CN109972501A - 一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩及其应用,属于桥梁抗震及减隔震技术领域。一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,由盖梁(1)、墩身(2)、承台(3)、桩基(4)、预应力钢筋(6)及抗剪锚栓(7)构成;承台(3)通过桩基(4)锚固于地,盖梁(1)通过墩身(2)、预应力钢筋(6)及抗剪锚栓(7)与承台(3)锚固;还包括拉压组合耗能装置(5),所述拉压组合耗能装置(5)安装固定在墩身(2)底部与承台(3)顶面交界处。本发明摇摆自复位桥墩具有震后无损伤、残余变形小、结构可恢复的显著优点。

Description

一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩及其应用
技术领域
本发明属于桥梁抗震及减隔震技术领域,具体涉及一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩以及其应用。
背景技术
目前,我国桥梁抗震设计规范主要采用延性抗震设计和支座减隔震设计来进行抗震设计。采用延性抗震设计方法可以有效的避免桥梁结构发生坍塌,但同时会造成桥梁部件,尤其是桥墩,发生局部损伤、存在永久残余变形、震后难以修复等棘手问题。支座减隔震技术虽然能够避免桥梁部件发生局部损伤,但是同时也存在适用范围有限、减隔震效果受输入地震动特性影响较大等缺陷。为此,借鉴国际地震工程界提出的“地震可恢复功能结构体系”的设计理念,提出一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩。新型摇摆自复位桥墩可以通过摇摆过程降低结构加速度反应,同时通过墩底耗能装置耗散部分输入到桥墩结构的地震能量,从而起到减隔震的作用。
发明内容
本发明是一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构体系,该结构体系在基本不改变原有设计桥墩尺寸和结构受力的情况下,具有震后无损伤、残余变形小、结构可恢复、减隔震性能优越的优点。
本发明的目的在于提供一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构体系。
一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,由盖梁、墩身、承台、桩基、预应力钢筋及抗剪锚栓构成;承台通过桩基锚固于地,盖梁通过墩身、预应力钢筋及抗剪锚栓与承台锚固;还包括拉压组合耗能装置,所述拉压组合耗能装置安装固定在墩身底部与承台顶面交界处;所述拉压组合耗能装置包括竖置在左右两侧的低屈服点软钢、横置在上下两面的内置钢板、设置在由所述低屈服点软钢和内置钢板构成的空间内的高阻尼橡胶,还包括设置在所述服点软钢两端的上安装板和下安装板,上安装板同时位于处于上方的内置钢板的上面。
作为上述技术方案的优选,所述上安装板和下安装板上均设置有若干贯通其自身的中部螺栓孔道和边部螺栓孔道;所述上安装板和下安装板通过其上的中部螺栓孔道、中部螺栓、内置钢板的载丝孔与内置钢板连接;所述上安装板和下安装板还通过其上的边部螺栓孔道、边部螺栓与外置钢板连接;所述外置钢板还通过墩身或承台内部的预埋钢筋与墩身或承台连接;墩身或承台上还预埋有给所述边部螺栓拧紧时提供旋进空间的螺栓套筒。
作为上述技术方案的优选,盖梁、墩身和承台三部分通过预应力钢筋组装成一个整体,在彼此交界处可以发生张开和闭合。
作为上述技术方案的优选,盖梁、墩身和承台三部分在交界处设置所述抗剪锚栓,以防止接触面附近发生局部相对滑移。
本发明的另一个目的提供一种上述摇摆自复位桥墩结构的应用,将上述桥墩结构布置在高地震烈度区桥梁中进行减隔震,具体方法如下:
a、摇摆自复位桥墩结构:根据设计要求,初步确定桥墩盖梁、墩身、承台以及桩基的几何尺寸;
b、拉压组合耗能装置的制作:根据该桥址抗震设防烈度,初步确定该耗能装置5的几何尺寸、高阻尼橡胶的物理参数、低屈服点软钢的物理参数,进行拉压耗能装置的制作;
c、整体装配:利用预应力钢筋将盖梁、墩身、承台装配成整体,再利用螺栓、外置钢板和预埋钢筋将拉压组合耗能装置安装固定在墩身底部和承台顶面的交界位置。
与现有技术相比,本发明所提供的带耗能装置新型摇摆自复位桥墩结构,具有以下有益效果:
摇摆自复位桥墩既可满足桥梁结构的正常使用状态,同时又具有显著的减隔震性能。一方面,在遭遇罕遇地震作用时,新型摇摆自复位桥墩由于摇摆过程使得水平刚度显著减小,延长了桥梁结构的自振周期,避开了地震动的卓越周期,从而使得桥墩加速度反应显著减小,减小了地震惯性力的大小。另一方面,在桥墩摇摆过程中,使得拉压组合耗能装置在受拉时通过低屈服点软钢伸长变形耗散地震能量,而在受压时则又可通过高阻尼橡胶压缩变形耗散地震能量。因此,新型摇摆自复位桥墩减隔震性能较为优越。
摇摆自复位桥墩具有震后无损伤、残余变形小、结构可恢复的显著优点。拉压组合耗能装置能够吸收大部分输入到桥墩上的地震能量,同时将结构损伤集中于自身,整个桥墩及上部结构不发生塑性损伤。桥墩还可以借助后张预应力筋在发生摇摆后自动恢复到初始位置,因此整个结构残余变形极小,结构具有可恢复特性。
由于拉压组合耗能装置布置在桥墩外侧,具有安装方便、可随时维修更换的优点,使得整个下部结构不用拆除重建,可长久使用,具有良好的经济效应。
附图说明
图1为本发明的带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩的结构示意图。
图2为本发明中的拉压组合耗能装置示意图。
图3为拉压组合耗能装置与墩身和承台两部分之间的连接构造详图。
附图标记及对应名称为:1-盖梁,2-墩身,3-承台,4-桩基,5-拉压组合耗能装置,6-预应力钢筋,7-抗剪锚栓,8-低屈服点软钢,9-内置钢板,10-高阻尼橡胶,11-中部螺栓孔道,11`-边部螺栓孔道,12-墩身底部混凝土结构,13-承台顶部混凝土结构,14-螺栓套筒,15-中部螺栓,15`-边部螺栓,16-外置钢板,17-预埋钢筋。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩的结构组成和工作原理作进一步的详细说明。
如图1-3所示,为本发明所提供的一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩的结构示意图。该摇摆自复位桥墩主要包括盖梁1、墩身2、承台3、桩基4、预应力钢筋6等部件。承台3通过桩基4锚固于地,盖梁1通过墩身2、预应力钢筋6及抗剪锚栓7与承台3锚固。还包括拉压组合耗能装置5,所述拉压组合耗能装置5安装固定在墩身2底部与承台3顶面交界处;所述拉压组合耗能装置5包括竖置在左右两侧的低屈服点软钢8、横置在上下两面的内置钢板9、设置在由所述低屈服点软钢8和内置钢板9构成的空间内的高阻尼橡胶10,还包括设置在所述服点软钢8两端的上安装板和下安装板,上安装板同时位于处于上方的内置钢板9的上面,下装板同时位于处于下方内置钢板9的下面。
所述上安装板和下安装板上均设置有若干贯通其自身的中部螺栓孔道11和边部螺栓孔道11`。所述上安装板和下安装板通过其上的中部螺栓孔道11、中部螺栓15、内置钢板9的载丝孔与内置钢板9连接;所述上安装板和下安装板还通过其上的边部螺栓孔道11`、边部螺栓15`与外置钢板16连接;所述外置钢板16还通过墩身2或承台3内部的预埋钢筋17与墩身2或承台3连接;墩身2或承台3上还预埋有给所述边部螺栓15`拧紧时提供旋进空间的螺栓套筒14。
盖梁1、墩身2和承台3三部分通过预应力钢筋6组装成一个整体,在彼此交界处可以发生张开和闭合。
盖梁1、墩身2和承台3三部分在交界处设置所述抗剪锚栓7,以防止接触面附近发生局部相对滑移。
与传统双柱式桥墩不同之处在于新型摇摆自复位桥墩在盖梁1与墩身2交界处、墩身2与承台3交界处不再采取传统的刚性连接,而是在它们的交界处予以断开,交界处构件可以发生一定程度的相对摇摆和转动。
为了进一步耗散地震能量,本发明在墩身2和承台3交界处安装固定了拉压组合耗能装置。在墩身发生摇摆的过程中,拉压组合耗能装置5既可通过低屈服点软钢8拉伸变形耗散地震能量,又可通过高阻尼橡胶10压缩变形耗散地震能量。拉压组合耗能装置5通过高强螺栓15、外置钢板16和预埋钢筋17,分别与墩身底部混凝土结构12和承台顶部混凝土结构13牢固地连接成一个整体。
当地震作用较小时,由于预应力钢筋6的预压作用,整个桥墩结构不发生摇摆,此时整个桥梁结构通过自身强度抵御地震。并且由于此时地震惯性力较小,桥墩及上部结构不会发生结构损伤。
当地震作用较大时,由于预应力钢筋6的预压能力不足而发生一定程度的摇摆。由于摇摆过程使得桥墩刚度减小,结构自振周期增大,避开了地震动的卓越周期,减小了地震惯性力的大小。与此同时,在桥墩摇摆过程中,使得拉压组合耗能装置在受拉时通过低屈服点软钢伸长变形耗散地震能量,而在受压时则又可通过高阻尼橡胶压缩变形耗散地震能量。在整个地震作用期间,拉压组合耗能装置能够吸收大部分输入到桥墩上的地震能量,同时将结构损伤集中于自身,整个桥墩及上部结构没有发生结构性的塑形损伤。桥墩最后还可以借助预应力钢筋6在发生摇摆后自动恢复到初始位置。因此,本发明新型摇摆自复位桥墩同时具有减隔震性能优越、震后无损伤、残余变形小、结构可恢复的显著优点。

Claims (5)

1.一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,由盖梁(1)、墩身(2)、承台(3)、桩基(4)、预应力钢筋(6)及抗剪锚栓(7)构成;承台(3)通过桩基(4)锚固于地,盖梁(1)通过墩身(2)、预应力钢筋(6)及抗剪锚栓(7)与承台(3)锚固,其特征在于:还包括拉压组合耗能装置(5),所述拉压组合耗能装置(5)安装固定在墩身(2)底部与承台(3)顶面交界处;所述拉压组合耗能装置(5)包括竖置在左右两侧的低屈服点软钢(8)、横置在上下两面的内置钢板(9)、设置在由所述低屈服点软钢(8)和内置钢板(9)构成的空间内的高阻尼橡胶(10),还包括设置在所述服点软钢(8)两端的上安装板和下安装板,上安装板同时位于处于上方的内置钢板(9)的上面,下装板同时位于处于下方内置钢板(9)的下面。
2.根据权利要求1所述的一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,其特征在于:所述上安装板和下安装板上均设置有若干贯通其自身的中部螺栓孔道(11)和边部螺栓孔道(11`);所述上安装板和下安装板通过其上的中部螺栓孔道(11)、中部螺栓(15)、内置钢板(9)的载丝孔与内置钢板(9)连接;所述上安装板和下安装板还通过其上的边部螺栓孔道(11`)、边部螺栓(15`)与外置钢板(16)连接;所述外置钢板(16)还通过墩身(2)或承台(3)内部的预埋钢筋(17)与墩身(2)或承台(3)连接;墩身(2)或承台(3)上还预埋有给所述边部螺栓(15`)拧紧时提供旋进空间的螺栓套筒(14)。
3.根据权利要求1所述的一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,其特征在于:盖梁(1)、墩身(2)和承台(3)三部分通过预应力钢筋(6)组装成一个整体,在彼此交界处可以发生张开和闭合。
4.根据权利要求1所述的一种带耗能装置的新型摇摆自复位桥墩结构,其特征在于:盖梁(1)、墩身(2)和承台(3)三部分在交界处设置所述抗剪锚栓(7),以防止接触面附近发生局部相对滑移。
5.根据权利要求1-4所述摇摆自复位桥墩结构的应用,将所述桥墩结构布置在高地震烈度区桥梁中进行减隔震,具体方法如下:
a、摇摆自复位桥墩结构:根据设计要求,初步确定桥墩盖梁(1)、墩身(2)、承台(3)以及桩基(4)的几何尺寸;
b、拉压组合耗能装置的制作:根据该桥址抗震设防烈度,初步确定该耗能装置(5)的几何尺寸,高阻尼橡胶(10)的物理参数,低屈服点软钢(8)的物理参数,进行拉压耗能装置的制作;
c、整体装配:利用预应力钢筋(6)将盖梁(1)、墩身(2)、承台(3)装配成整体,再利用螺栓、外置钢板(16)和预埋钢筋(17)将拉压组合耗能装置安装固定在墩身底部和承台(3)顶面的交界位置。
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