CN108532446A - 具有自复位的装配式钢桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有自复位的装配式钢桥墩，包括上部桥墩、基础和预应力筋。上部桥墩底部固接有钢顶板，钢顶板底面固设有上嵌合式接头，钢顶板底面还固设有钢耗能部件，钢耗能部件强度低于钢顶板强度。基础上固接有钢底板，钢底板顶面固设有下嵌合式接头，另配设地脚紧固件将钢底板和基础固定连接在一起；预应力筋预固定在钢底板且预应力筋上部穿过钢底板并伸出钢底板之上；上部桥墩的上嵌合式接头和基础的下嵌合式接头适配啮合，通过预应力筋将钢顶板和钢底板固定装接在一起。它具有如下优点：构造简单、加工制作简便、现场施工速度快、震后可自行复位并减小结构残余变形、抗震性能好、便于震后损伤检测，易于在实际工程中推广应用。

Description

具有自复位的装配式钢桥墩

技术领域

本发明涉及桥梁工程中的钢桥墩技术领域，尤其涉及一种具有自复位功能的装配式钢桥墩。

背景技术

地震一直以来是人类面临的重大自然灾害之一，我国处于世界两大地震带—环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是全球地震多发的地区之一，地震活动具有频度高、强度大且分布广等特点。当前的科技水平尚无法准确预测地震，而地震的发生往往是突发性的，以至于地震灾害发生后，给人民的生命财产造成了始料未及的巨大破坏。随着我国城市化进程加快，桥梁建设的步伐在不断的加大，我国人口密度较大并且桥梁又作为抗震体系中的生命线工程，我国现阶段的“小震不坏，中震可修，大震不倒”抗震设计思想越来越不满足现代社会经济发展的需要，虽然这种思想在桥梁工程中的发展较为成熟，但是没有充分考虑对震后结构性能的设计，在中震和大震下，结构会不可避免的产生较大的残余变形，对震后的抢救修复带来了极大的困难。

近年来，出于对结构设计更加合理有效的考虑，基于性能的抗震设计引起了国内外大量学者的研究和关注，该设计在保证结构安全的前提下，对结构的抗震性能提出了更高的要求。

桥墩作为桥梁在地震作用下的主要受力构件和支撑上部结构的关键构件，其抗震性能很大程度上决定着桥梁的安全。我国现代桥梁结构建设的主要结构型式依然是钢筋混凝土桥梁，然而在地震过程中，钢筋混凝土桥墩自重大、延性差，容易发生脆性破坏，直接危及人民的生命安全。

发明内容

本发明提供了具有自复位的装配式钢桥墩，其克服了背景技术中的钢桥墩所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是：

具有自复位的装配式钢桥墩，包括：

上部桥墩(1)，其底部固接有钢顶板(11)，该钢顶板(11)底面固设有齿状的上嵌合式接头(12)，该钢顶板(11)底面还固设有布置在上嵌合式接头(12)外的钢耗能部件(13)，该钢耗能部件(13)强度低于钢顶板(11)强度；

基础(2)，其上固接有钢底板(21)，该钢底板(21)顶面固设有齿状的下嵌合式接头(22)，另配设地脚紧固件(23)将钢底板(21)和基础(2)固定连接在一起；及

预应力筋(3)，其预固定在钢底板(21)且预应力筋(3)上部穿过钢底板(21)并伸出钢底板(21)之上；

其中：该上部桥墩(1)的上嵌合式接头(12)和基础(2)的下嵌合式接头(22)适配啮合，且预应力筋(3)上部和钢顶板(11)固定装接在一起，通过预应力筋(3)将钢顶板(11)和钢底板(21)固定装接在一起。

一实施例之中：该预应力筋(3)下端通过锚固方式固定在钢底板(21)之下，该预应力筋(3)上端通过锚固方式固定在钢顶板(11)之上，通过预应力筋(3)的拉接将钢底板(21)和钢顶板(11)固定装接在一起。

一实施例之中：该钢顶板(11)开设有顶锚栓孔(111)，该钢底板(21)开设有底锚栓孔(211)，该顶锚栓孔(111)和底锚栓孔(211)对齐，该预应力筋(3)穿过顶锚栓孔(111)和底锚栓孔(211)。

一实施例之中：该地脚紧固件(23)包括地脚螺栓，该地脚螺栓下端预固定在基础(2)，该地脚螺栓上端穿过钢底板(21)并伸出钢底板(21)之上，另配设螺帽连接地脚螺栓上端且抵靠在钢底板(21)之上，通过地脚螺栓和螺帽将钢底板(21)和基础(2)固定装接在一起。

一实施例之中：该基础(2)顶面凹设有凹槽(24)，该钢底板(21)设在凹槽(24)的槽底，该下嵌合式接头(22)位于凹槽(24)内；该钢顶板(11)适配插入凹槽(24)内，该上嵌合式接头(12)和钢耗能部件(13)都位于凹槽(24)内。

一实施例之中：该钢耗能部件(13)下端和上嵌合式接头(12)下端齐平。

一实施例之中：该上嵌合式接头(12)包括一个“十”字齿部(121)及四个边角齿部(122)，该四个边角齿部(122)分别设在“十”字齿部(121)的夹角处，且每个边角齿部(122)和“十”字齿部(121)之间都形成有呈L形的插入间隙(123)，该插入间隙(123)的宽度呈下大上小结构；

该下嵌合式接头(22)包括四个“L”形齿部(221)，该四个“L”形齿部(221)分别适配插入四个插入间隙(123)。

一实施例之中：该“十”字齿部(121)的宽度呈头部大末端小的梯形结构。

一实施例之中：该边角齿部(122)之面向“十”字齿部(121)的侧壁呈倾斜面，通过倾斜面使边角齿部(122)呈头部大末端小结构；该“L”形齿部(221)的宽度呈头部大末端小的梯形结构。

一实施例之中：该钢耗能部件(13)包括多块竖立钢板，该多块竖立钢板布置在上嵌合式接头(12)外，且多块竖立钢板上端面固定连接在钢顶板(11)底面。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

上部桥墩设钢顶板、上嵌合式接头和钢耗能部件，基础设钢底板和下嵌合式接头，上部桥墩的上嵌合式接头和基础的下嵌合式接头适配啮合，通过预应力筋将钢顶板和钢底板固定装接在一起，它获得了如下技术效果：1、构造简单、加工制作简便、现场施工速度快、震后可自行复位并减小结构残余变形、抗震性能好、便于震后损伤检测，易于在实际工程中推广应用；2、钢桥墩具有自重轻、施工方便快捷、占地面积小及震后可快速修复等优点，而且与混凝土材料本身相比，钢材材质均匀，塑性、韧性好，具有天然的抗震优势，且便于回收利用，钢结构现场施工中又无需使用大量的木材和水资源，符合绿色发展理念；3、钢桥墩具有较好的抗弯刚度和抗扭抗度，且相对圆钢管桥墩加工制作简便，箱形钢桥墩的应用则更为普遍。

附图说明

下面结合附图和本具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本具体实施方式的上部桥墩的主视结构示意图。

图2是本具体实施方式的钢顶板、上嵌合式接头和钢耗能部件组合的结构示意图。

图3是本具体实施方式的基础的主视结构示意图。

图4是本具体实施方式的钢底板和下嵌合式接头组合的结构示意图。

图5是本具体实施方式的装配式钢桥墩在装配途中的结构示意图。

图6是本具体实施方式的装配式钢桥墩处于装配状态的结构示意图。

具体实施方式

具有自复位的装配式钢桥墩，请查阅图1至图6，它包括上部桥墩1、基础2和预应力筋3。

该上部桥墩1底部固接有钢顶板11，该钢顶板11底面固设有齿状的上嵌合式接头12，该钢顶板11底面还固设有布置在上嵌合式接头12外的钢耗能部件13，该钢耗能部件13强度低于钢顶板11强度；该基础2上固接有钢底板21，该钢底板21顶面固设有齿状的下嵌合式接头22，另配设地脚紧固件23将钢底板21和基础2固定连接在一起以构成整体；该预应力筋3预固定在钢底板21且预应力筋3上部穿过钢底板21并伸出钢底板21之上；其中：该上部桥墩1的上嵌合式接头12和基础2的下嵌合式接头22适配啮合在一起，且预应力筋3上部和钢顶板11固定装接在一起，通过预应力筋3将钢顶板11和钢底板21固定装接在一起。

本具体实施方式之中：该钢顶板11开设有顶锚栓孔111，该钢底板21开设有底锚栓孔211，该顶锚栓孔111和底锚栓孔211对齐，该预应力筋3下端通过锚固方式固定在钢底板21之下，该预应力筋3上端穿过顶锚栓孔111和底锚栓孔211并伸出钢顶板11之上，该预应力筋3上端通过锚固方式固定在钢顶板11之上，通过预应力筋3的拉接将钢底板21钢顶板11固定装接在一起。

本具体实施方式之中：该地脚紧固件23包括地脚螺栓，该地脚螺栓下部设成L形结构，该下部预固定在基础2内，该地脚螺栓上端穿过钢底板21的穿孔212并伸出钢底板21之上，另配设螺帽连接地脚螺栓上端且抵靠在钢底板21之上，通过地脚螺栓和螺帽将钢底板21和基础2固定装接在一起以构成整体。

本具体实施方式之中：该基础2顶面凹设有凹槽24，该钢底板21设在凹槽24的槽底，该下嵌合式接头22位于凹槽24内；该钢顶板11适配插入凹槽24内，该上嵌合式接头12和钢耗能部件13都位于凹槽24内。

本具体实施方式之中：该钢耗能部件13下端和上嵌合式接头12下端齐平，具体结构中：该钢耗能部件13包括多块竖立钢板，该多块竖立钢板布置在上嵌合式接头12外，且多块竖立钢板上端面固定连接在钢顶板11底面，下端面和上嵌合式接头12下端齐平。

本具体实施方式之中：该上嵌合式接头12包括一个“十”字齿部121及四个边角齿部122，该四个边角齿部122分别设在“十”字齿部121的夹角处，且每个边角齿部122和“十”字齿部121之间都形成有呈L形的插入间隙123，该插入间隙123的宽度呈下大上小结构；该下嵌合式接头22包括四个“L”形齿部221，该四个“L”形齿部221分别适配插入四个插入间隙123。具体结构中：该“十”字齿部121的宽度呈头部大末端小的梯形结构；该边角齿部122之面向“十”字齿部121的侧壁呈倾斜面，通过倾斜面使边角齿部122呈头部大末端小结构；该“L”形齿部221的宽度呈头部大末端小的梯形结构。

该钢顶板11和钢底板21如都采用高强钢板，该高强钢板具有较大的极限弹性应变值及强度，它们的强度高于钢耗能部件13强度，即，屈服点高于钢耗能部件13屈服点，以保证低屈服点钢耗能部件在地震动摇摆中先屈服耗能，以保护钢顶板11和钢底板21，以保证上部桥墩底部的钢顶板在地震动摇摆中与基础碰撞时不破坏基础。一般桥梁的破坏最容易发生在墩柱底部，低屈服点钢耗能部件设置在底部，充分发挥了低屈服点钢的屈服耗能能力，达到结构预期耗能设计的位置。该预应力筋采用后张法张拉连接原本分离的桥墩和基础，为桥墩的震后自行复位提供恢复力，而且可根据实际要求调整预应力筋的各种参数，通过施加预应力使结构在震后自行恢复到原来的位置。该上部桥墩1的上嵌合式接头12和基础2的下嵌合式接头22适配啮合在一起，保证桥墩和基础的分离可以让墩柱摇摆，以能抵抗水平地震下产生的较大剪力，避免桥墩受剪破坏。

本具体实施方式如按下列步骤实施：

1、在工厂内加工好带有上嵌合式接头12的钢顶板11和带有下嵌合式接头22的钢底板21，如图2和图4；

2、上部桥墩包括壁板，该壁板如采用普通钢板，钢顶板11焊接在桥墩底部以形成整体，将钢耗能部件13焊接在钢顶板11，如图1和图2；

3、预应力筋一端应预先紧紧地锚固在钢底板21的下表面，如图3；

4、该基础2如采用混凝土制成，该基础应预留足够容纳预应力筋锚固端的孔洞，并与底锚栓孔211对齐；同时在基础里预埋伸出的地脚螺栓，地脚螺栓穿过钢底板的穿孔，然后把钢底板21紧紧地锚固在基础上，使钢底板21与基础形成一体，如图3。

5、现场吊装上部桥墩，使上部桥墩1的上嵌合式接头12和基础2的下嵌合式接头22适配啮合在一起，同时保证预应力筋能完全穿过钢顶板11预设的顶锚栓孔111，如图5所示。

(6)现场通过后张法张拉预应力筋，使原本分离的桥墩和基础相连接，形成自复位结构，如图6所示。

本具体实施方式具有以下优点和积极效果：

(1)具有设计标准化、制造工厂化、施工装配化的特点。箱形钢桥墩所有构件均可在工厂内加工制作，现场施工仅需吊装、连接螺栓和锚固预应力筋。减小了施工现场占地面积，避免了现场施工对周围环境的污染，施工效率较高，缓解了城市桥梁施工在交通中造成的拥堵。

(2)充分发挥高强钢的材料力学性能。高强钢顶板具有较大的极限弹性应变值，保证低屈服点钢耗能部件先屈服耗能；并且高强钢底板具有足够大的强度，保证桥墩底部顶板在地震动摇摆中对基础及底板的碰撞不产生破坏。

(3)高强钢顶板和底板之间设计构造成齿状嵌合式接头，保证桥墩和基础的分离可以让墩柱摇摆，同时避免桥墩受剪破坏。

(4)将低屈服点钢耗能部件设置在地震中最容易发生破坏的桥墩底部，使之在强震下屈服，耗散大部分的地震能量，提高了桥墩的耗能能力，使结构的损伤按照预期设计的要求集中在低屈服点钢耗能部件上，便于震后损伤检测评定，降低了墩柱的延性设计要求，节约了墩柱的工程造价，

(5)预应力筋的设置使桥墩结构在震后自行复位，减小甚至消除了结构的残余变形；并且通过调整预应力参数，可以控制桥墩结构的摇摆程度；最后由于控制桥墩发生摇摆，能减轻墩柱对基础的依赖，降低了对基础的设计需求，节约了基础造价。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：包括：

上部桥墩(1)，其底部固接有钢顶板(11)，该钢顶板(11)底面固设有齿状的上嵌合式接头(12)，该钢顶板(11)底面还固设有布置在上嵌合式接头(12)外的钢耗能部件(13)，该钢耗能部件(13)强度低于钢顶板(11)强度；

基础(2)，其上固接有钢底板(21)，该钢底板(21)顶面固设有齿状的下嵌合式接头(22)，另配设地脚紧固件(23)将钢底板(21)和基础(2)固定连接在一起；及

预应力筋(3)，其预固定在钢底板(21)且预应力筋(3)上部穿过钢底板(21)并伸出钢底板(21)之上；

其中：该上部桥墩(1)的上嵌合式接头(12)和基础(2)的下嵌合式接头(22)适配啮合，且预应力筋(3)上部和钢顶板(11)固定装接在一起，通过预应力筋(3)将钢顶板(11)和钢底板(21)固定装接在一起。

2.根据权利要求1所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该预应力筋(3)下端通过锚固方式固定在钢底板(21)之下，该预应力筋(3)上端通过锚固方式固定在钢顶板(11)之上，通过预应力筋(3)的拉接将钢底板(21)和钢顶板(11)固定装接在一起。

3.根据权利要求2所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该钢顶板(11)开设有顶锚栓孔(111)，该钢底板(21)开设有底锚栓孔(211)，该顶锚栓孔(111)和底锚栓孔(211)对齐，该预应力筋(3)穿过顶锚栓孔(111)和底锚栓孔(211)。

4.根据权利要求1所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该地脚紧固件(23)包括地脚螺栓，该地脚螺栓下端预固定在基础(2)，该地脚螺栓上端穿过钢底板(21)并伸出钢底板(21)之上，另配设螺帽连接地脚螺栓上端且抵靠在钢底板(21)之上，通过地脚螺栓和螺帽将钢底板(21)和基础(2)固定装接在一起。

5.根据权利要求1所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该基础(2)顶面凹设有凹槽(24)，该钢底板(21)设在凹槽(24)的槽底，该下嵌合式接头(22)位于凹槽(24)内；该钢顶板(11)适配插入凹槽(24)内，该上嵌合式接头(12)和钢耗能部件(13)都位于凹槽(24)内。

6.根据权利要求1所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该钢耗能部件(13)下端和上嵌合式接头(12)下端齐平。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：

该上嵌合式接头(12)包括一个“十”字齿部(121)及四个边角齿部(122)，该四个边角齿部(122)分别设在“十”字齿部(121)的夹角处，且每个边角齿部(122)和“十”字齿部(121)之间都形成有呈L形的插入间隙(123)，该插入间隙(123)的宽度呈下大上小结构；

该下嵌合式接头(22)包括四个“L”形齿部(221)，该四个“L”形齿部(221)分别适配插入四个插入间隙(123)。

8.根据权利要求7所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该“十”字齿部(121)的宽度呈头部大末端小的梯形结构。

9.根据权利要求8所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该边角齿部(122)之面向“十”字齿部(121)的侧壁呈倾斜面，通过倾斜面使边角齿部(122)呈头部大末端小结构；该“L”形齿部(221)的宽度呈头部大末端小的梯形结构。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的具有自复位的装配式钢桥墩，其特征在于：该钢耗能部件(13)包括多块竖立钢板，该多块竖立钢板布置在上嵌合式接头(12)外，且多块竖立钢板上端面固定连接在钢顶板(11)底面。