CN110565537A - 一种具有隔震功能的转体桥及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有隔震功能的转体桥，包括桩基、桥墩和梁体，桩基和桥墩之间设置有上承台和下承台，上承台和下承台中心通过球铰连接，上承台和下承台之间填充细沙形成细沙隔震层，上承台底部沿其周向设置有若干撑脚，撑脚底部通过橡胶隔震支座与下承台可拆卸连接。该转体桥利用转体桥转动系统的特殊构造，取消了传统的封胶混凝土施工，在转体结束后，在上、下承台间填充细沙作为细沙隔震层，相当于桥梁结构与下承台之间形成隔震层，在大地震时，可以延长桥梁结构的自振周期，振幅减小，使得桥梁结构自身的相对位移很小，同时在地震能量向桥梁结构传递过程中，细沙之间的相互作用还会消耗一部分地震能量，从而达到转体桥隔震目的。

Description

一种具有隔震功能的转体桥及其施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种具有隔震功能的转体桥及其施工方法，适用于高烈度地震区的桥梁工程。

背景技术

桥梁结构，在国民经济发展，促进文化交流和巩固国防等方面起着重要的作用；尤其是在地震时实施紧急求援，灾后恢复生产，确保生命干线的畅通占有重要地位，因此桥梁结构抗震的重要性显得尤为重要。

随着我国高速铁路“八纵八横”路网的实施，高速公路、市政工程路网的建设不可避免与铁路路网交叉，这时需要采用桥梁工程跨越高速铁路，形成立体交叉。在桥梁建设当中，传统的桥梁施工方法如：挂篮施工法、支架现浇法、顶推施工法等需要在高速铁路上空进行施工，施工过程中任何一个小小的施工杂物掉落到高速行驶的列车上，都会造成严重的安全事故。因此，为了确保桥梁建设对既有高速铁路干扰，几乎所有跨既有高速铁路桥梁都采用转体施工法，其原理是桥梁先在高速铁路安全影响区外施工，然后快速转体到铁路上方合拢的一种施工方法。采用转体施工的桥梁即为转体桥，它是一种特殊构造的桥梁，较常规桥梁增加了转动系统，转动系统一般布置在承台区，承台分为上下两个承台，两承台之间布置有转体球铰、撑脚等，通过千斤顶牵引在缠绕在上承台上的牵引索，使上承台以球铰为支点发生转动，从而实现桥梁水平面上转动。

目前大跨度连续梁桥所采用的隔震方法都是在桥梁主墩顶部处布置隔震支座4来进行隔震，如图1所示。但采取这样的措施首先是施工较复杂，特别是地震后桥梁结构一般还需要进行纠正，将桥梁结构恢复到原位，其纠正施工较为麻烦，有时还需要通过增加中墩的钢筋进行硬抗，工程造价很高。在连续梁等主墩墩底进行隔震的方式，鲜有文献记录，尤其是转体施工桥梁，目前还未有借助转体桥转动系统的特殊构造来减隔震的案例，而传统的转体桥在转体精确就位后，会利用钢楔将撑脚与环道之间的间隙塞死并焊接牢固，同时将钢筋与在预埋在上承台、下承台上的钢筋进行焊接，并填充混凝土，将转铰固结，形成整体承台，这种桥梁整个承台刚度增大，延性不好，易发生脆性破坏，但对桥梁抗震有不利的影响，并且封胶混凝土施工工艺较复杂，如果混凝土填充不密实形成空隙，将成为地震破坏的薄弱环节。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中转体桥结构抗震能力差，且减隔震结构施工复杂的问题。

为此，本发明提供了一种具有隔震功能的转体桥，包括由下至上依次设置的桩基、桥墩和梁体，所述桩基和桥墩之间设置有上承台和下承台，所述上承台和下承台中心通过球铰连接，所述上承台和下承台之间填充细沙形成细沙隔震层，所述上承台底部沿其周向设置有若干撑脚，所述撑脚底部通过橡胶隔震支座与所述下承台可拆卸连接。

进一步的，所述下承台顶部为凹槽结构，所述上承台安装于所述下承台的凹槽内，所述细沙隔震层位于下承台的凹槽内。

进一步的，所述下承台侧边与上承台侧边之间通过混凝土块密封。

进一步的，所述下承台侧边与上承台侧边之间设置有若干个间隔对称布置的缓冲橡胶块。

进一步的，所述下承台上预埋有用于排出下承台凹槽内积水的排水管道。

进一步的，所述球铰包括球铰凹球面下盘、球铰凸球面上盘和中心销轴，所述球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘之间形成光滑的滑面，所述球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘的中心孔处均设有转轴套筒，所述中心销轴可拆卸连接在两个所述转轴套筒内。

进一步的，所述橡胶隔震支座包括由上至下依次固定连接的支座上连接板、支座主体和支座下连接板，所述撑脚上端部分伸入上承台内，与上承台固定连接，所述撑脚伸出上承台部分通过撑脚连接板与所述支座上连接板可拆卸连接，所述下承台上布置有预埋套筒，所述支座下连接板通过螺栓与所述下承台的预埋套筒固定连接。

进一步的，上述具有隔震功能的转体桥还包括布置在梁体两端底部的桥边墩，所述桥边墩与梁体之间设置有用于限制梁体水平变位的连接定位件。

另外，本发明还提供了一种具有隔震功能的转体桥的施工方法，包括如下步骤：

1)在既有铁路两侧进行桩基和下承台施工，并在下承台顶面中心安装球铰，其中，球铰包括球铰凹球面下盘、球铰凸球面上盘和中心销轴，球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘的中心孔处均设有转轴套筒，中心销轴可拆卸连接在两个所述转轴套筒内；

2)在球铰凸球面上盘上方施工上承台，并将球铰凸球面上盘预埋于上承台底面中心，同时在上承台底面预埋撑脚，该撑脚包括撑脚上段、撑脚下段、撑脚连接板和撑脚走板，撑脚上段伸入上承台内，撑脚上段底部通过撑脚连接板与撑脚下段可拆卸连接，撑脚下段底部连接撑脚走板，撑脚走板与下承台之间预留一定间距，在上承台上施工桥墩，并在转体前位置施工梁体悬臂转体部分，然后将梁体绕球铰进行转体；

3)转体到位后，在上承台与下承台之间填充细沙以形成细沙隔震层，且细沙不固结；

4)拆除撑脚下段，将撑脚下段替换为橡胶隔震支座，并将橡胶隔震支座上端与撑脚上段可拆卸连接，橡胶隔震支座下端与下承台固定；

5)移除球铰上的中心销轴，解除上承台和下承台之间的中心限位；

6)在下承台和上承台的水平间隙中安装缓冲橡胶块，且缓冲橡胶块绕上承台周向等间距布置；

7)在上承台和下承台顶面浇筑一定厚度的混凝土块，以密封上承台和下承台之间间隙；

8)安装常规转体桥附属设备，完成施工。

进一步的，所述步骤3)中填充细沙时分两次进行，第一次直接在上承台和下承台间隙中填充，并且要求保证填充高度应略低于下承台顶面高度，第二次通过上承台浇筑孔填充，保证细沙填充密实。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种具有隔震功能的转体桥利用转体桥转动系统的特殊构造，取消了传统的封胶混凝土施工，在转体结束后，在上、下承台间填充细沙作为细沙隔震层，相当于桥梁结构与下承台之间形成隔震层，在大地震时，可以延长桥梁结构的自振周期，振幅减小，使得桥梁结构自身的相对位移很小，同时在地震能量向桥梁结构传递过程中，细沙之间的相互作用还会消耗一部分地震能量，从而达到转体桥隔震目的。

(2)本发明提供的这种具有隔震功能的转体桥将球铰的中心销轴设计为可拆卸结构，在转体完成后，可将中心销轴取出，使得球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘能够在地震时相对水平移动，从而桥梁结构在地震作用下的变位能利用该球铰自动归位，自动定心，具有自动纠偏功能。

(3)本发明提供的这种具有隔震功能的转体桥通过在上、下承台间填充细沙隔震层就能大幅度降低整个桥梁结构的地震响应，且其施工均在地面进行，施工维修养护方便，提高抗震能力所需的额外投入较少，成本低施工方便，具有很强的市场竞争力。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是传统转体桥转体成桥后结构示意图；

图2是本发明具有隔震功能的转体桥的结构示意图；

图3是本发明中球铰的结构示意图；

图4是本发明中撑脚的结构示意图；

图5是本发明中橡胶隔震支座的结构示意图；

图6是本发明中橡胶支座与撑脚的连接安装示意图；

图7是本发明转体桥的全桥立面结构示意图。

附图标记说明：1、桩基；2、桥墩；3、梁体；4、隔震支座；5、下承台；6、缓冲橡胶块；7、混凝土块；8、上承台；9、球铰；10、细沙隔震层；11、撑脚；12、橡胶隔震支座；13、排水管道；14、球铰凹球面下盘；15、球铰凸球面上盘；16、转轴套筒；17、中心销轴；18、定位角钢；19、撑脚上段；20、撑脚连接板；21、撑脚下段；22、撑脚走板；23、支座上连接板；24、支座主体；25、支座下连接板；26、预埋套筒；27、连接定位件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图2所示，本实施例提供了一种具有隔震功能的转体桥，包括由下至上依次设置的桩基1、桥墩2和梁体3，所述桩基1和桥墩2之间设置有上承台8和下承台5，所述上承台8和下承台5中心通过球铰9连接，所述上承台8和下承台5之间填充细沙形成细沙隔震层10，所述上承台8底部沿其周向设置有若干撑脚11，所述撑脚11底部通过橡胶隔震支座12与所述下承台5可拆卸连接。本实施例中，桥梁转体施工完成后不进行混凝土封铰施工，即不将上承台8和下承台5联结成整体，而是在上承台8与下承台5竖向之间留有间隙，并在此间隙中填充细沙作为细沙隔震层10，相当于桥梁结构与下承台5之间形成隔震层，这样可以延长桥梁结构的自振周期，减小地震对桥梁的破坏作用，从而达到转体桥隔震目的；同时在传统转体桥撑脚11下增加橡胶隔震支座12，亦相当于桥梁结构与下承台5之间形成隔震层，在大地震时，橡胶隔震支座12可以抵消大量的地震能量，进一步使桥梁结构达到减隔震的目的。

细化的实施方式，所述下承台5顶部为凹槽结构，所述上承台8安装于所述下承台5的凹槽内，所述细沙隔震层10亦填充于下承台5的凹槽内，而为了防止雨水即其它杂物进入到上承台8和下承台5的间隙中，所述下承台5侧边与上承台8侧边之间通过混凝土块7密封，同时该混凝土块7还可对桥梁结构平面方向上起到约束作用，保证桥梁结构在正常使用阶段不发生水平位移。进一步优化的，如图2所示，所述下承台5侧边与上承台8侧边之间还设置有若干个间隔对称布置的缓冲橡胶块6，缓冲橡胶块6可做成方形块状，当地震来临时，使桥梁结构在水平方向上有一定的缓冲约束作用，防止桥梁结构产生过大的水平位移，避免上承台8、下承台5发生碰撞破坏。为了进一步保证承台结构的耐久性，防止渗透到下承台5的凹槽内积水腐蚀转体撑脚11、球铰9等钢结构，所述下承台5上预埋有用于排出下承台5凹槽内积水的排水管道13，确保上承台8与下承台5间无雨水淤积。

如图3所示，所述球铰9包括球铰凹球面下盘14、球铰凸球面上盘15和中心销轴17，所述球铰凹球面下盘14和球铰凸球面上盘15之间形成光滑的滑面，所述球铰凹球面下盘14和球铰凸球面上盘15的中心孔处均设有转轴套筒16，所述中心销轴17可拆卸连接在两个所述转轴套筒16内，使用较小的动力即可使球铰凸球面上盘15带动上承台8及其上部桥梁结构绕中心销轴17转动，实现转体，而在转体结束后，不同于传统转体桥将中心销轴17留在原位，本实施例中将中心销轴17取出，使得球铰凹球面下盘14和球铰凸球面上盘15能够在地震时相对水平移动，利用球面效应可自动定心，具有自动纠偏功能，使桥梁结构在地震后能够自动恢复到原位，无需进行额外的纠偏措施。进一步的，为了保证球铰凹球面下盘14的固定，所述球铰凹球面下盘14与其转轴套筒16之间通过定位角钢18固定，定位角钢18与铰凹球面下盘14和转轴套筒16形成三角支撑，增强了铰凹球面下盘14安装的稳定性。

如图4、图5和图6所示，所述撑脚11包括撑脚上段19、撑脚下段21、撑脚连接板20和撑脚走板22，所述撑脚上段19伸入上承台8内，与上承台8固定连接，撑脚上段19底部通过撑脚连接板20与撑脚下段21可拆卸连接，撑脚下段21底部连接撑脚走板22，撑脚走板22与下承台5之间预留一定间距，本实施例中撑脚走板22与下承台5保持20mm的间距，既可以保证上承台8与下承台5发生相对转动，又可以保证梁体3倾斜时撑脚11及时落地，起到稳定的作用。所述橡胶隔震支座12包括由上至下依次固定连接的支座上连接板23、支座主体24和支座下连接板25，支座上连接板23和支座下连接板25均为带有螺栓孔的实体连接板，在转体结束后，拆除撑脚下段21，将撑脚下段21替换为橡胶隔震支座12，所述撑脚上段19通过撑脚连接板20与所述支座上连接板23可拆卸连接，支座上连接板23与撑脚连接板20的形状、大小相近，可以通过螺栓、螺母与撑脚上段19相连接，形成撑脚-橡胶隔震支座组合结构，所述下承台5上布置有预埋套筒26，所述支座下连接板25有螺栓孔，可以通过螺栓、螺母与所述下承台5的预埋套筒26固定连接。

本实施例中，所述桩基1与传统桥梁的桩基1相同，分为中墩桩基和边墩桩基，分别用于支撑桥中墩和桥边墩。所述桥墩2与传统桥梁的桥墩2相同，分为桥中墩和桥边墩，一起支撑其上部的梁体3，不同于传统减震桥梁的桥中墩顶设置隔震支座4，本实施例采用桥中墩与梁体固定的方式，通过桥中墩底转动承台形成减震系统达到减震的目的。所述梁体3与传统桥梁的梁体3相同，梁体3既可以是传统的连续梁，也可以是T构梁，还可以是连续梁拱桥和矮塔斜拉桥等可以用于转体施工的桥梁。

另外，如图7所示，为了避免在大地震时梁体3发生相对水平变位而造成落梁，在布置于梁体3两端底部的桥边墩与梁体之间设置用于限制梁体3水平变位的连接定位件27，该连接定位件27既允许梁体结构发生一定的变位，又能对梁体结构变位进行限制，如钢链或液体粘滞阻尼器，保证正常运营状态时自由伸缩。

本实施例中的这种具有隔震功能的转体桥的施工方法，具体过程如下：

(1)在既有铁路两侧进行桩基1和下承台5施工，并在下承台5顶面中心安装球铰9，并在下承台5施工过程中预埋排水管道13及预埋套筒26，方便后期缓冲橡胶块6、橡胶隔震支座12的安装。

其中，球铰9包括球铰凹球面下盘14、球铰凸球面上盘15和中心销轴17，球铰凹球面下盘14和球铰凸球面上盘15的中心孔处均设有转轴套筒16，中心销轴17可拆卸连接在两个所述转轴套筒16内。

(2)在球铰凸球面上盘15上方浇筑混凝土形成上承台8，并将球铰凸球面上盘15预埋于上承台8底面中心，同时在上承台8底面预埋撑脚11，该撑脚11包括撑脚上段19、撑脚下段21、撑脚连接板20和撑脚走板22，撑脚上段19伸入上承台8内，撑脚上段19底部通过撑脚连接板20与撑脚下段21可拆卸连接，撑脚下段21底部连接撑脚走板22，撑脚走板22与下承台5之间预留一定间距。

(3)在上承台8上施工桥墩2，并在转体前位置施工梁体3悬臂转体部分，同时在下承台5上立模，进行下承台5第二次混凝土浇筑，然后将梁体3绕球铰9转体，进行桥梁结构合拢，完成体系转换。当然在转体之前，需对梁体3进行称重试验和试转。

(4)转体到位后，在上承台8与下承台5之间填充细沙以形成细沙隔震层10，填充的细沙要保证其流动性，不能有板结。

具体的，填充细沙时可分两次进行，第一次直接在上承台8与下承台5之间间隙填充，并且要求保证填充高度应略低于下承台5顶面高度，第二次通过在上承台5设置浇筑孔进行填充，保证细沙填充密实。

(5)拆除撑脚下段21，将撑脚下段21替换为橡胶隔震支座12，并将橡胶隔震支座12上端与撑脚上段21可拆卸连接，橡胶隔震支座12下端与下承台5固定。

(6)移除球铰9上的中心销轴17，解除上承台8和下承台5之间的中心限位。

(7)在下承台5和上承台8的水平间隙中安装缓冲橡胶块6，且缓冲橡胶块6绕上承台8周向等间距布置；通过缓冲橡胶块6对上承台8在地震时发生水平位移进行缓存吸震，可以防止对上承台8的碰撞损坏。

(8)在上承台8和下承台6顶面浇筑一定厚度的混凝土块7，以密封上承台8和下承台5之间间隙，保证桥梁正常状态下的固定限位，且减少雨水及其它杂物进入到上、下承台的间隙中。

(9)安装常规转体桥附属设备，完成施工。

综上所述，本发明提供的这种具有隔震功能的转体桥利用转体桥转动系统的特殊构造，取消了传统的封胶混凝土施工，在转体结束后，在上、下承台间填充细沙作为细沙隔震层，相当于桥梁结构与下承台之间形成隔震层，在大地震时，可以延长桥梁结构的自振周期，振幅减小，使得桥梁结构自身的相对位移很小，同时在地震能量向桥梁结构传递过程中，细沙之间的相互作用还会消耗一部分地震能量，从而达到转体桥隔震目的。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有隔震功能的转体桥，包括由下至上依次设置的桩基、桥墩和梁体，其特征在于：所述桩基和桥墩之间设置有上承台和下承台，所述上承台和下承台中心通过球铰连接，所述上承台和下承台之间填充细沙形成细沙隔震层，所述上承台底部沿其周向设置有若干撑脚，所述撑脚底部通过橡胶隔震支座与所述下承台可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述下承台顶部为凹槽结构，所述上承台安装于所述下承台的凹槽内，所述细沙隔震层位于下承台的凹槽内。

3.如权利要求2所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述下承台侧边与上承台侧边之间通过混凝土块密封。

4.如权利要求2所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述下承台侧边与上承台侧边之间设置有若干个间隔对称布置的缓冲橡胶块。

5.如权利要求2所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述下承台上预埋有用于排出下承台凹槽内积水的排水管道。

6.如权利要求1所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述球铰包括球铰凹球面下盘、球铰凸球面上盘和中心销轴，所述球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘之间形成光滑的滑面，所述球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘的中心孔处均设有转轴套筒，所述中心销轴可拆卸连接在两个所述转轴套筒内。

7.如权利要求1所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：所述橡胶隔震支座包括由上至下依次固定连接的支座上连接板、支座主体和支座下连接板，所述撑脚上端部分伸入上承台内，与上承台固定连接，所述撑脚伸出上承台部分通过撑脚连接板与所述支座上连接板可拆卸连接，所述下承台上布置有预埋套筒，所述支座下连接板通过螺栓与所述下承台的预埋套筒固定连接。

8.如权利要求1所述的一种具有隔震功能的转体桥，其特征在于：还包括布置在梁体两端底部的桥边墩，所述桥边墩与梁体之间设置有用于限制梁体水平变位的连接定位件。

9.一种具有隔震功能的转体桥的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在既有铁路两侧进行桩基和下承台施工，并在下承台顶面中心安装球铰，其中，球铰包括球铰凹球面下盘、球铰凸球面上盘和中心销轴，球铰凹球面下盘和球铰凸球面上盘的中心孔处均设有转轴套筒，中心销轴可拆卸连接在两个所述转轴套筒内；

2)在球铰凸球面上盘上方施工上承台，并将球铰凸球面上盘预埋于上承台底面中心，同时在上承台底面预埋撑脚，该撑脚包括撑脚上段、撑脚下段、撑脚连接板和撑脚走板，撑脚上段伸入上承台内，撑脚上段底部通过撑脚连接板与撑脚下段可拆卸连接，撑脚下段底部连接撑脚走板，撑脚走板与下承台之间预留一定间距，在上承台上施工桥墩，并在转体前位置施工梁体悬臂转体部分，然后将梁体绕球铰进行转体；

3)转体到位后，在上承台与下承台之间填充细沙以形成细沙隔震层，且细沙不固结；

4)拆除撑脚下段，将撑脚下段替换为橡胶隔震支座，并将橡胶隔震支座上端与撑脚上段可拆卸连接，橡胶隔震支座下端与下承台固定；

5)移除球铰上的中心销轴，解除上承台和下承台之间的中心限位；

6)在下承台和上承台的水平间隙中安装缓冲橡胶块，且缓冲橡胶块绕上承台周向等间距布置；

7)在上承台和下承台顶面浇筑一定厚度的混凝土块，以密封上承台和下承台之间间隙；

8)安装常规转体桥附属设备，完成施工。

10.如权利要求9所述的一种具有隔震功能的转体桥的施工方法，其特征在于：所述步骤3)中填充细沙时分两次进行，第一次直接在上承台和下承台间隙中填充，并且要求保证填充高度应略低于下承台顶面高度，第二次通过在上承台上设置浇筑孔进行填充。