CN108797322B - 一种抗震型梁桥桥墩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗震型梁桥桥墩，包括由下向上顺次连接的抗震耗能段、强化过渡段和一般墩身段，所述抗震耗能段包括由超高性能混凝土制成的芯柱和设置在所述芯柱外侧的包覆层，所述包覆层、强化过渡段和一般墩身段均由普通混凝土浇筑而成。该抗震型梁桥桥墩具有良好的抗震效果，且利于震后修复，不影响正常交通。

Description

一种抗震型梁桥桥墩
技术领域
本发明属于梁桥技术领域，具体是涉及一种抗震型梁桥桥墩。
背景技术
地震作用下，桥梁的设计原则一般为“小震不坏、中震可修、大震不倒”，梁桥是最为普遍的一种桥型，梁式桥的抗震性能主要取决于墩柱的抗震性能。桥梁抗震设计要求在强震作用下，墩柱可以发生损伤，产生塑性变形，耗散地震能量。墩柱塑性铰产生的区域一般是固定的，一般产生于梁桥墩柱的底部。墩柱进入塑性后，必然伴随着墩身混凝土开裂，钢筋屈服，进入塑性的墩柱在震后难以修复。
超高性能混凝土(简称为UHPC)是一种高性能水泥基材料，其抗压强度可达150MPa以上甚至更高，由于内部掺有纤维材料(一般为钢纤维)，其抗折强度10MPa以上，极限应变大大超过普通混凝土。采用高强材料是桥梁工程的发展趋势，UHPC材料已经开始应用于主梁结构，钢桥面铺装、主梁接缝，拒不完全统计，全世界采用UHPC作为主要或部分建筑材料的桥梁已达200余座。但是目前UHPC材料造价还较高，全桥采用UHPC材料建造经济性能指标还较差，一般UHPC材料仅用在关键受力部位，可以达到兼顾提高力学性能同时经济性指标也较好。
公开号为CN105735110A所公开的名称为可更换复合板内置钢棒阻尼器的桥墩耗能与防压碎结构的专利、公开号为CN105696457A所公开的名称为可更换复合板内置耗能钢板的桥墩耗能与防压碎结构、公开号为CN105586828A所公开的名称为内置耗能钢板和粘弹性材料层的桥墩耗能与防压碎结构、公开号为CN105603870A所公开的名称为内置耗能钢筋和粘弹性材料层的桥墩耗能与防压碎结构，以及公开号为CN105735109A所公开的名称为内置钢棒阻尼器和粘弹性材料的桥墩耗能与防压碎结构，分别公开了外层为UHPC板，分别内置钢棒阻尼器、耗能钢板、耗能钢板和粘弹性材料层、耗能钢筋和粘弹性材料层、钢棒阻尼器和粘弹性材料等作为耗能材料的桥墩耗能与防压碎结构，提高了桥墩底部的强度，可以起到防止桥墩混凝土被压碎的作用。但是，其存在的不足之处如下：1、以上专利仅针对节点拼装桥墩，而不适用于占桥梁绝大多数的现浇桥墩。2、外层的UHPC限制了内部耗能材料的变形，且耗能材料(耗能钢板、粘弹性材料等)为薄板结构，在墩底巨大地震力作用下，耗能材料对地震力的耗散效果有限。3、墩底外层使用UHPC材料，大大增强了底部桥墩的抗弯性能，导致桥墩的薄弱部位发生转移。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种抗震型梁桥桥墩。该抗震型梁桥桥墩具有良好的抗震效果，且利于震后修复，不影响正常交通。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：包括由下向上顺次连接的抗震耗能段、强化过渡段和一般墩身段，所述抗震耗能段包括由超高性能混凝土制成的芯柱和设置在所述芯柱外侧的包覆层，所述包覆层、强化过渡段和一般墩身段均由普通混凝土浇筑而成。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：用于浇筑所述强化过渡段的普通混凝土的强度大于用于浇筑所述抗震耗能段包覆层的普通混凝土的强度。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱的上端伸入所述强化过渡段。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述包覆层内设置有多个第一竖向钢筋和用于将多个第一竖向钢筋相连接的第一箍筋，所述强化过渡段内设置有多个第二竖向钢筋和用于将多个所述第二竖向钢筋相连接的第二箍筋，所述一般墩身段内设置有多个第三竖向钢筋和用于将多个第三竖向钢筋相连接的第三箍筋；所述第二竖向钢筋的下端伸入到所述抗震耗能段的包覆层并与其相对应的第一竖向钢筋的上端相连接。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述第一竖向钢筋和与其相对应的第二竖向钢筋构成可拆卸连接。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述第一竖向钢筋和与其相对应的第二竖向钢筋通过套筒连接，所述套筒的一端与第一竖向钢筋构成螺纹连接，所述套筒的另一端与第二竖向钢筋构成螺纹连接。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述抗震耗能段的芯柱内设置有多个内竖向钢筋和用于将多个内竖向钢筋相连接的内箍筋。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述内竖向钢筋的上端向上伸入强化过渡段，所述内竖向钢筋的下端向下伸入桥墩承台。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱的外侧面设置有多个向外的条状凸起，所述条状凸起沿所述芯柱的长度方向延伸，相邻两个所述条状凸起之间形成凹槽。
上述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱的横截面积为Au,所述芯柱的超高性能混凝土的抗压强度为fuc，所述一般墩身段的横截面积为A，所述一般墩身段的混凝土抗压强度为fc，所述芯柱的横截面积通过以下公式确定：Au≧Afc/fuc。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明在桥墩底部设置抗震耗能段，抗震耗能段采用由超高性能混凝土制成的芯柱和由普通混凝土制成的包覆层组成，桥墩强震作用下，抗震耗能段处于塑性铰区域，所受弯矩大于桥墩其余部分，且包覆层受力大于内部芯柱受力，包覆层的混凝土进入塑性来耗散地震能量，而桥墩内部的芯柱由于极限应变大、强度高不会被损坏，能保证在地震作用下包覆层的普通混凝进入塑性变形后，而内部芯柱仍然完好。震后修复时可直接将包覆层的混凝土凿除，修复期间芯柱有足够强度抵抗恒活载。该桥墩具有良好的抗震效果，且利于震后修复，不影响正常交通。
2、本发明通过设置强化过渡段，其主要目的为：通过强化过渡段与抗震耗能段相连，且混凝土强度高于耗能段的混凝土，截面抗弯能力大于耗能段抗弯能力，可确保地震作用下，耗能段混凝土先进入塑性，达到吸收地震能的效果。
3、本发明通过使所述强化过渡段的普通混凝土的强度大于所述抗震耗能段包覆层的普通混凝土的强度，能够提高强化过渡段的抗压能力，保证后期耗能段包覆层在凿除时，强化段混凝土具有足够的抗压强度，不发生局部压坏。
4、本发明通过使芯柱的上端伸入强化过渡段，这样能够有效的增强抗震耗能段与强化过渡段的整体性。
5、本发明通过第一竖向钢筋与第二竖向钢筋的可拆卸连接，能够方便在震后修复时，可直接将抗震耗能段包覆层的混凝土铲除，将第二竖向钢筋和第一竖向钢筋拆卸，并将第一竖向钢筋移除，而无需现场截断钢筋，极大的方便了施工。
6、本发明通过在芯柱内设置内竖向钢筋和内箍筋，能够进一步提升所述芯柱的竖向抗压能力。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例1中芯柱的横截面示意图。
图3为本发明实施例2的结构示意图。
图4为图3中的A-A断面放大图。
图5为图3中的B-B剖面放大图。
图6为图3中的C-C剖面放大图。
图7为图3中的D-D剖面放大图。
图8为本发明实施例2中套筒的使用状态示意图。
图9为本发明实施例2中芯柱的横截面示意图。
附图标记说明:
1—抗震耗能段； 11—芯柱； 111—条状凸起；
112—凹槽； 12—包覆层； 13—第一竖向钢筋；
14—第一箍筋； 15—内竖向钢筋； 16—内箍筋；
2—强化过渡段； 21—第二竖向钢筋； 22—第二箍筋；
3—一般墩身段； 31—第三竖向钢筋； 32—第三箍筋；
4—桥墩承台； 5—套筒。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示的一种抗震型梁桥桥墩，包括由下向上顺次连接的抗震耗能段1、强化过渡段2和一般墩身段3，所述抗震耗能段1的下端与承台5连接，所述抗震耗能段1包括由超高性能混凝土制成的芯柱11和设置在所述芯柱11外侧的包覆层12，所述包覆层12、强化过渡段2和一般墩身段3均由普通混凝土浇筑而成。
本实施例中，在桥墩底部设置抗震耗能段1，抗震耗能段1采用由超高性能混凝土制成的芯柱11和由普通混凝土制成的包覆层12组成，桥墩强震作用下，抗震耗能段1处于塑性铰区域，所受弯矩大于桥墩其余部分，且包覆层12受力大于内部芯柱11受力，包覆层12的混凝土进入塑性来耗散地震能量，而桥墩内部的芯柱11由于极限应变大、强度高不会被损坏，能保证在地震作用下包覆层12的普通混凝进入塑性变形后，而内部芯柱11仍然完好。震后修复时可直接将包覆层12的混凝土凿除，修复期间芯柱11有足够强度抵抗恒活载。该桥墩具有良好的抗震效果，且利于震后修复，不影响正常交通。
本实施例中，所述芯柱11的横截面积为Au,所述芯柱11的超高性能混凝土的抗压强度为fuc，所述一般墩身段3的横截面积为A，所述一般墩身段3的混凝土抗压强度为fc，所述芯柱11的横截面积通过以下公式确定：Au≧Afc/fuc。
通过对芯柱11的横截面积的设定，能使芯柱11抗压能力不小于一般桥墩墩身段全截面抗压能力，保证抗震耗能段1的包覆层12进入塑性后，不影响桥墩抗压能力，震后修复时可把包覆层12进入塑性的混凝土凿除，并重新浇筑，而不影响桥墩的正常使用。
本实施例中，用于浇筑所述强化过渡段2的普通混凝土的强度大于用于浇筑所述抗震耗能段1包覆层12的普通混凝土的强度。
本实施例中，通过设置强化过渡段2，其主要目的为：通过强化过渡段2与抗震耗能段1相连，且强化过渡段2的混凝土强度高于抗震耗能段1包覆层12的混凝土，强化过渡段2截面抗弯能力大于抗震耗能段1的抗弯能力，可确保地震作用下，抗震耗能段1包覆层12的混凝土先进入塑性，达到吸收地震能的效果。
本实施例中，通过使所述强化过渡段2的普通混凝土的强度大于所述抗震耗能段1包覆层12的普通混凝土的强度，能够提高强化过渡段2的抗压能力。
如图1所示，所述芯柱11的上端伸入所述强化过渡段2。这样能够有效的增强抗震耗能段1与强化过渡段2的整体性。
如图2所示，所述芯柱11的外侧面设置有多个向外的条状凸起111，所述条状凸起111沿所述芯柱11的长度方向延伸，相邻两个所述条状凸起111之间形成凹槽112。
本实施例中，通过在芯柱11上条状凸起111和凹槽112，能够增强芯柱11与包覆层12的接触面积，进而增强芯柱11与包覆层12的连接强度。本实施例中，所述条状凸起111的横截面为圆弧形。
本实施例中，所述抗震耗能段1的高度与整个桥墩的高度的比值为1：5～1：10。
实施例2
如图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：该抗震型梁桥桥墩中，所述包覆层12内设置有多个第一竖向钢筋13和用于将多个第一竖向钢筋13相连接的第一箍筋14，所述强化过渡段2内设置有多个第二竖向钢筋21和用于将多个所述第二竖向钢筋21相连接的第二箍筋22，所述一般墩身段3内设置有多个第三竖向钢筋31和用于将多个第三竖向钢筋31相连接的第三箍筋32；所述第二竖向钢筋21的下端伸入到所述抗震耗能段1的包覆层12并与其相对应的第一竖向钢筋13的上端相连接。
本实施例中，通过在抗震耗能段1的包覆层12内布设第一竖向钢筋13和第一箍筋14，在强化过渡段2内设置第二竖向钢筋21和第二箍筋22，在一般墩身段3内布设第三竖向钢筋31和第三箍筋32，并使得第一竖向钢筋13、第二竖向钢筋21和第三竖向钢筋31依次相连接，通过设置上述竖向钢筋和箍筋的方式，能够确保抗震耗能段1进入塑性变形后还具有足够延性，来耗散地震能。
本实施例中，所述第一竖向钢筋13和与其相对应的第二竖向钢筋21构成可拆卸连接。通过第一竖向钢筋13与第二竖向钢筋21的可拆卸连接，能够方便在震后修复时，可直接将抗震耗能段1包覆层12的混凝土铲除，将第二竖向钢筋21和第一竖向钢筋13拆卸，并将第一竖向钢筋13移除，而无需现场截断钢筋，极大的方便了施工。
如图3和图8所示，所述第一竖向钢筋13和与其相对应的第二竖向钢筋21通过套筒5连接，所述套筒5的一端与第一竖向钢筋13构成螺纹连接，所述套筒5的另一端与第二竖向钢筋21构成螺纹连接。
本实施例中，通过套筒5来实现第一竖向钢筋13与第二竖向钢筋21的有效连接，同时能够方便将第一竖向钢筋13从第二竖向钢筋21上拆卸下来，所述套筒5的结构简单，操作方便。
如图3所示，所述抗震耗能段1的芯柱11内设置有多个内竖向钢筋15和用于将多个内竖向钢筋15相连接的内箍筋16。通过设置内竖向钢筋15和内箍筋16，能够进一步提升所述芯柱11的竖向抗压能力。
如图3所示，所述内竖向钢筋15的上端向上伸入强化过渡段2，所述内竖向钢筋15的下端向下伸入桥墩承台4。通过使内竖向钢筋15的上端向上伸入强化过渡段2来确保芯柱11与强化过渡段2的可靠连接，通过使内竖向钢筋15的下端向下伸入桥墩承台4来确保芯柱11与桥墩承台4的可靠连接。
如图9所示，所述芯柱11的外侧面设置有多个向外的条状凸起111，所述条状凸起111沿所述芯柱11的长度方向延伸，相邻两个所述条状凸起111之间形成凹槽112。
本实施例中，通过在芯柱11设置上条状凸起111和凹槽112，能够增强芯柱11与包覆层12的接触面积，进而增强芯柱11与包覆层12的连接强度。本实施例中，所述条状凸起111的横截面为梯形。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：包括由下向上顺次连接的抗震耗能段(1)、强化过渡段(2)和一般墩身段(3)，所述抗震耗能段(1)包括由超高性能混凝土制成的芯柱(11)和设置在所述芯柱(11)外侧的包覆层(12)，所述包覆层(12)、强化过渡段(2)和一般墩身段(3)均由普通混凝土浇筑而成；用于浇筑所述强化过渡段(2)的普通混凝土的强度大于用于浇筑所述抗震耗能段(1)包覆层(12)的普通混凝土的强度。
2.根据权利要求1所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱(11)的上端伸入所述强化过渡段(2)。
3.根据权利要求1所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述包覆层(12)内设置有多个第一竖向钢筋(13)和用于将多个第一竖向钢筋(13)相连接的第一箍筋(14)，所述强化过渡段(2)内设置有多个第二竖向钢筋(21)和用于将多个所述第二竖向钢筋(21)相连接的第二箍筋(22)，所述一般墩身段(3)内设置有多个第三竖向钢筋(31)和用于将多个第三竖向钢筋(31)相连接的第三箍筋(32)；所述第二竖向钢筋(21)的下端伸入到所述抗震耗能段(1)的包覆层(12)并与其相对应的第一竖向钢筋(13)的上端相连接。
4.根据权利要求3所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述第一竖向钢筋(13)和与其相对应的第二竖向钢筋(21)构成可拆卸连接。
5.根据权利要求4所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述第一竖向钢筋(13)和与其相对应的第二竖向钢筋(21)通过套筒(5)连接，所述套筒(5)的一端与第一竖向钢筋(13)构成螺纹连接，所述套筒(5)的另一端与第二竖向钢筋(21)构成螺纹连接。
6.根据权利要求1所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述抗震耗能段(1)的芯柱(11)内设置有多个内竖向钢筋(15)和用于将多个内竖向钢筋(15)相连接的内箍筋(16)。
7.根据权利要求6所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述内竖向钢筋(15)的上端向上伸入强化过渡段(2)，所述内竖向钢筋(15)的下端向下伸入桥墩承台(4)。
8.根据权利要求1所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱(11)的外侧面设置有多个向外的条状凸起(111)，所述条状凸起(111)沿所述芯柱(11)的长度方向延伸，相邻两个所述条状凸起(111)之间形成凹槽(112)。
9.根据权利要求1所述的一种抗震型梁桥桥墩，其特征在于：所述芯柱(11)的横截面积为Au,所述芯柱(11)的超高性能混凝土的抗压强度为fuc，所述一般墩身段(3)的横截面积为A，所述一般墩身段(3)的混凝土抗压强度为fc，所述芯柱(11)的横截面积通过以下公式确定：Au≧Afc/fuc。
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