CN111021233A - 带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩及施工 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩，包括盖梁、墩柱和承台，所述的盖梁和所述的承台之间并列设置两根墩柱，其特征在于，所述的两个墩柱之间横向间隔设置多个可更换耗能波纹钢连梁，每个可更换耗能波纹钢连梁包括可更换的波纹耗能段和加强连接段，所述的波纹耗能段包括上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板，所述的上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板固定连接。本发明适用于地震区、施工便利、震后可快速修复。

Description

带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩及施工

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域，具体涉及一种带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩及其施工方法。

背景技术

我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震区分布广泛且分散，众多区域抗震设防烈度在7至8度以上。桥梁是交通生命线工程的重要枢纽，建设造价较高，一旦遭遇地震破坏，震后修复极其困难。历次地震震害调查和抗震救灾的经验和教训表明，由于地震区交通生命线工程的桥梁损毁，严重阻碍了救灾行动和震后恢复工作，所造成的经济损失和人员伤亡不可估量。因此，保证作为生命线工程的重要组成部分的桥梁结构的地震安全问题尤为重要，保障其抗震安全已经成为我国经济和社会发展的迫切需求。

目前桥梁的抗震设计的主要原则为延性抗震设计，综合考虑桥梁结构的刚度、强度和延性，将桥墩设计成延性构件，并采用能力设计强调安全度差异来保护能力保护构件，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性破坏模式。作为延性构件的桥墩通过塑性铰区域弹塑性变形来耗散地震能量，减小地震响应。但延性设计方法不可避免会使得桥墩发生损伤，尤其是塑性铰区域，并产生较大的侧向残余位移，给震后修复带来极大难度。且传统的桥墩大多采用钢筋混凝土桥墩，变形能力小，抗震性能差，其截面和自重较大，增大了地基负荷，且施工繁复，建设周期长。近年来，随着组合结构的发展和预制装配式高效率施工需求的日益增加，在大型桥梁工程桥墩设计中越来越多采用抗震性能优越、施工效率较高的钢管混凝土组合桥墩。基于上述背景，工程界亟待引入更加先进的桥梁墩柱结构体系设计方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，提出一种适用于地震区、施工便利、震后可快速修复的带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩，包括盖梁、墩柱和承台，所述的盖梁和所述的承台之间并列设置两根墩柱，其特征在于，所述的两个墩柱之间横向间隔设置多个可更换耗能波纹钢连梁，每个可更换耗能波纹钢连梁包括可更换的波纹耗能段和加强连接段，所述的波纹耗能段包括上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板，所述的上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板固定连接。

优选地，所述的加强连接段为工字钢梁，加强连接段设置在波纹耗能段的两端。所述的钢管混凝土墩柱底部双面角焊多个加劲肋，所述的钢管混凝土墩柱与所述的承台之间用高强螺栓连接。

所述的双柱式钢管混凝土桥墩的施工方法，其特征在于，

(1)钢管混凝土墩柱采用预制方式施工，钢管混凝土墩柱底面焊接多个加劲肋，在设计安装可更换耗能波纹钢连梁的钢管混凝土墩柱侧面位置焊接端板，用于连接可更换耗能波纹钢连梁；

(2)承台采用现浇或预制的方式施工，在承台顶面预留高强螺栓连接孔，用于钢管混凝土墩柱与承台的高强螺栓连接固定；

(3)可更换耗能波纹钢连梁在承台和双柱式钢管混凝土墩柱施工完毕后进行安装，与端板通过连接板进行螺栓连接。

本发明的实质性特点在于：

所述的加强连接段11所选用的钢材强度和厚度大于所述的波纹耗能段12所选用的钢材强度和厚度。地震时可实现可更换耗能波纹钢连梁2的损伤和变形主要集中在耗能段上，从而减轻对桥墩整体损伤和破坏。震后通过更换可更换耗能波纹钢连梁2，使得该桥墩能够快速修复，减少桥墩恢复正常使用功能的时间，有效提高了救灾效率。

所述的加强连接段11为工字钢梁，所述的加强连接段11上开设螺栓洞口。加强连接段11采用工字钢梁，施工方便，传力明确可靠，可直接采购适合尺寸，节省施工成本，提高施工效率。

所述的波纹耗能段10包括上翼缘13、下翼缘14和耗能波纹钢腹板15，所述的上翼缘13、下翼缘14和耗能波纹钢腹板15通过焊接固定连接。耗能波纹钢腹板15的设置，使得耗能波纹钢腹板15具有更高的屈曲稳定性、平面外刚度以及侧向刚度，具有较高的抗剪承载力、面外稳定性和耗能能力，其全截面均可达到剪切屈服，材料利用率高。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

双柱式墩柱采用钢管混凝土结构，抗震性能优异、施工效率高，便于预制装配；在双肢墩柱之间可更换地设置有至少一个可更换耗能波纹钢连梁，此构件的抗剪承载力高、延性好、初始刚度大及面外稳定性好,能够显著提升双柱式钢管混凝土桥墩的整体耗能能力，并同时提高双柱式桥墩的强度和刚度，减小其地震响应和残余位移；在经历地震时，可更换耗能波纹钢连梁的“保险丝”作用能够吸收大部分地震能量，有效减少柱肢的损伤，震后只需对耗能波纹钢连梁进行更换，无需修复双柱式钢管混凝土桥墩主体结构，可快速恢复桥墩正常使用功能。

附图说明

图1是发明整体结构示意图。

图2是双柱墩横截面示意图。

图3是耗能波纹钢连梁与圆钢管混凝土墩柱节点示意图。

图4是可更换耗能波纹钢连梁示意图。

附图标记：钢管混凝土墩柱1，可更换耗能波纹钢连梁2，节点3，承台4，盖梁5，加劲肋6，高强螺栓7，端板8，连接板9，波纹耗能段10，加强连接段11，螺栓12，上翼缘13，下翼缘14，耗能波纹钢腹板15。

具体实施方式

结合实施例附图，对本发明进行详细说明：

如图1所示的带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩包括：盖梁5、墩柱1和承台4，盖梁5和承台4之间并列设置两根墩柱，两个墩柱之间横向间隔设置多个可更换耗能波纹钢连梁2。

如图1所示，在此具体实施例中，墩柱为钢管混凝土墩柱1，钢管混凝土墩柱1与承台4固定连接，钢管混凝土墩柱1底部双面角焊多个加劲肋6，钢管混凝土墩柱1与承台4之间用高强螺栓7连接。钢管内壁设置栓钉，提高混凝土与钢管壁之间的连接。钢管混凝土墩柱1抗震性能优异，施工效率高。

如图1-3所示，在此具体实施例中，可更换耗能波纹钢连梁2与两墩柱1之间通过节点3相连。节点3包括端板8和连接板9，端板8为工字钢梁，端板8和连接板9上分别开设螺栓洞口。端板8与钢管混凝土桥墩1之间通过焊接固定连接。

如图4所示，在此具体实施例中，可更换耗能波纹钢连梁2包括可更换的波纹耗能段10，波纹耗能段10的两端分别设置有加强连接段11，通过两端的两个加强连接段11实现可更换耗能波纹钢连梁2与两个墩柱1的固定连接，加强连接段11起到连接和加强支承的作用。波纹耗能段10与加强连接段11之间通过焊接固定连接，施工简单，传力明确可靠。加强连接段11所选用的钢材强度和厚度大于波纹耗能段10所选用的钢材强度和厚度。地震时可实现可更换耗能波纹钢连梁2的损伤和变形主要集中在耗能段上，从而减轻对桥墩整体损伤和破坏。震后通过更换可更换耗能波纹钢连梁2，使得该桥墩能够快速修复，减少桥墩恢复正常使用功能的时间，有效提高了救灾效率。

如图4所示，在此具体实施例中，加强连接段11为工字钢梁，加强连接段11上开设螺栓洞口。加强连接段11采用工字钢梁，施工方便，传力明确可靠，可直接采购适合尺寸，节省施工成本，提高施工效率。

如图3所示，在此具体实施例中，加强连接段11和端板8通过连接板9由螺栓12连接。螺栓12连接便于可更换耗能波纹钢连梁2的快速安装和更换，提高施工效率，减少该桥墩正常使用功能恢复时间。

如图4所示，在此具体实施例中，波纹耗能段10包括上翼缘13、下翼缘14和耗能波纹钢腹板15，上翼缘13、下翼缘14和耗能波纹钢腹板15通过焊接固定连接。耗能波纹钢腹板15具有较高的屈曲稳定性、平面外刚度以及侧向刚度，具有较高的抗剪承载力、面外稳定性和耗能能力，其全截面均可达到剪切屈服，材料利用率高。

本发明带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩的具体施工步骤如下：

(4)钢管混凝土墩柱1可采用预制方式施工，钢管混凝土墩柱1底面焊接多个加劲肋6，在设计安装可更换耗能波纹钢连梁2的钢管混凝土墩柱1侧面位置焊接端板8，用于连接可更换耗能波纹钢连梁2。

(5)承台4可采用现浇或预制的方式施工。在承台4顶面预留高强螺栓连接孔，用于钢管混凝土墩柱1与承台4的高强螺栓7连接固定。

(6)可更换耗能波纹钢连梁2在承台4和双柱式钢管混凝土墩柱施工完毕后进行安装，与端板8通过连接板9进行螺栓12连接。

Claims (5)

1.一种带可更换耗能波纹钢连梁的双柱式钢管混凝土桥墩，包括盖梁、墩柱和承台，所述的盖梁和所述的承台之间并列设置两根墩柱，其特征在于，所述的两个墩柱之间横向间隔设置至少一个可更换耗能波纹钢连梁，每个可更换耗能波纹钢连梁包括可更换的波纹耗能段和加强连接段，所述的波纹耗能段包括上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板，所述的上翼缘、下翼缘和耗能波纹钢腹板固定连接，可更换耗能波纹钢连梁与墩柱之间通过节点相连。

2.根据权利要求1所述的双柱式钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述的加强连接段为工字钢梁。

3.根据权利要求1所述的双柱式钢管混凝土桥墩，其特征在于，加强连接段设置在波纹耗能段的两端。

4.根据权利要求1所述的双柱式钢管混凝土桥墩，其特征在于，所述的钢管混凝土墩柱底部双面角焊多个加劲肋，所述的钢管混凝土墩柱与所述的承台之间用高强螺栓连接。

5.权利要求1所述的双柱式钢管混凝土桥墩的施工方法，其特征在于，

(1)钢管混凝土墩柱采用预制方式施工，钢管混凝土墩柱底面焊接多个加劲肋，在设计安装可更换耗能波纹钢连梁的钢管混凝土墩柱侧面位置焊接端板，用于连接可更换耗能波纹钢连梁；

(2)承台采用现浇或预制的方式施工，在承台顶面预留高强螺栓连接孔，用于钢管混凝土墩柱与承台的高强螺栓连接固定；

(3)可更换耗能波纹钢连梁在承台和双柱式钢管混凝土墩柱施工完毕后进行安装，与端板通过连接板进行螺栓连接。

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