CN108589514A - 承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，属于桥梁工程领域，包括承台、桥墩底部节段、桥墩上部节段、盖梁；桥墩底部节段包括水平抗震构件和竖向承载构件；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置纤维砂浆垫层；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置钢棒剪力键连接；所述桥墩底部节段与承台一同浇筑，所述桥墩底部节段和桥墩上部节段通过套筒连接形成整体，桥墩上部节段与盖梁通过波纹管连接形成整体。本发明提升了桥墩的震后修复速度，减少了对周围环境的扰动，对于推动预制拼装技术在高烈度地区的应用具有重要指导意义。

Description

承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系。

背景技术

传统的桥梁建设一般采用现浇混凝土的施工工艺，这种施工工艺不仅具有施工周期长，环境扰动大，行业能耗高等缺点，而且不适合近海地区、严寒地区、以及环境保护严苛地区的桥梁建设。为缓解上述问题，预制拼装桥梁技术开始在桥梁建设中得到应用和发展。

预制拼装桥梁技术的实质就是将现场立模、绑扎钢筋及浇筑混凝土等施工流程在预制厂完成，并把预制构件分成若干节段，使用运输和架设设备进行现场拼装施工，改变了传统基础-墩-上部结构的顺序施工过程，不仅提高了施工质量和精度，而且极大加快了施工进度，降低了对周围环境的影响。

目前，国内外预制拼装技术的研究和应用主要集中于上部结构，对下部结构预制拼装技术的实际应用较少，且大都位于非抗震区或中低烈度区。这是由于预制拼装桥墩采用拼接构造，节段之间存在接缝，其抗震性能与整体现浇桥墩存在明显差异。常规的预制拼装桥梁主要采用“等同现浇”体系的抗震设计理念，通过结构连接方式和抗震构造措施耗散地震能量，在地震作用下，其受力性能与现浇结构体系基本一致。通过历次大地震的震后调查研究表明，桥墩塑性铰区的破坏非常严重，且会发生较大的残余位移，致使桥梁下部结构在震后需要大量时间来进行维修或重建以提供交通运输功能。因此，研发一种新的可快速修复预制拼装桥墩体系不仅可以推动预制拼装桥梁技术在高烈度区的发展，而且有助于提高我国桥梁结构的抗震性能和震后恢复力，具有明显的社会效益。

发明内容

本发明目的在于提出了一种承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，以快速提高我国桥梁结构的抗震性能和震后恢复力。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，该体系包括：承台、桥墩底部节段、桥墩上部节段和盖梁，所述桥墩底部节段设置在所述承台上，所述的桥墩上部节段设置于桥墩底部节段上，所述的盖梁设置于桥墩上部节段上；所述的桥墩底部节段包括水平抗震构件和竖向承重构件；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置纤维砂浆垫层；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置钢棒剪力键连接；所述桥墩底部节段与承台一同浇筑，所述桥墩底部节段和桥墩上部节段通过套筒连接形成整体，桥墩上部节段与盖梁通过波纹管连接形成整体。

所述水平抗震构件包括设置于桥墩底部节段并在桥墩底部节段与承台交界面处采用杯口形方式向下延伸至承台的高性能纤维增强混凝土ECC、设置于桥墩底部节段的自复位耗能组件，自复位耗能组件为SMA钢棒或软钢等。

所述竖向承重构件包括设置于桥墩底部节段并向下插入承台底部的钢管和钢管内的填充混凝土。

所述桥墩底部节段和桥墩上部节段为圆形或者矩形等形状。

所述钢棒剪力键插入设置于桥墩上部节段、盖梁内的钢槽内。

所述桥墩上部节段之间的纵筋用套筒连接。

所述桥墩上部节段的纵筋插入盖梁内，通过波纹管连接。

所述自复位耗能组件通过连接器与桥墩底部节段纵筋连接，通过套筒与桥墩上部节段纵筋连接。

采用上述技术方案的本发明，桥墩底部节段采用水平抗震构件和竖向承重构件组成，实现了桥墩水平抗震和竖向承重的分离，是一种震后桥梁功能快速修复的减震耗能技术；同时桥墩上部节段及盖梁之间采用预制拼装技术，极大的加快了桥梁建设速度，提高了施工质量和精度，并减少了对周围环境的干扰。

工程水泥基复合材料(ECC)是一种高性能纤维增强混凝土，具有很高的拉伸塑性和变形能力，相比传统的混凝土其具有更好的力学性能和耐久性，可给桥墩提供较大的延性和变形能力，且渗透性较低，可防止内部构件锈蚀。

采用自复位耗能组件替代普通钢筋，可以增加桥墩的自恢复能力，同时提供较大的耗能能力，大大减少震后桥墩的损伤和残余变形。

水平抗震构件作为牺牲消能减震装置，可以保证竖向承重结构在震后仍保持承载能力，而竖向承重构件是一种钢管和混凝土形成的组合体系，可提供可靠的竖向承载力，通过快速修复或更换水平抗震构件，可使桥墩重新具备较强的抗震能力，从而加快震后桥墩修复速度，提高震后桥梁的使用功能。

综上，本发明具有以下优点：

1.本发明基于损伤可控和震后功能可恢复理念，开发了一种承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，不仅减少了结构的震后损伤，提升了桥墩的震后修复速度，而且采用预制拼装连接，极大的加快了桥梁建设速度，保证了施工质量和精度，减少了对周围环境的扰动，该桥墩体系对于推动预制拼装技术在高烈度地区的应用具有重要指导意义。

2本发明连接构造简单，方便制作和施工。

3.水平抗震构件作为牺牲消能减震装置，其高性能纤维增强混凝土ECC可以提供较大的延性和变形能力，并可防止内部构件锈蚀，自复位耗能组件可以增加桥墩的自恢复能力，同时提供较大的耗能能力；采用高性能纤维增强混凝土ECC和自复位耗能组件组成的水平抗震构件可大大减少震后桥墩的损伤和残余变形，保证震后竖向承重构件不受破坏。

4.竖向承重构件由钢管和混凝土形成组合结构，在地震作用下相对传统混凝土结构具有较强的承载力和延性，当水平抗震构件发生破坏以后，仍能提供可靠的竖向承载力，通过快速修复或更换水平抗震构件，可快速恢复桥墩的抗震能力，极大提升了震后桥梁结构的使用功能，保证震后抗震救灾工作顺利进行。

附图说明

图1是承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系的侧视图。

图2是承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系的A-A剖视图(圆形截面)。

图3是承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系的B-B剖视图(圆形截面)。

图4是承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系的A-A剖视图(矩形截面)。

图5是承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系的B-B剖视图(矩形截面)。

图6是自复位耗能组件(SMA钢棒、软钢等)和桥墩底部节段纵筋连接详图。

图7是自复位耗能组件(SMA钢棒、软钢等)和桥墩上部节段纵筋连接详图。

图8是桥墩上部节段纵筋之间连接详图。

图9是桥墩上部节段纵筋与盖梁连接详图。

附图标记说明：

1-承台；2-桥墩底部节段；3-桥墩上部节段；4-盖梁；5-高性能纤维增强混凝土ECC；6-桥墩底部节段纵筋；7-桥墩上部节段纵筋；8-连接器；9-自复位耗能组件；10-套筒；11-钢管；12-填充混凝土；13-波纹管；14-箍筋；15-钢棒剪力键；16-钢槽；17-纤维砂浆垫层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

如附图1-8所示，本发明提供一种承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，主要包括：承台1、桥墩底部节段2、桥墩上部节段3、盖梁4，所述桥墩底部节段2设置在所述承台1上，所述的桥墩上部节段3设置于桥墩底部节段2上，所述的盖梁4设置于桥墩上部节段3上；所述的桥墩底部节段2包括水平抗震构件和竖向承载构件；所述桥墩上部节段3与桥墩底部节段2之间、桥墩上部节段3之间、桥墩上部节段3与盖梁4之间设置纤维砂浆垫层17；所述桥墩上部节段3与桥墩底部节段2之间、桥墩上部节段3之间、桥墩上部节段3与盖梁4之间设置钢棒剪力键15连接；所述桥墩底部节段2与承台1一同浇筑，所述桥墩底部节段2和桥墩上部节段3通过套筒10连接形成整体，桥墩上部节段3与盖梁4通过波纹管13连接形成整体。

所述水平抗震构件包括设置于桥墩底部节段2并在桥墩底部节段2与承台1交界面处采用杯口形方式向下延伸至承台1的高性能纤维增强混凝土ECC5、设置于桥墩底部节段2的自复位耗能组件9，自复位耗能组件9为SMA钢棒或软钢等。

所述竖向承重构件包括设置于桥墩底部节段2并向下插入承台1底部的钢管11和钢管内的填充混凝土12。

所述桥墩底部节段2和桥墩上部节段3为圆形或者矩形等形状。

所述钢棒剪力键16插入设置于桥墩上部节段3、盖梁4内的钢槽16内。

所述桥墩上部节段3之间的纵筋7用套筒10连接。

所述桥墩上部节段纵筋7插入盖梁4内，通过波纹管13连接。

所述自复位耗能组件9通过连接器8与桥墩底部节段纵筋6连接，通过套筒10与桥墩上部节段纵筋7连接。

地震发生时，水平抗震构件作为牺牲消能减震装置，其高性能纤维增强混凝土ECC5，具有很高的拉伸塑性和变形能力，可给桥墩提供较大的延性和变形能力，且渗透性较低，可防止内部构件锈蚀，自复位耗能组件9可以增加桥墩的自恢复能力，同时提供较大的耗能能力；水平抗震构件可大大减少震后桥墩的损伤和残余变形，保证竖向承重构件在震后仍保持承载能力。竖向承重构件由钢管11和其内填充混凝土12形成组合结构，可保证震后可靠的竖向承载力，通过快速修复或更换水平抗震构件，可实现桥梁结构的震后功能可恢复，提高震后桥梁的使用功能。

本发明具有以下技术特点：本发明基于损伤可控和震后功能可恢复理念，开发了一种承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，不仅减少了结构的震后损伤，提升了桥墩的震后修复速度，而且采用预制拼装连接，极大的加快了桥梁建设速度，保证了施工质量和精度，减少了对周围环境的扰动，该桥墩体系对于推动预制装配技术在高烈度地区的应用具有重要指导意义。拼装连接构造简单，方便制作和施工。水平抗震构件作为牺牲消能减震装置，其高性能纤维增强混凝土ECC可以提供较大的延性和变形能力，并可防止内部构件锈蚀，自复位耗能组件可以增加桥墩的自恢复能力，同时提供较大的耗能能力；该水平抗震构件可大大减少震后桥墩的损伤和残余变形，保证震后竖向承重构件不受破坏。竖向承重构件由钢管和混凝土形成组合结构，在地震作用下相对传统混凝土结构具有较强的承载力和延性，当水平抗震构件发生破坏以后，仍能提供可靠的竖向承载力，通过快速修复或更换水平抗震构件，可快速恢复桥墩的抗震能力，极大提升了震后桥梁结构的使用功能，保证震后抗震救灾工作顺利进行。

本体系先完成承台和桥墩底部节段施工，其中桥墩底部节段纵筋和自复位耗能组件采用连接器连接；接着将预制桥墩上部节段通过灌浆套筒与桥墩底部节段连接，之后采用灌浆套筒进行桥墩上部节段之间拼装；桥墩上部节段拼装完成后，吊装盖梁，并将桥墩上部节段主筋插入盖梁内预留波纹管中，灌浆形成整体。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。本发明的布置形式及使用数量也不局限于本例，可以根据工程实际进行优化选择，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术原理对以上实施例进行的任何修改、等同变化与装饰，均仍在本发明的技术方案的范围内。

Claims (8)

1.承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：该体系包括承台、桥墩底部节段、桥墩上部节段和盖梁，所述桥墩底部节段设置在所述承台上，所述的桥墩上部节段设置于桥墩底部节段上，所述的盖梁设置于桥墩上部节段上；所述的桥墩底部节段包括水平抗震构件和竖向承重构件；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置纤维砂浆垫层；所述桥墩上部节段与桥墩底部节段之间、桥墩上部节段之间、桥墩上部节段与盖梁之间设置钢棒剪力键连接；所述桥墩底部节段与承台一同浇筑，所述桥墩底部节段和桥墩上部节段通过套筒连接形成整体，桥墩上部节段与盖梁通过波纹管连接形成整体；

所述水平抗震构件包括设置于桥墩底部节段并在桥墩底部节段与承台交界面处采用杯口形方式向下延伸至承台的高性能纤维增强混凝土ECC、设置于桥墩底部节段的自复位耗能组件。

2.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：所述竖向承重构件包括设置于桥墩底部节段并向下插入承台底部的钢管和钢管内的填充混凝土。

3.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：桥墩底部节段和桥墩上部节段为圆形或者矩形等形状。

4.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：所述钢棒剪力键插入设置于桥墩上部节段、盖梁内的钢槽内。

5.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：所述桥墩上部节段之间的纵筋用套筒连接。

6.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：所述桥墩上部节段的纵筋插入盖梁内，通过波纹管连接。

7.根据权利要求1所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：所述自复位耗能组件通过连接器与桥墩底部节段纵筋连接，通过套筒与桥墩上部节段纵筋连接。

8.根据权利要求7所述的承重与抗震机制分离式预制拼装桥墩体系，其特征在于：自复位耗能组件为SMA钢棒或软钢。