右。这样使得桥墩4的重心位于其底面。在桥墩4摇摆的过程中，桥墩4重心上移形成恢复力或抵抗力矩，阻碍桥墩4的摇摆并抵消地震力或干扰力矩的作用，并且在重力的作用下，使桥墩4重心恢复到最低点。桥墩4底面的凹槽12与预埋于承台14内的剪力销13的相互配合可以使桥墩4在五十分之一桥墩高度以内晃动而不损坏，即保证桥梁“小震不坏”的设防原理。

其中，磁铁组一16中的磁铁一8竖直预埋于承台14内，磁铁二6和磁铁三10与竖直方向成一定角度的预埋于桥墩4底部。其余磁铁组二17、磁铁组三18和磁铁组四19的布置方式与磁铁组一16一样。磁铁组一16、磁铁组二17、磁铁组三18和磁铁组四19中的磁铁的材质均为钕铁硼。磁铁组一16中的磁铁一8与磁铁二6磁性相异，与磁铁三10磁性相同。其余三组的磁性与磁铁组一16一致。

桥墩4在向右侧倾倒的过程中，当剪力销13被剪断后磁铁三10接近磁铁一8，两者产生相互排斥的力，同时磁铁五7靠近磁铁四9，两者产生相互吸引的力。同理，当桥墩4在向左侧倾倒的过程中，当剪力销13被剪断后磁铁六11接近磁铁四9，两者产生相互排斥的力，同时磁铁二6靠近磁铁一8，两者产生相互吸引的力。这样产生的斥力和吸力共同阻碍桥墩4的倾倒并抵消干扰力，即保证桥梁“大震不倒”的设防原理。

本发明的工作原理如下：当桥墩4向右侧倾倒时，拉索5受力并且桥墩4与承台14的接触面产生滑动摩擦并生热耗能，共同阻碍桥墩4的倾倒，与此同时桥墩4重心上移与桥墩4底侧接触点不在同一条竖直线上，于是产生抵抗力矩抵消干扰力矩使得桥墩4不在倾倒并在重力的作用下使桥墩4复位。当桥墩4倾倒到一定程度后，桥墩4底面的凹槽17与剪力销13配合阻挡桥墩4的进一步倾倒。干扰力过大，剪力销13被剪断后，磁铁五7靠近磁铁四9产生相互吸引的力，磁铁三10接近磁铁一8产生相互排斥的力，所产生的吸力与斥力共同作用抵消干扰力，并在吸力、斥力和重力的共同作用下，使得桥墩4在一定程度上复位。当桥墩4向左侧倾倒时，其工作原理与上述相同。

本发明可应用于钢混结合梁桥以及钢箱梁桥上，不仅可以提高桥墩抗剪能力，而且能够起到对桥梁纵桥向和横桥向减震控制的作用，从而在强震作用下通过多种受力方式转移并耗散桥梁主体结构承受的地震能量，保护桥梁主体结构免遭损坏，实现在强震作用下桥梁结构“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防理念。本发明设计制作简便，布置方法简易，可随着桥梁施工进度进行设计安装，不影响桥梁的正常施工进程。

本发明中桥墩的具体尺寸要根据主梁的重量以及桥墩本身的自重综合考虑，使得桥墩的重心位于桥墩底面。拉索的尺寸与材质要根据桥墩的尺寸来确定。桥墩底面凹槽的长度要根据桥墩的高度以及轻度地震中桥墩晃动的幅度来给定。四个磁铁组的具体尺寸要根据当地最大地震给予桥墩的干扰力，进而推算出具体尺寸的磁铁组产生的抵抗力能够抵制干扰力。磁铁组中磁铁的预埋深度与倾斜角度要根据地震中桥墩所能倾斜的最大角度来确定。

综上，本发明具有设计制作简便，布置方法简易，成本低等优点，通过桥墩重心的上移产生抵抗力矩抵制消除干扰力矩，并且通过滑动摩擦面生热耗能减小桥墩的晃动幅度，以此来提高桥墩的抗剪能力与稳定性。桥墩在倾倒的过程中，四组磁铁组的相互配合产生斥力与吸力来消除干扰力并使桥墩在一定程度上复位，这样有效保证了桥梁在地震中仍然能够正常工作。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都在本发明保护的范围内。

Claims (6)

1.一种抗震不倒桥墩，其特征在于：包括四根拉索(5)，按照主梁(1)的纵横方向分别布置在桥墩(4)的四面；还有磁铁组一(16)、磁铁组二(17)、磁铁组三(18)和磁铁组四(19)，同样按照主梁(1)的纵横方向分别预埋在桥墩(4)和承台(14)内；桥墩(4)的底面设有四个凹槽(12)，四个剪力销(13)预埋于承台(14)内并伸入凹槽(12)内；桥墩(4)与承台(14)的接触面为滑动摩擦面，在桥墩(4)摇摆的过程中，滑动摩擦面可以通过滑动摩擦生热耗能；所述磁铁组一(16)中的磁铁一(8)竖直预埋于承台(14)内，所述磁铁组一(16)的磁铁二(6)和磁铁三(10)与竖直方向成一定角度的预埋于桥墩(4)底部；其余磁铁组二(17)、磁铁组三(18)和磁铁组四(19)的布置方式与磁铁组一(16)一样；所述磁铁组一(16)、磁铁组二(17)、磁铁组三(18)和磁铁组四(19)中的磁铁的材质均为钕铁硼；磁铁组一(16)中的磁铁一(8)与磁铁二(6)磁性相异，与磁铁三(10)磁性相同；其余三组的磁性与磁铁组一(16)一致；所述桥墩(4)在向右倾倒的过程中，当剪力销(13)被剪断后磁铁三(10)接近磁铁一(8)，两者产生相互排斥的力，同时磁铁五(7)靠近磁铁四(9)，两者产生相互吸引的力；同理，当桥墩(4)在向左倾倒的过程中，当剪力销(13)被剪断后磁铁六(11)接近磁铁四(9)，两者产生相互排斥的力，同时磁铁二(6)靠近磁铁一(8)，两者产生相互吸引的力，这样产生的斥力和吸力共同阻碍桥墩(4)的倾倒并抵消干扰力，即保证桥梁“大震不倒”的设防原理。

2.根据权利要求书1所述的抗震不倒桥墩，其特征在于：所述桥墩(4)与承台(14)的滑动摩擦面为圆弧形且均涂有合成抗滑涂料(15)。

3.根据权利要求书1所述的抗震不倒桥墩，其特征在于：所述桥墩(4)有空心部分(3)，其空心部分(3)周侧的混凝土壁与盖梁(2)所用混凝土均为轻质高强混凝土，桥墩(4)空心部分(3)下侧所用混凝土为普通混凝土，两者的质量比在1/10～1/5左右；这样使得桥墩(4)的重心位于其底面；在桥墩(4)摇摆的过程中，桥墩(4)重心上移形成恢复力，阻碍桥墩(4)的摇摆并抵消地震力的作用，并且在重力的作用下，使桥墩(4)重心恢复到最低点。

4.根据权利要求书2所述的抗震不倒桥墩，其特征在于：所述桥墩(4)底面的凹槽(12)与预埋于承台(14)内的剪力销(13)相互配合可以使桥墩(4)在小震下晃动而不致破坏。

5.根据权利要求书4所述的抗震不倒桥墩，其特征在于：所述剪力销(13)为高强销钉。

6.根据权利要求书1所述的抗震不倒桥墩，其特征在于：所述拉索(5)的材质为钢绞线，其两端分别锚固在桥墩(4)和承台(14)上。