CN108487048A - 一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构 - Google Patents

一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构 Download PDF

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卓卫东
王志坚
黄新艺
孙颖
廖丽云
蔡哲罕
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Fuzhou University
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E01CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01DCONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/02Piers; Abutments ; Protecting same against drifting ice

Abstract

本发明涉及一种钢管混凝土柱‑软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,包括从下往上依次设置的承台、墩身以及盖梁,所述墩身包括四根呈矩形状分布的钢管混凝土柱,相邻两根钢管混凝土柱之间沿墩高方向间隔布置有若干根钢横系梁,相邻两根钢管混凝土柱与钢横系梁之间设置有金属消能部件,所述金属消能部件与钢横系梁及钢管混凝土柱均可拆连接。本发明结构简单、侧向抗推刚度大,稳定性好,同时具有消能减震的特点,可实现高墩桥梁在强震后快速恢复结构功能,并且具有可方便快捷施工的优点。

Description

一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构
[0001]
技术领域: 本发明涉及一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构。
[0002]
背景技术: 我国很多山区尤其是西部艰险山区,山高谷深,在这些地区修建高等级公路和铁路,不 可避免地需要建设一大批高墩桥梁。随着我国西部大开发的加速发展和全面推进,公路和 铁路高墩桥梁的建设将越来越多。由于我国西部大部分地区为高烈度地震区,且强震频发, 因此,高墩桥梁结构面临大震甚至巨震的严峻考验。然而,当前公路和铁路高墩桥梁抗震设 计均无规范可循,且震害经验少,其抗震设计具有较大的盲目性和随意性。2008年汶川地震 中庙子坪岷江特大桥遭受严重震害,暴露出高墩桥梁抗震设计尚存在诸多问题。
[0003] 对公路桥梁,传统的高墩型式主要有柱式墩、实心薄壁墩(单肢或双肢)、空心墩和 Y型墩等,建筑材料通常为钢筋混凝土。对铁路桥梁,常用的高墩截面型式主要为空心墩(包 括圆形空心、双圆孔空心、圆端型空心、矩形空心、圆弧面空心截面等),立面上有单坡、变 坡、人字型和A型等,建筑材料也通常为钢筋混凝土。传统的钢筋混凝土高墩通常按延性构 件设计,在遭遇强烈地震时将发生破坏;同时,钢筋混凝土高墩遭受地震破坏后无法更换, 也难以修复。
[0004] 为解决传统的钢筋混凝土高墩在抗震性能方面存在的不足,一些研发人员从新结 构型式和新材料入手,开发了箱形钢桥墩、双壁钢箱混凝土组合墩、混凝土柱-板式墩、格构 式钢管混凝土墩、钢管混凝土叠合柱桥墩等新型高墩。虽然这些新型高墩都具有较好的抗 震性能,并都已应用于工程实践,然而,其抗震设计理念和设计方法并没有更新。
[0005]
发明内容: 本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进,即本发明所要解决的技术问题是提供 一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,不仅具有良好的静力性能、抗震 性能和施工性能,而且具有在地震后结构功能可快速恢复的特性。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种钢管混凝土柱-软钢消能部件 组合箱形截面高墩结构,包括从下往上依次设置的承台、墩身以及盖梁,所述墩身包括四根 呈矩形状分布的钢管混凝土柱,相邻两根钢管混凝土柱之间沿墩高方向间隔布置有若干根 钢横系梁,相邻两根钢管混凝土柱与钢横系梁之间设置有金属消能部件,所述金属消能部 件与钢横系梁及钢管混凝土柱均可拆连接。
[0007] 进一步的,所述金属消能部件为软钢板制成。
[0008] 进一步的,软钢板的内侧面及外侧面均设置有横纵交错的加劲肋。
[0009] 进一步的,所述金属消能部件为一块软钢板或者多块软钢板拼接制成,软钢板与 钢管混凝土柱及钢横系梁经由高强螺栓连接。
[0010] 进一步的,所述钢管混凝土柱的上、下两端分别与盖梁及承台刚接。
[0011] 进一步的,所述钢管混凝土柱包括一方形钢管,所述方形钢管内填充有混凝土。
[0012] 进一步的,所述钢横系梁由工字钢制成。
[0013] 与现有技术相比,本发明具有以下效果:本发明结构简单、侧向抗推刚度大,稳定 性好,同时具有消能减震的特点,可实现高墩桥梁在强震后快速恢复结构功能,并且具有方 便快捷施工的优点。
[0014]
附图说明: 图1是本发明实施例中墩身的构造示意图; 图2是本发明实施例的纵桥向立面布置示意图; 图3是本发明实施例的横桥向立面布置示意图; 图4是本发明实施的平面布置示意图(不含钢横系梁和加劲肋)。
[0015] 图中: 1-承台;2-墩身;3_盖梁;4-钢管混凝土柱;5-钢横系梁;6-金属消能部件;601-软钢板; 602-加劲肋。
[0016]
具体实施方式: 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
[0017]如图1-4所示,本发明一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构, 包括从下往上依次设置的承台1、墩身2以及盖梁3,所述墩身2包括四根呈矩形状分布的钢 管混凝土柱4,相邻两根钢管混凝土柱4之间沿墩高方向间隔布置有若干根钢横系梁5,相邻 两根钢管混凝土柱4与钢横系梁5之间设置有金属消能部件6,形成箱形组合截面,结构简 单、施工简便,稳定性和抗震性能良好,而且具有较大的弯曲刚度和扭转刚度,方便快捷施 工;所述金属消能部件6与钢横系梁5及钢管混凝土柱4均可拆连接,使高墩桥梁具有在地震 后结构功能可快速恢复的特性。
[0018]本实施例中,所述金属消能部件6为软钢板601制成,软钢板具有低强度、高延性的 特点,软钢板制成的消能部件,具有较大的初始刚度;在小震作用下,处于弹性状态;在大震 作用下,接近塑性变形极限状态。使用时,利用软钢板屈服后的塑性变形和滞回耗能来耗散 地震能量,使整个高墩具有良好的抗震性能。
[0019] 本实施例中,为了保证软钢板的局部稳定性,软钢板601的内侧面及外侧面均设置 有横纵交错的加劲肋602;在实际制造过程中,也可采用单侧面配制加劲肋,即在软钢板的 内侧面与外侧面中任意一侧设置加劲肋。
[0020] 本实施例中,所述金属消能部件6为一块软钢板601或者多块软钢板拼接制成,软 钢板与钢管混凝土柱4及钢横系梁5经由高强螺栓连接,易于拆卸更换。软钢板的具体数量 可根据实际相邻两根钢管混凝土柱4与钢横系梁5之间的间距来定。
[0021]本实施例中,所述钢管混凝土柱4的上、下两端分别与盖梁3及承台1刚接。
[0022]本实施例中,所述钢管混凝土柱4包括一方形钢管,所述方形钢管内填充有混凝 土。
[0023]本实施例中,所述钢横系梁5由工字钢制成,在小震作用下,处于弹性状态;在大震 作用下,仅出现轻微损坏或保持在弹性状态。同时损坏后易修复,而且易于拆卸更换。
[0024]使用时:(1)在正常使用阶段,钢管混凝土柱与软钢消能部件组合形成箱形截面, 保证高墩具有较大的弯曲刚度和扭转刚度;同时,沿墩高方向设置钢横系梁,保证高墩的整 体稳定性;高墩结构整体处于弹性状态。(2)在小震作用下,钢管混凝土柱、金属消能部件和 钢横系梁均处于弹性状态。(3)在大震作用下,金属消能部件接近塑性变形极限状态,钢横 系梁可允许轻微损坏或保持在弹性状态,钢管钢管混凝土柱则保持在弹性状态。
[0025]本发明的优点在于: --- ⑴从静力性社看,前___廳土/__ ^ _ 力主要由钢管混凝土柱承受,不会出现箱形截面钢桥墩的局fM HT ’ W (2) 从抗震性能上看,具有消能减震结构的优点,同时可切型金属消能部件 的优点;通过合理设计,可实现高墩桥梁结构功能的震后可恢复性; (3) 从施工性能上看,具有类似于钢结构可方便快捷施工的优点。
[0026]以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与 修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1. 一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,包括从下往上依次设置 的承台、墩身以及盖梁,其特征在于:所述墩身包括四根呈矩形状分布的钢管混凝土柱,相 邻两根钢管混凝土柱之间沿墩高方向间隔布置有若干根钢横系梁,相邻两根钢管混凝土柱 与钢横系梁之间设置有金属消能部件,所述金属消能部件与钢横系梁及钢管混凝土柱均可 拆连接。
2. 根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,其 特征在于:所述金属消能部件为软钢板制成。
3. 根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,其 特征在于:软钢板的内侧面及外侧面均设置有横纵交错的加劲肋。
4. 根据权利要求2所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,其 特征在于:所述金属消能部件为一块软钢板或者多块软钢板拼接制成,软钢板与钢管混凝 土柱及钢横系梁经由高强螺栓连接。
5. 根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,其 特征在于:所述钢管混凝土柱的上、下两端分别与盖梁及承台刚接。
6. 根据权利要求1或5所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结 构,其特征在于:所述钢管混凝土柱包括一方形钢管,所述方形钢管内填充有混^ 土。
7. 根据权利要求1所述的一种钢管混凝土柱-软钢消能部件组合箱形截面高墩结构,其 特征在于:所述钢横系梁由工字钢制成。
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