CN108660914B - 一种采用tmd减震措施的双柱式摇摆桥墩构造 - Google Patents

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Abstract

一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，涉及桥梁工程减隔震技术领域。采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式包括桥墩‑承台的摇摆构造，桥墩‑上部结构的摇摆构造以及上部结构箱室内的TMD减震措施。上部结构与桥墩以及桥墩与承台均无任何连接措施。桥墩顶部节段和底部节段为扩大矩形截面，且脚点处设置长方体橡胶块以避免摇摆界面由于局压和碰撞出现损伤破坏。桥墩和承台的顶部均设置抗剪空心钢管以限制桥墩的滑动。TMD减震措施由滚轴支座和配重组成，来实现吸收地震能量的功能。本发明使桥墩发生摇摆以释放墩顶和墩底的弯矩，将塑性变形集中在橡胶块，以TMD措施吸收地震能量，使桥梁结构具有良好抗震性能和震后恢复能力。

Description

一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造
技术领域
本发明涉及桥梁工程减隔震技术领域，尤其是涉及一种损伤小、易修复的采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩。
背景技术
我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，国土的大部分地区为地震区，特别是我国的西部地区多为强震区，地震活动频繁。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，且震后修复极其困难。直接发生在桥梁上的伤亡人数并不多，但是由于交通生命线损毁、中断而造成的经济损失和人员伤亡不可估量，造成救援人员不能及时到位，很多人因为没有得到及时救援而加剧地震灾害。同时，遭受破坏的大型桥梁修复起来比较困难，严重影响灾区生产生活和灾后的重建工作。当前的桥梁抗震设计主要是基于钢筋混凝土桥墩滞回性能的延性抗震设计，但桥墩塑性铰区损伤和破坏的修复比较困难。而对于高烈度地区的中矮桥墩，单靠增大截面非常不经济，而且延性难以保证。针对上述问题，本文将摇摆构造和TMD减震措施应用于双柱式桥墩，提出一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式。该采用该构造方式的摇摆桥梁能够有效释放墩底弯矩并耗散地震能量，避免桥墩塑性铰区的塑性变形，有效控制桥墩在地震中的反应，达到桥梁抗震设计的目的，且具有极佳的震后恢复能力。
发明内容
为了解决背景技术中所阐述的桥梁抗震设计中钢筋混凝土延性桥墩存在的问题，本发明提出一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式，使桥墩发生摇摆而起到隔震效果并释放墩底弯矩，通过TMD减震措施来耗散地震能量，并由上部结构重力提供桥梁的自复位能力，从而有效提高桥梁结构抗震性能和震后恢复能力。
为实现上述目的，本发明提供了一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，主要包括上部结构(1)、钢筋混凝土桥墩(2)、承台(3)、桩基础(4)、滚轴支座(6)和配重(7)；其特征在于：钢筋混凝土桥墩(2)放置于承台(3)上，上部结构(1)放置于钢筋混凝土桥墩(2)上，均无任何连接措施；在上部结构(1)的箱室(5)内设置TMD减震措施；承台(3)的下面为桩基础(4)。
所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，钢筋混凝土桥墩(2)的桥墩顶部节段(8)和桥墩底部节段(9)相对中间部位均为扩大的钢筋混凝土截面，且脚点处设置长方体橡胶块(10)以避免桥墩顶面和底面由局压和碰撞而出现损伤破坏。
所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，桥墩顶部节段(8)顶部中间设置抗剪空心钢管(13)并插入上部结构(1)，桥墩底部节段(9)下面对应的承台(3)的顶部设置抗剪空心钢管(13)并插入桥墩底部节段(9)，以避免钢筋混凝土桥墩(2)与上部结构(1)和承台(3)之间发生较大滑动。
所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，上部结构(1)的底部设置第一圆形开孔钢垫板(11)，第一圆形开孔钢垫板(11)的开孔直径大于抗剪空心钢管(13)的外直径，抗剪空心钢管(13)穿过此开孔，此开孔上面安装配有圆柱形钢罩帽(14)，此开孔的直径等于所配置的圆柱形钢罩帽的外径；此圆柱形钢罩帽将此抗剪空心钢管(13)的上端罩住；
承台(3)的顶部设置第二圆形开孔钢垫板(12)，第二圆形开孔钢垫板(12)的开孔直径等于抗剪空心钢管(13)的外直径，抗剪空心钢管(13)伸出此开孔并卡到此开孔中，此开孔上面配有圆柱形钢罩帽(14)，此开孔的直径小于所配置的圆柱形钢罩帽(14)的内直径；此圆柱形钢罩帽(14)将第二圆形开孔钢垫板(12)开孔内的抗剪空心钢管(13)上端罩住；上述第一圆形开孔钢垫板(11)配套和第二圆形开孔钢垫板(12)配套为抗剪空心钢管外径的以避免摇摆界面中的承台(3)的顶部和上部结构(1)的底部发生塑性破坏；本发明上部结构(1)和桥墩底部节段(9)的底面均通过圆柱形钢罩(14)预留用于插入抗剪空心钢管(13)的孔洞，孔洞的尺寸大于抗剪空心钢管(13)的尺寸，以使桥墩可自由摇摆。
所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，TMD减震装置由两个滚轴支座(6)和一个配重(7)组成，上部结构(1)的两个箱室(5)内均配有TMD减震装置；设置的滚轴支座(6)由上凹板(15)、下凹板(16)和圆柱形滚轴(17)组成，上凹板(15)的上面为平面，下面为凹面；下凹板(16)的下面为平面，上面为凹面，上凹板(15)和下凹板(16)上下相对，中间形成空腔，圆柱形配重(7)位于空腔内，且能够支撑上凹板(15)；两个滚轴支座(6)的上凹板(15)与配重(7)连接，圆柱形配重(7)轴向平行。
本发明的采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，采用两个平行并排的钢筋混凝土桥墩(2)。
本发明的有益效果是：
本发明的采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式，在地震作用下减隔震效果显著，且震后恢复能力极佳，主要体现在以下几点：
1.由于桥墩-承台和桥墩-上部结构均是分离体系，地震中桥墩端部弯矩可得到有效释放以减小桥墩损伤；桥墩发生摇摆可降低桥墩抗侧刚度，延长桥梁结构周期从而起到隔震作用。
2.在上部结构的箱室内设置TMD减震措施，该TMD装置与桥梁结构受控频率接近，来实现吸收地震能量的功能。
3.桥墩的顶部节段和底部节段为扩大的钢筋混凝土截面，可保证桥梁结构在正常使用条件下的刚度，减小桥梁结构的地震反应。
4.桥墩的顶部节段和底部节段的脚点处设置长方体橡胶块，承台顶面和上部结构底面设置钢垫板，以避免摇摆界面由局压和碰撞而出现损伤破坏。
5.本发明对现有常规桥墩的设计改动较小，容易实现，适用范围广，可减少桥墩的设计截面和配筋用量；震后无显著破坏，确保交通生命线不中断，减少震后的修复成本和灾区重建时间。因此，本发明具有良好社会经济效益，值得推广应用。
附图说明
图1为采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式的横桥向截面示意图；图2为滚轴支座的横桥向截面示意图。
附图标记说明：
1——上部结构；2——钢筋混凝土桥墩；3——承台；4——桩基础；5——箱室；6——滚轴支座；7——配重；8——桥墩顶部节段；9——桥墩底部节段；10——长方体橡胶块；11——第一圆形开孔钢垫板；12——第二圆形开孔钢垫板；13——抗剪空心钢管；14——圆柱形钢罩帽；15——上凹板；16——下凹板；17——圆柱形滚轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
本发明是在常规钢筋混凝土双柱式桥墩的基础上，将桥墩分别与承台和上部结构分离而形成摇摆界面，以实现桥墩的摇摆隔震行为来释放桥墩顶部和底部的弯矩并获得自复位功能。在上部结构的箱室内设置滚轴支座和配重来组成TMD减震措施，从而实现桥梁结构的减隔震目的。该结构主要用于抗震性能要求较高的桥梁工程和渡河工程减隔震技术中。
如图1和图2所示，本发明是一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式，包括桥墩-承台的摇摆构造，桥墩-上部结构的摇摆构造和箱室内的TMD减震措施。图1为采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造方式的横桥向截面示意图，主要由上部结构1、钢筋混凝土桥墩2、承台3、桩基础4、滚轴支座6和配重7组成。钢筋混凝土桥墩2放置于承台3上，上部结构1放置于钢筋混凝土桥墩2上，均无任何连接措施；在上部结构1的箱室5内设置TMD减震措施。桥墩顶部节段8和桥墩底部节段9均为扩大的钢筋混凝土截面，且脚点处设置长方体橡胶块10以避免桥墩顶面和底面由局压和碰撞而出现损伤破坏。桥墩顶部节段8和承台3的顶部均设置抗剪空心钢管13，并分别插入上部结构1和桥墩底部节段9，以避免桥墩2与上部结构1和承台3之间发生较大滑动。上部结构1的底部和承台3的顶部分别设置直径为钢罩外径的第一圆形开孔钢垫板11和直径为抗剪空心钢管外径的第二圆形开孔钢垫板12，以避免摇摆界面中的承台3的顶部和上部结构)的底部发生塑性破坏。上部结构1和桥墩底部节段9的底面均通过圆柱形钢罩帽14预留用于插入抗剪空心钢管13的孔洞，孔洞的尺寸大于抗剪空心钢管13的尺寸，以使桥墩可自由摇摆。TMD减震装置由滚轴支座6和配重7组成，并置于上部结构1的箱室5内。图2为滚轴支座的横桥向截面示意图，由上凹板15、下凹板16和圆柱形滚轴17组成，下凹板16与上部结构1连接，上凹板15与配重7连接。
在地震作用下，桥墩分别与承台和上部结构分离使桥墩发生摇摆，从而延长桥梁结构周期，降低结构承受的地震力，上部结构重力提供自复位能力，以TMD减震措施来实现耗能能力。本发明的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式，可释放桥墩顶部和底部的弯矩，避免桥墩发生塑性破坏，提高桥梁震后恢复能力。本发明在正常使用荷载和偶然地震荷载作用下均有良好的工作性能，值得在实际工程中推广应用。

Claims (4)

1.一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，主要包括上部结构(1)、钢筋混凝土桥墩(2)、承台(3)、桩基础(4)、滚轴支座(6)和配重(7)；其特征在于：钢筋混凝土桥墩(2)放置于承台(3)上，上部结构(1)放置于钢筋混凝土桥墩(2)上，均无任何连接措施；在上部结构(1)的箱室(5)内设置TMD减震措施；承台(3)的下面为桩基础(4)；
钢筋混凝土桥墩(2)的桥墩顶部节段(8)和桥墩底部节段(9)相对中间部位均为扩大的钢筋混凝土截面，且桥墩的顶部节段和底部节段的脚点处设置长方体橡胶块(10)以避免桥墩顶面和底面由局压和碰撞而出现损伤破坏；
桥墩顶部节段(8)顶部中间设置抗剪空心钢管(13)并插入上部结构(1)，桥墩底部节段(9)下面对应的承台(3)的顶部设置抗剪空心钢管(13)并插入桥墩底部节段(9)，以避免钢筋混凝土桥墩(2)与上部结构(1)和承台(3)之间发生较大滑动；
上部结构(1)的底部设置第一圆形开孔钢垫板(11)，第一圆形开孔钢垫板(11)的开孔直径大于抗剪空心钢管(13)的外直径，抗剪空心钢管(13)穿过此开孔，此开孔上面安装配有圆柱形钢罩帽(14)，此开孔的直径等于所配置的圆柱形钢罩帽的外径；此圆柱形钢罩帽将此抗剪空心钢管(13)的上端罩住；
承台(3)的顶部设置第二圆形开孔钢垫板(12)，第二圆形开孔钢垫板(12)的开孔直径等于抗剪空心钢管(13)的外直径，抗剪空心钢管(13)伸出此开孔并卡到此开孔中，此开孔上面配有圆柱形钢罩帽(14)，此开孔的直径小于所配置的圆柱形钢罩帽(14)的内直径；此圆柱形钢罩帽(14)将第二圆形开孔钢垫板(12)开孔内的抗剪空心钢管(13)上端罩住。
2.按照权利要求1所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，其特征在于，上部结构(1)和桥墩底部节段(9)的底面均通过圆柱形钢罩(14)预留用于插入抗剪空心钢管(13)的孔洞，孔洞的尺寸大于抗剪空心钢管(13)的尺寸，以使桥墩可自由摇摆。
3.按照权利要求1所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，其特征在于，TMD减震装置由两个滚轴支座(6)和一个配重(7)组成，上部结构(1)的两个箱室(5)内均配有TMD减震装置；设置的滚轴支座(6)由上凹板(15)、下凹板(16)和圆柱形滚轴(17)组成，上凹板(15)的上面为平面，下面为凹面；下凹板(16)的下面为平面，上面为凹面，上凹板(15)和下凹板(16)上下相对，中间形成空腔，圆柱形配重(7)位于空腔内，且能够支撑上凹板(15)；两个滚轴支座(6)的上凹板(15)与配重(7)连接，圆柱形配重(7)轴向平行。
4.按照权利要求1所述的一种采用TMD减震措施的双柱式摇摆桥墩构造，其特征在于，采用两个平行并排的钢筋混凝土桥墩(2)。
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