CN109706831A - 提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置及其施工方法，用于由承台和若干节段构成的预应力预制节段拼装桥墩，包括第一圆筒、套筒和四根圆柱压缩弹簧，预应力预制节段拼装桥墩中与承台直接连接的为第一节段，与第一节段顶面连接的为第二节段，第一圆筒套在第二节段外壁下部，并固连，套筒包括第二圆筒和环形底座，环形底座套在第二圆筒底部，套筒套在第一节段上，且环形底座位于承台顶面，通过螺栓分别与承台和第一节段固连。四根圆柱压缩弹簧对称环绕第一节段分布，其一端与环形底座固连，另一端与第一圆筒固连。本发明可以有效地解决预制节段拼装桥墩的耗能能力差、鲁棒性能差、底部两节段相对错动大、第一节段根部塑性铰损伤严重等问题。

Description

提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程，具体涉及一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置及其施工方法。

背景技术

节段拼装桥墩凭借其构件工厂化批量生产，质量容易控制，现场起吊安装，对现有交通干扰小，建设工期短等优点，逐渐成为桥梁工程施工技术的主要发展趋势之一。目前针对节段预制拼装桥墩基于抗震性能的设计才刚刚起步，主要在中、低烈度地震地区建造使用，为进一步推动预制节段拼装桥墩在中、高烈度区桥梁工程中的应用，需要进一步发展。

近年来在我国现行大力推广装配式施工的背景下，预制节段拼装桥墩在工程实践中得到了越来越多的应用，欧美及其他国家装配式桥墩应用较多，因此，也为我国的装配式技术的发展提供了大量值得借鉴参考的经验。与传统现浇桥墩及装配整体式桥墩相比，节段拼装桥墩与基础通过干接缝或胶接缝连接，又通过预应力将桥墩各个节段及桥墩与基础联系在一起，形成摇摆体系，相对而言，约束比较弱，承受剪切应力的能力较差，但是这种结构形式使节段拼装桥墩具有良好的自复位能力。

但是相对于传统现浇桥墩及装配整体式桥墩，节段拼装桥墩耗能能力比较差，因此，需要设置专门的耗能装置；节段拼装桥墩的耗能装置分为内部耗能装置和外部耗能装置，目前用来提高节段拼装桥墩的耗能能力的方法主要有：内置耗能钢筋、内置灌浆套筒和底部节段采用高延性水泥基复合材料等。虽然现有工程大部分采用内部耗能装置是因为其具有良好的耗能性能，但是内部耗能装置一旦损坏之后就难以修复或更换，不利于确保桥墩正常使用过程中的安全性和耐久性，相比之下外置耗能装置更适合在实际工程中应用，因此，外置耗能装置成为提高节段拼装桥墩耗能能力的首选。为推动节段拼装桥墩在中、高烈度区桥梁工程中的应用，需要结合结构自身的性能和工程应用范围选择最佳的耗能装置，保证桥梁在正常使用情况下的安全性和耐久性。

在地震作用下，墩底节段的底部接缝发生反复的张开闭合，导致墩底节段底部混凝土的大量开裂甚至压碎，而节段拼装桥墩通过预应力筋张拉产生的预应力将整个结构连成一个整体，底部混凝土的损伤会使原始的预应力急剧减小，且预应力预制节段拼装桥墩的鲁棒性比较差，对桥梁使用安全造成非常大的威胁。

在我国西部大开发战略不断顺利进展的当下，需要在西部地区集中建设大量的公路桥梁，而多条地震带就散布其中，因此，我们必须要考虑桥梁抗震及快速修复相关结构体系，确保中、高烈度地震作用后能够不坏或可以在最短的时间修复，确保节段拼装桥墩能够及时正常使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置及其施工方法，完全针对节段拼装桥墩在地震中的损伤特点及自身结构特点，可以有效地解决预制节段拼装桥墩的耗能能力差、鲁棒性能差、底部两节段相对错动大、第一节段根部塑性铰损伤严重等问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，用于由承台和若干节段构成的预应力预制节段拼装桥墩，包括第一圆筒、套筒和四根圆柱压缩弹簧，预应力预制节段拼装桥墩中与承台直接连接的为第一节段，与第一节段顶面连接的为第二节段，第一圆筒套在第二节段外壁下部，并固连，套筒包括第二圆筒和环形底座，环形底座套在第二圆筒底部，套筒套在第一节段上，且环形底座位于承台顶面，通过螺栓分别与承台和第一节段固连。四根圆柱压缩弹簧对称环绕第一节段分布，其一端与环形底座固连，另一端与第一圆筒固连。

套筒还包括橡胶垫圈，橡胶垫圈设置在第二圆筒与第一节段之间。

一种基于提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置的施工方法，方法步骤如下：

步骤1、拼装预应力预制节段拼装桥墩；

步骤2、将第一节段自下向上1/2高度范围、第二节段外侧壁底部以及承台顶面清理干净；

步骤3、在第一节段由根部到1/2高度之间，自下向上取一圈宽为5-10CM贯通区域，竖向打磨光滑，在打磨光滑部位涂一层粘钢胶，放置橡胶垫圈，橡胶垫圈的接口处通过粘钢胶固定；

步骤4、安装套筒，将两个第二C形钢片卡套在第一节段外壁，通过螺栓固定，环形底座通过螺栓与承台固连；

步骤5、安装第一圆筒，将两个第一C形钢片通过螺栓固定在第二节段外侧壁底部；

步骤6、将四根圆柱压缩弹簧对称环绕第一节段分布，每根圆柱压缩弹簧一端通过挂钩与环形底座的挂环固连，另一端通过挂钩与第一圆筒外壁的挂环固连。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)套筒与承台接触部分在预制拼装桥墩第一节段根部塑性铰区域形成扩大接触面，通过套筒底面应力分担，可以有效地减轻底部第一节段根部塑性铰的损伤。

(2)地震作用下橡胶垫圈起到缓冲和耗能的作用，并且与承台接触部分的套筒损伤变形能够消耗地震动的能量，极大地增强了节段拼装桥墩的耗能能力。

(3)在地震作用下，四根圆柱压缩弹簧能够限制第一节段、第二节段预制拼装桥墩的相对错动，增强了其自复位能力。

(4)由于与承台接触部分的第二C形钢片底座及第二C形圆筒的损伤变形，所以第二C形圆筒内部包裹的第一节段塑性铰区域损伤极小，维持了预应力筋原始的预应力，保证了节段拼装桥墩的鲁棒性能。

(5)属于外置装置，且施工方法简单易行，可以缩短施工周期，提高施工速度。

附图说明

图1是本发明提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置整体结构图。

图2是本发明的A-A剖面图。

图3是本发明的B-B剖面图。

图4是本发明的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置的施工方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图3，本发明所述的一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，用于由承台5和若干节段构成的预应力预制节段拼装桥墩，包括第一圆筒1、套筒3和四根圆柱压缩弹簧4，预应力预制节段拼装桥墩中与承台5直接连接的为第一节段6，与第一节段6顶面连接的为第二节段7，第一圆筒1套在第二节段7外壁下部，并通过螺栓固连，套筒3包括第二圆筒和环形底座，环形底座套在第二圆筒底部，套筒3套在第一节段6上，且环形底座位于承台5顶面，通过螺栓分别与承台5和第一节段6固连。四根圆柱压缩弹簧4对称环绕第一节段6分布，其一端与环形底座固连，另一端与第一圆筒1固连。

所述套筒3还包括橡胶垫圈2，橡胶垫圈2设置在第二圆筒与第一节段6之间。

所述圆柱压缩弹簧4的两端分别设有挂钩，环形底座上均匀分布四个挂环，第一圆筒1外壁对应均匀分布四个挂环，每个圆柱压缩弹簧4一端通过挂钩与环形底座的挂环固连，另一端通过挂钩与第一圆筒1外壁的挂环固连。

所述第一圆筒1由两个第一C形钢片组合构成，并通过螺栓固连。

所述套筒3由两个第二C形钢片组合构成，并通过螺栓固连。所述第二C形钢片底部连有一个C形底座。

承台5和若干节段之间通过预应力钢筋连接构成预应力预制节段拼装桥墩。

结合图4，一种基于提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置的施工方法，方法步骤如下：

步骤1、拼装预应力预制节段拼装桥墩；

步骤2、将第一节段6自下向上1/2高度范围、第二节段7外侧壁底部以及承台5顶面清理干净；

步骤3、在第一节段由根部到1/2高度之间，自下向上取一圈宽为5-10CM贯通区域，竖向打磨光滑，在打磨光滑部位涂一层粘钢胶，放置橡胶垫圈2，橡胶垫圈2的接口处通过粘钢胶固定；

步骤4、安装套筒3，将两个第二C形钢片卡套在第一节段6外壁，通过螺栓固定，环形底座通过螺栓与承台5固连；

步骤5、安装第一圆筒1，将两个第一C形钢片通过螺栓固定在第二节段7外侧壁底部；

步骤6、将四根圆柱压缩弹簧对称环绕第一节段6分布，每根圆柱压缩弹簧一端通过挂钩与环形底座的挂环固连，另一端通过挂钩与第一圆筒1外壁的挂环固连。

本发明是一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，通过第二C形钢片与承台扩大的接触面积，可以减轻混凝土节段拼装桥墩底部节段塑性区域塑性铰的损伤；由于第二C形圆筒与底部第一节段之间有一层橡胶垫圈，并且地震动作用下通过第二C形钢片及第二C形圆筒的损伤变形，能够提高装置的耗能能力；地震作用下，四根圆柱压缩弹簧能够限制第一、二节段预制拼装桥墩的相对错动，增强了其自复位能力；由于底部第一节段塑性铰损伤程度比较小，预应力筋的预应力损失较少，能够维持节段拼装桥墩的鲁棒性能；本装置安装简单，施工工程量小，一旦损伤可以快速更换；本方法对提高节段拼装桥墩的耗能及自复位能力具有良好的作用，适用于中、高烈度地震作用的地区。

Claims (6)

1.一种提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，用于由承台（5）和若干节段构成的预应力预制节段拼装桥墩，其特征在于：包括第一圆筒（1）、套筒（3）和四根圆柱压缩弹簧（4），预应力预制节段拼装桥墩中与承台（5）直接连接的为第一节段（6），与第一节段（6）顶面连接的为第二节段（7），第一圆筒（1）套在第二节段（7）外壁下部，并固连，套筒（3）包括第二圆筒和环形底座，环形底座套在第二圆筒底部，套筒（3）套在第一节段（6）上，且环形底座位于承台（5）顶面，通过螺栓分别与承台（5）和第一节段（6）固连；四根圆柱压缩弹簧（4）对称环绕第一节段（6）分布，其一端与环形底座固连，另一端与第一圆筒（1）固连。

2.根据权利要求1所述的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，其特征在于：套筒（3）还包括橡胶垫圈（2），橡胶垫圈（2）设置在第二圆筒与第一节段（6）之间。

3.根据权利要求1所述的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，其特征在于：圆柱压缩弹簧（4）的两端分别设有挂钩，环形底座上均匀分布四个挂环，第一圆筒（1）外壁对应均匀分布四个挂环，每个圆柱压缩弹簧（4）一端通过挂钩与环形底座的挂环固连，另一端通过挂钩与第一圆筒（1）外壁的挂环固连。

4.根据权利要求1所述的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，其特征在于：第一圆筒（1）由两个第一C形钢片组合构成，并通过螺栓固连。

5.根据权利要求1所述的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置，其特征在于：套筒（3）由两个第二C形钢片组合构成，并通过螺栓固连，第二C形钢片底部连有一个C形底座。

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的提高节段拼装桥墩耗能及自复位能力的装置的施工方法，其特征在于，方法步骤如下：

步骤1、拼装预应力预制节段拼装桥墩；

步骤2、将第一节段（6）自下向上1/2高度范围、第二节段（7）外侧壁底部以及承台（5）顶面清理干净；

步骤3、在第一节段由根部到1/2高度之间，自下向上取一圈宽为5-10CM贯通区域，竖向打磨光滑，在打磨光滑部位涂一层粘钢胶，放置橡胶垫圈（2），橡胶垫圈（2）的接口处通过粘钢胶固定；

步骤4、安装套筒（3），将两个第二C形钢片卡套在第一节段（6）外壁，通过螺栓固定，环形底座通过螺栓与承台（5）固连；

步骤5、安装第一圆筒（1），将两个第一C形钢片通过螺栓固定在第二节段（7）外侧壁底部；

步骤6、将四根圆柱压缩弹簧对称环绕第一节段（6）分布，每根圆柱压缩弹簧一端通过挂钩与环形底座的挂环固连，另一端通过挂钩与第一圆筒（1）外壁的挂环固连。