CN109024247A - 一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系及实现方法 - Google Patents

一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系及实现方法，属于桥梁结构设计技术领域。所述结构体系主要由盖梁、超高性能混凝土(UHPC)钢管、桥柱、SMA塑性铰装置和承台组成，桥柱和承台靠SMA塑性铰装置连接，所述的SMA塑性铰装置由ECC外层、螺旋钢圈、嵌入式钢管和SMA管组成，SMA管从SMA塑性铰的上下板的预留螺栓孔穿出，连接着桥柱和承台，能够提供良好的耗能性能，因此所述结构体系具有很好抗震能力。本发明公开的新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，可以使用预制装配的方法实现，装配简单，施工周期短，各个组成部分都可以拆开，在修复桥梁的过程中可以更换或维修特定部分，大幅缩减桥梁维护的费用，并且大大地减少建筑垃圾的产生，绿色环保。

Description

一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系及实现方法
技术领域
本发明属于桥梁结构设计技术领域，涉及到一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系实现方法。
背景技术
我国现今基础建设如火如荼，但城市桥梁建设大多为现浇结构，对周边的交通环境和自然环境影响很不好。因此，如何减少桥梁施工对周边环境的不利影响，把建造速度加快，把施工工期缩短，已经成为了城桥梁建设过程中优先考虑的问题。因此预制装配技术很快得到人们的重视，城市桥梁建造迫切需要这种快捷、高效、绿色的技术。
如今我国基础设施遍地开花，发展了经济的同时，也产生了大量建筑垃圾，把城市的某些地方变得乌烟瘴气，因此，如何减少建筑垃圾成为了基础建设过程中需要解决的问题。因此对可拆解修复的研究就变得十分重要，城市桥梁建造迫切需要这种绿色、环保、经济的技术。
在地震灾害中，桥柱破坏最为常见。桥柱是桥梁的关键受力构件，因此，提高桥柱的抗震性能是提高桥梁抗震防灾能力的有效措施。
发明内容
本发明提供了一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，可以有效缩短工期，大幅减少维护成本，减少建筑垃圾，并且能有效提高钢筋混凝土桥柱的抗震性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，该结构体系包括盖梁1、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、桥柱3、SMA塑性铰装置4和承台5。
所述的承台5由预埋钢管22、预留孔15和联接螺母16组成。预留孔15外部镶有钢片，用作插入嵌入式钢管24，联接螺母16用作锁紧SMA塑性铰装置4里面的SMA管14，联接螺母16和预留孔15的存在使上部的SMA塑性铰装置4和承台5紧紧地咬合在一起，SMA塑性铰装置强大的耗能能力得到很好的发挥。
所述的SMA塑性铰装置4由ECC外层12、螺旋钢圈19、嵌入式钢管24，SMA管14组成，SMA管14从SMA塑性铰4的上下板的预留螺栓孔穿出，嵌入式钢管24从SMA塑性铰4上下板的轴线位置穿出，嵌入式钢管24与SMA塑性铰4上板之间为非焊接接缝18，采用填缝处理，螺旋钢圈19紧贴并环绕着SMA管。
所述的桥柱3由CFRP外层6、预留孔11、SMA管预留孔8、螺纹长钉9、普通纵筋23、普通箍筋7、剪力钉25、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、螺旋箍筋17组成。螺纹长钉9用作插入到SMA塑性铰装置4上板的预留孔中，并用锁紧螺母13锁紧，预留孔11用作插入嵌入式钢管24，SMA预留孔8用作插入SMA管14，预留孔11，SMA预留孔8和螺旋长钉9牢牢的把桥柱3和SMA塑性铰装置4联接在一起。剪力钉25连接在超高性能混凝土(UHPC)钢管2的四周，增大了超高性能混凝土(UHPC)钢管2和桥柱2的联结强度。桥柱2上部的螺旋箍筋17起着增大桥柱3强度的作用。
所述的盖梁1底部是外部镶有钢片的预留孔26，用作插入超高性能混凝土(UHPC)钢管2。
所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系的实现方法，其特征在于，具体实现步骤如下：
按照所述预制结构的组成和特点，把承台5、SMA塑性铰装置4、桥柱3和盖梁提前预制好。现场装配时把SMA塑性铰装置4的嵌入式钢管24嵌入到承台5预留嵌入孔15中，把SMA管14插入到联接螺母16中并拧紧，SMA管14穿过SMA塑性铰装置4上下板的预留螺栓孔，穿出上板后用锁紧螺母10锁紧，并插到桥柱下部的SMA预留孔8中，嵌入式钢管24随即插入桥梁下部预留孔11当中，桥柱3下部的螺纹长钉9插入SMA塑性铰装置4上板的预留螺栓孔，并用锁紧螺母13锁紧。然后把支撑钢板20放在桥柱上部，接着让盖梁1预留孔对准超高性能混凝土(UHPC)钢管2插入，盖梁1与支撑钢板20之间填充高密度聚苯乙烯填料21。
本发明的有益效果和突出优势是与传统桥柱相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明提前预制盖梁1，桥柱3，SMA塑性铰装置4，承台5，并在现场进行装配，安装过程方便，施工的周期短，对原来道路的影响小。
(2)各个组成部分都可以拆开，在修复桥梁的过程中可以更换或维修特定部分，大幅缩减桥梁维护的费用，并且大大地减少建筑垃圾的产生，绿色环保。
(3)本发明的SMA塑性铰装置4运用了SMA材料(形状记忆合金)所做的管，利用形状记忆合金的所具有伪弹性性能以及动阻尼特性，形状记忆合金适合用于被动控制结构受地震影响的部分，起到很好的抗震作用。
(4)本发明的SMA塑性铰装置4还用了ECC材料(工程水泥基复合材料)作为外层材料，工程水泥基复合材料是近年来一种新型的高性能水泥复合材料，它能有效地提高结构的延性、耗能能力和抗冲击性，因此广泛用于大变形结构、抗震结构和抗冲击结构中。在抗震结构中，塑性铰装置区对能量的吸收是耗散地震能的主要途径，而ECC可显著提高结构的耗能能力。因此，采用ECC材料的塑性铰装置能极其有效的提高桥柱的抗震能力。
(5)本发明的桥柱3采用CFRP材料(碳纤维增强复合材料)作为外层材料，碳纤维增强复合材料的特点是质量轻强度高，它能有效地提高桥柱的强度以及稳定性，维修时还很方便更换。
(6)本发明的桥柱3还采用了超高性能混凝土(UHPC)钢管2，超高性能混凝土的特点是耐久性高，工作性高，强度高。运用于桥柱3上部，不但有效地提高了桥柱3的强度和耐久性，还能提高盖梁1和桥柱3的联结强度，使整个结构体系更为稳定。
附图说明
图1预制可拆解修复的抗震桥柱正视图。
图2预制可拆解修复的抗震桥柱剖面图。
图3塑性铰正视图。
图4塑性铰剖面图。
图中：1-盖梁；2-超高性能混凝土(UHPC)钢管；3-桥柱；4-SMA塑性铰装置；5-承台；6-CFRP外层；7-普通箍筋；8-SMA预留孔；9-螺纹长钉：10-锁紧螺母；11-预留孔；12-ECC外层；13-锁紧螺母；14-SMA管；15-预留孔；16-联接螺母；17-螺旋箍筋；18-非焊接接缝；19-螺旋钢圈；20-支撑钢板；21-高密度聚苯乙烯填料；22-预埋钢管；23-普通纵筋；24-嵌入式钢管；25-剪力钉；26-预留孔
具体实施方式
如图1-4所示，一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，该结构体系包括盖梁1、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、桥柱3、SMA塑性铰装置4和承台5。
所述的承台5由预埋钢管22、预留孔15和联接螺母16组成。预留孔15外部镶有钢片，用作插入嵌入式钢管24，联接螺母16用作锁紧SMA塑性铰装置4里面的SMA管14，联接螺母16和预留孔15的存在使上部的SMA塑性铰装置4和承台5紧紧地咬合在一起，SMA塑性铰装置强大的耗能能力得到很好的发挥。
所述的SMA塑性铰装置4由ECC外层12、螺旋钢圈19、嵌入式钢管24，SMA管14组成，SMA管14从SMA塑性铰4的上下板的预留螺栓孔穿出，嵌入式钢管24从SMA塑性铰4上下板的轴线位置穿出，嵌入式钢管24与SMA塑性铰4上板之间为非焊接接缝18，采用填缝处理，螺旋钢圈19紧贴并环绕着SMA管。
所述的桥柱3由CFRP外层6、预留孔11、SMA管预留孔8、螺纹长钉9、普通纵筋23、普通箍筋7、剪力钉25、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、螺旋箍筋17组成。螺纹长钉9用作插入到SMA塑性铰装置4上板的预留孔中，并用锁紧螺母13锁紧，预留孔11用作插入嵌入式钢管24，SMA预留孔8用作插入SMA管14，预留孔11，SMA预留孔8和螺旋长钉9牢牢的把桥柱3和SMA塑性铰装置4联接在一起。剪力钉25连接在超高性能混凝土(UHPC)钢管2的四周，增大了超高性能混凝土(UHPC)钢管2和桥柱2的联结强度。桥柱2上部的螺旋箍筋17起着增大桥柱3强度的作用。
所述的盖梁1底部是外部镶有钢片的预留孔26，用作插入超高性能混凝土(UHPC)钢管2。
按照所述预制结构的组成和特点，把承台5、SMA塑性铰装置4、桥柱3和盖梁提前预制好。现场装配时把SMA塑性铰装置4的嵌入式钢管24嵌入到承台5预留嵌入孔15中，把SMA管14插入到联接螺母16中并拧紧，SMA管14穿过SMA塑性铰装置4上下板的预留螺栓孔，穿出上板后用锁紧螺母10锁紧，并插到桥柱下部的SMA预留孔8中，嵌入式钢管24随即插入桥梁下部预留孔11当中，桥柱3下部的螺纹长钉9插入SMA塑性铰装置4上板的预留螺栓孔，并用锁紧螺母13锁紧。然后把支撑钢板20放在桥柱上部，接着让盖梁1预留孔对准超高性能混凝土(UHPC)钢管2插入，盖梁1与支撑钢板20之间填充高密度聚苯乙烯填料21。
如上所述，便可实现本发明。本发明不限于上述实施方式及使用材料，本领域技术人员所做出的对上述实施方式及使用材料任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，其特点在于：该结构体系包括盖梁1、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、桥柱3、SMA塑性铰装置4和承台5。
2.根据权利要求1所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，其特征在于，所述承台5由预埋钢管22、预留孔15和联接螺母16组成；预留孔15外部镶有钢片，用作插入嵌入式钢管24，联接螺母16用作锁紧SMA塑性铰装置4里面的SMA管14，联接螺母16和预留孔15的存在使上部的SMA塑性铰装置4和承台5紧紧地咬合在一起，SMA塑性铰装置强大的耗能能力得到很好的发挥。
3.根据权利要求1所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，其特征在于，所述SMA塑性铰装置4由ECC外层12、螺旋钢圈19、嵌入式钢管24，SMA管14组成，SMA管14从SMA塑性铰4的上下板的预留螺栓孔穿出，嵌入式钢管24从SMA塑性铰4上下板的轴线位置穿出，嵌入式钢管24与SMA塑性铰4上板不进行焊接，采用填缝处理，螺旋钢圈19紧贴并环绕着SMA管。
4.根据权利要求1所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，其特征在于，所述桥柱3由CFRP外层6、预留孔11、SMA管预留孔8、螺纹长钉9、普通纵筋23、普通箍筋7、剪力钉25、超高性能混凝土(UHPC)钢管2、螺旋箍筋17组成；螺纹长钉9用作插入到SMA塑性铰装置4上板的预留孔中，并用锁紧螺母13锁紧，预留孔11用作插入嵌入式钢管24，SMA预留孔8用作插入SMA管14，预留孔11，SMA预留孔8和螺旋长钉9牢牢的把桥柱3和SMA塑性铰装置4联接在一起；剪力钉25连接在超高性能混凝土(UHPC)钢管2的四周，增大了超高性能混凝土(UHPC)钢管2和桥柱3的联结强度；桥柱2上部的螺旋箍筋17起着增大桥柱3强度的作用。
5.根据权利要求1所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系，其特征在于，所述盖梁1底部是外部镶有钢片的预留孔26，用作插入超高性能混凝土(UHPC)钢管2。
6.一种权利要求1所述新型预制可拆解修复的抗震桥柱结构体系的实现方法，其特征在于，具体实现步骤如下：
(1)按照所述预制结构的组成和特点，把承台5、SMA塑性铰装置4、桥柱3和盖梁1提前预制好。
(2)现场装配时把SMA塑性铰装置4的嵌入式钢管24嵌入到承台5预留嵌入孔15中，把SMA管14插入到联接螺母16中并拧紧，SMA管14穿过SMA塑性铰装置4上下板的预留螺栓孔，穿出上板后用锁紧螺母10锁紧，并插到桥柱下部的SMA预留孔8中，嵌入式钢管24随即插入桥柱下部预留孔11当中，桥柱3下部的螺纹长钉9插入SMA塑性铰装置4上板的预留螺栓孔，并用锁紧螺母13锁紧；然后把支撑钢板20放在桥柱上部，接着让盖梁1预留孔对准超高性能混凝土(UHPC)钢管2插入，最后盖梁1与支撑钢板20之间填充高密度聚苯乙烯填料21。
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