CN110258308A - 一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩 - Google Patents
一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，涉及固定建筑物领域。包括承台、可更换部件、带孔角钢、接头钢管和带有外凸部分的墩柱；所述外凸部分上包裹有上外包带孔钢管；所述可更换部件与所述带孔角钢可拆卸连接；所述承台内预埋有锚固钢筋，所述带孔角钢还与所述锚固钢筋可拆卸连接，所述带孔角钢与所述可更换部件的连接处设有开孔钢板，所述开孔钢板用于连接所述带孔角钢与所述可更换部件；所述接头钢管上设有球铰式钢构件，所述接头钢管包裹住所述墩柱的底部，所述承台表面设有凹入式钢构件，所述接头钢管放置在所述凹入式钢构件上。本方案解决了震后桥墩受损而难以修复的技术问题，适用于桥墩的建设。
Description
技术领域
本发明涉及固定建筑物领域，特别涉及一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩。
背景技术
随着现代基础理论的不断发展以及新技术新材料的应用，人们对新型桥梁结构越发期待，对桥梁质量提出了新的要求。桥梁的建设为经济发展以及交通出行带来了极大的便利，其中桥墩作为承载桥梁结构上部荷载的构件，具有举足轻重的作用。多次震害调查显示，桥墩的破坏模式主要发生在柱脚处以及其他连接部位。
为了降低桥梁损坏带来的损失，例如地震带来的损失；目前存在着两种关于桥梁抗震设计方法，即延性设计和减隔震设计。对一般桥梁来说，通常延性设计的思路是通过设计塑性铰来消耗地震能量，但这样的做法无疑会给桥梁带来难以修复的损伤，且残余变形大。另外一种则是通过设置一定的减震隔震装置来耗散地震能量，如耗能阻尼器装置、叠合橡胶支座等。
在桥墩抗震设计中，自复位桥墩的应用还未大面积普及，但是其依靠预应力筋提供的复位弯矩给桥墩提供自复位能力，同时预制节段截面通过开合作用来增加耗能。当复位桥墩配置耗能阻尼器时，其耗散地震能量的能力将会得到显著提升，工程上常采用内置阻尼器和外置阻尼器来增加耗能。内置阻尼器具有耐久性高的优势，如新西兰坎伯特大学的Palermo和pampanin利用内置钢筋进行自复位桥墩的耗能，但该内置耗能钢筋在失效后，无法进行更换，难以进行后续修复工作。相比之下，外置阻尼器同时具有耗能能力和震后可更换的优点，但对其耗能性能以及构造方面存在的问题是亟待解决的。传统的外置耗能装置是利用钢筋来耗能，郭佳等人利用螺栓连接的耗能钢筋配置在墩底外侧进行耗能，但耗能能力有限。软钢(如LYP钢)具有底屈服点，弹塑性滞回变形能力优异等特点，施刚等人通过试验对LYP软钢进行循环加载，结果表明低屈服点钢的能力耗散系数明显大于普通钢及高强钢。相比普通钢筋，利用核心钢板来耗能具有更大的优势，能够更好地发挥软钢的耗能能力；另外，传统的自复位桥墩依靠混凝土截面之间的摩擦力来抵抗剪力，并无可靠的连接机制，且墩底边缘混凝土在桥墩摇摆过程中容易受到往复集中力作用而受到破坏，进而影响摇摆机制。同时传统的自复位桥墩在摇摆过程中容易产生滑移，不能准确恢复到初始位置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何快速更换受损部件。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，包括：承台、可更换部件、带孔角钢、接头钢管和带有外凸部分的墩柱；所述外凸部分上包裹有上外包带孔钢管；所述可更换部件与所述带孔角钢可拆卸连接；所述承台内预埋有锚固钢筋，所述带孔角钢还与所述锚固钢筋可拆卸连接，所述带孔角钢与所述可更换部件的连接处设有开孔钢板，所述开孔钢板用于连接所述带孔角钢与所述可更换部件；所述接头钢管上设有球铰式钢构件，所述接头钢管包裹住所述墩柱的底部，所述承台表面设有凹入式钢构件，所述接头钢管放置在所述凹入式钢构件上，所述墩柱内部设有竖直贯通的无粘结后张拉预应力筋。
本发明的有益效果是：将桥墩用于耗能的部位进行可拆卸连接，最容易损耗的部位作为可更换部件，在需要对桥墩进行维修时仅需更换可更换部件或者其他可拆卸的部位，从而降低可更换部件的更换难度，解决了如何快速更换受损部件的技术问题；
在定期对可更换部件进行更换后，能够对可更换部件的磨损程度进行控制，从而达到了提高桥墩抗震能力的效果，预应力筋的粘结与否对柱的自复位性能以及残余变形具有很大的影响，无粘结预应力筋相比有粘结筋具有更好的自复位性能且残余变形更小，因此采用无粘结后张拉预应力筋提供桥墩的自复位能力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述可更换部件为两面设置有屈曲约束钢条的核心钢板，所述屈曲约束钢条表面覆盖有一层无粘结材料，所述核心钢板开有长条形孔洞，所述屈曲约束钢条与所述核心钢板通过所述长条形孔洞可拆卸连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，依靠长条形孔洞之间的间隙保证屈曲约束钢条与核心钢板之间的能顺利滑动，避免约束钢条受拉压作用影响。
进一步，所述可拆卸连接为螺栓连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，在使用桥墩时，通过螺栓对桥墩和与桥墩的可更换部件进行连接，在可更换部件受损后需要更换时，只需取下螺栓就能进行更换。
进一步，所述上外包带孔钢管为四周开有螺栓孔的空心钢管，所述螺栓孔包括对拉螺杆螺栓孔和下边缘螺栓孔，所述上外包带孔钢管通过对拉螺杆螺栓和所述对拉螺杆螺栓孔与混凝土连接，所述上外包带孔钢管通过螺栓和所述下边缘螺栓孔与所述可更换部件连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过对拉螺杆螺栓连接上外包带孔钢管和混凝土，可有效固定上外包带孔钢管以便使下边缘螺栓孔与可更换部件连接。
进一步，所述接头钢管为下部设有球铰式钢构件的空心管，所述接头钢管底部开有无粘结预应力筋预留孔。
采用上述进一步方案的有益效果是，空心的接头钢管能够保护墩底边缘混凝土不受破坏，可有效地保护桥墩的摇摆机制；后张拉无粘结预应力筋的采用需要预留预应力筋预留孔以便穿过预应力筋进行张拉施工。
进一步，所述凹入式钢构件表面设有无粘结预应力筋预留孔以及锚固钢筋预留孔，所述凹入式钢构件通过所述锚固钢筋进行固定连接，所述凹入式钢构件与所述球铰式钢构件尺寸匹配。
采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，球铰式钢构件能够与凹入式钢构件形成嵌合作用用于抵抗桥墩受到的水平剪力，同时在桥墩复位时具备一定的定位能力，能够准确恢复到初始位置，减少水平滑移作用。
进一步，所述核心钢板上下两端的连接部位均设有所述开孔钢板。
采用上述进一步方案的有益效果是，能够防止可更换部件受到偏心荷载带来的影响。
进一步，所述承台的底部中心设有后张拉凹槽，所述后张拉凹槽用于放置后张拉无粘结预应力筋锚具并对所述无粘结后张拉预应力筋进行张拉。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的实施例的剖面图；
图2为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其他实施例的上外包带孔钢管结构示意图；
图3为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的钢板屈曲约束耗能装置结构示意图；
图4为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的核心钢板结构示意图；
图5为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的屈曲约束钢条结构示意图；
图6为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的钢板屈曲约束耗能装置截面剖切示意图；
图7为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的带孔角钢结构示意图；
图8为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的凹入式钢构件结构示意图；
图9为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的带球铰式钢构件钢管结构示意图；
图10为本发明底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩的其它实施例的立体示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例基本如附图1和附图7-9所示：
本实施例中底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，包括：承台、可更换部件、带孔角钢13、接头钢管12和带有外凸部分的墩柱；外凸部分上包裹有上外包带孔钢管5；可更换部件与带孔角钢13可拆卸连接；承台内预埋有锚固钢筋9，带孔角钢13还与锚固钢筋9可拆卸连接，带孔角钢13与可更换部件的连接处设有开孔钢板11，开孔钢板11用于连接带孔角钢13与可更换部件；接头钢管12上设有球铰式钢构件，接头钢管12包裹住墩柱的底部，承台表面设有凹入式钢构件14，接头钢管12放置在凹入式钢构件14上，墩柱内部设有竖直贯通的无粘结后张拉预应力筋1，本实施例中的钢筋均可以为HPB300、HRB335、HRB400、RRB400或HRB500中的一种，带孔角钢13可以采用Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材、Q420钢材中的一种制成，带球铰式钢构件钢管和凹入式钢构件14均可由高性能钢材制成，具体可以采用HPS50W、HPS70W、HPS90W中的一种制成，后张拉预应力筋可采用1720兆帕、1860兆帕、1960兆帕或者更多规格的钢绞线，本实施例中的上外包带孔钢管5和开孔钢板11之间采用第一螺栓6连接，具体可以为高强螺栓。
将桥墩用于耗能的部位进行可拆卸连接，最容易损耗的部位作为可更换部件，在需要对桥墩进行维修时仅需更换可更换部件或者其他可拆卸的部位，从而降低桥墩损坏带来的经济损失，解决了地震作用下桥墩受损后难以修复的技术问题；
在定期对可更换部件进行更换后，能够对可更换部件的磨损程度进行控制，从而达到了提高桥墩抗震能力的效果，而预应力筋的粘结与否对柱的自复位性能以及残余变形具有很大的影响，无粘结预应力筋相比有粘结筋具有更好的自复位性能且残余变形更小，因此采用无粘结后张拉预应力筋提供桥墩的自复位能力。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
可选的，如附图2-6所示，在一些其它实施例中，可更换部件为两面设置有屈曲约束钢条8的核心钢板7，屈曲约束钢条8表面覆盖有一层无粘结材料17，核心钢板7开有长条形孔洞16，屈曲约束钢条8与核心钢板7通过长条形孔洞16可拆卸连接，本实施例中的核心钢板7可以采用软钢制成，具体可以采用LY100钢材、LY160钢材、LY225钢材中的一种制成，本实施例中的屈曲约束钢条8可以采用Q345钢材、Q390钢材、Q420钢材中的一种制成，无粘结材料17可以为丁基橡胶带，本实施例中屈曲约束钢条8与核心钢板7采用第二螺栓15连接，利用螺栓15与长条形孔洞16之间的间隙同时在无粘结材料17的帮助下，保证约束钢条能够顺利滑动从而不参拉压作用，而只起约束核心钢板7的作用。
依靠长条形孔洞16之间的间隙保证屈曲约束钢条8与核心钢板7之间的能顺利滑动，避免约束钢条受拉压作用影响，本实施例中的核心钢板7、无粘结材料17、约束钢条、开孔钢板11和第一螺栓6组成了钢板屈曲约束耗能装置，核心钢板7采用上述的软钢材料制成后，能够保证核心钢板7的屈曲强度小于上外包带孔钢管5和开孔钢板11的屈曲强度。
可选的，在一些其它实施例中，可拆卸连接为螺栓连接。
采用上述进一步方案的有益效果是，这样设置后，在使用桥墩时，通过螺栓对桥墩和与桥墩的可更换部件进行连接，在可更换部件受损后需要更换时，只需取下螺栓就能进行更换。
可选的，如附图2所示，在一些其它实施例中，上外包带孔钢管5为四周开有螺栓孔的空心钢管，本实施例中的上外包带孔钢管5开有40个螺栓孔，螺栓孔包括对拉螺杆螺栓孔和下边缘螺栓孔，上外包带孔钢管5通过对拉螺杆螺栓4和对拉螺杆螺栓孔与混凝土连接，上外包带孔钢管5通过螺栓和下边缘螺栓孔与可更换部件连接，本实施例中的混凝土等级可以为C40或者以上的等级，使用的螺栓为高强螺栓，上外包带孔钢管5可以由Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材、Q420钢材中的一种制成。
通过对拉螺杆螺栓连接上外包带孔钢管5和混凝土，可有效固定上外包带孔钢管5以便使下边缘螺栓孔与可更换部件连接；上外包带孔钢管5采用上述钢材后，能够使得上外包带孔钢管5的屈曲强度不低于核心钢板7的屈曲强度。
可选的，在一些其它实施例中，接头钢管12为下部设有球铰式钢构件的空心管，接头钢管12底部开有无粘结预应力筋预留孔。
空心的接头钢管12能够保护墩底边缘混凝土不受破坏，可有效地保护桥墩的摇摆机制；后张拉无粘结预应力筋的采用需要预留预应力筋预留孔以便穿过预应力筋进行张拉施工。
可选的，在一些其它实施例中，凹入式钢构件14表面设有无粘结预应力筋预留孔以及锚固钢筋预留孔，凹入式钢构件14通过锚固钢筋9进行固定连接凹入式钢构件14与锚固钢筋9可拆卸连接，凹入式钢构件14与球铰式钢构件尺寸匹配。
这样设置后，球铰式钢构件能够与凹入式钢构件14形成嵌合作用用于抵抗桥墩受到的水平剪力，同时在桥墩复位时具备一定的定位能力，能够准确恢复到初始位置，减少水平滑移作用。
可选的，在一些其它实施例中，核心钢板7上下两端的连接部位均设有开孔钢板11，本实施例中的开孔钢板11可以由Q235钢材、Q345钢材、Q390钢材、Q420钢材中的一种制成。
这样设置后，能够防止可更换部件受到偏心荷载带来的影响。
可选的，采用的所有钢材外表面均有防腐涂料，本实施例中的防腐涂料可以为环氧防腐涂料。
本实施例中的所有钢材包括上外包带孔钢管5、可更换部件和带孔角钢13，这样设置后能够提高本方案桥墩结构的耐久性。
可选的，在一些其它实施例中，还包括盖梁、纵向钢筋2、箍筋3、分布钢筋和外凸混凝土箍筋3，箍筋3用于绑扎纵向钢筋2。
可选的，在一些其它实施例中，承台的底部中心设有后张拉凹槽10，后张拉凹槽10用于放置后张拉无粘结预应力筋锚具并对无粘结后张拉预应力筋1进行张拉。
需要说明的是，上述各实施例是与上述各方法实施例对应的产品实施例，对于本实施例中各结构装置及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于，包括：承台、可更换部件、带孔角钢、接头钢管和带有外凸部分的墩柱；所述外凸部分上包裹有上外包带孔钢管；所述可更换部件与所述带孔角钢可拆卸连接；所述承台内预埋有锚固钢筋，所述带孔角钢还与所述锚固钢筋可拆卸连接，所述带孔角钢与所述可更换部件的连接处设有开孔钢板，所述开孔钢板用于连接所述带孔角钢与所述可更换部件；所述接头钢管上设有球铰式钢构件，所述接头钢管包裹住所述墩柱的底部，所述承台表面设有凹入式钢构件，所述接头钢管放置在所述凹入式钢构件上，所述墩柱内部设有竖直贯通的无粘结后张拉预应力筋。
2.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述可更换部件为两面设置有屈曲约束钢条的核心钢板，所述屈曲约束钢条表面覆盖有一层无粘结材料，所述核心钢板开有长条形孔洞，所述屈曲约束钢条与所述核心钢板通过所述长条形孔洞可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述可拆卸连接为螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述上外包带孔钢管为四周开有螺栓孔的空心钢管，所述螺栓孔包括对拉螺杆螺栓孔和下边缘螺栓孔，所述上外包带孔钢管通过对拉螺杆螺栓和所述对拉螺杆螺栓孔与混凝土连接，所述上外包带孔钢管通过螺栓和所述下边缘螺栓孔与所述可更换部件连接。
5.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述接头钢管为下部设有球铰式钢构件的空心管，所述接头钢管底部开有无粘结预应力筋预留孔。
6.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述凹入式钢构件表面设有无粘结预应力筋预留孔以及锚固钢筋预留孔，所述凹入式钢构件与所述锚固钢筋可拆卸连接，所述凹入式钢构件与所述球铰式钢构件尺寸匹配。
7.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述核心钢板上下两端的连接部位均设有所述开孔钢板。
8.根据权利要求1所述的底部设置可更换防屈曲耗能钢板的自复位混凝土桥墩，其特征在于：所述承台的底部中心设有后张拉凹槽，所述后张拉凹槽用于放置后张拉无粘结预应力筋锚具并对所述无粘结后张拉预应力筋进行张拉。
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