CN111254816A - 一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，包含混凝土墩体，所述墩体包含外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼包含第一纵筋和第一箍筋，所述第一纵筋沿所述墩体通长设置，所述外圈钢筋笼底面与承台顶面之间具有间隙，所述间隙中设有砂浆垫层，所述内圈钢筋笼包含第二纵筋和第二箍筋，所述内圈钢筋笼底部伸入所述承台。采用本结构在铁路桥梁正常运营和小震作用下，桥墩能够满足列车正常运营的刚度需求，在大震作用下，在墩底形成塑性铰，耗散地震能量，实现桥墩的延性抗震设计，提高了传统铁路桥墩延性变形能力和地震耗能能力，震后能够快速修复砂浆垫层，使桥墩恢复到地震前的尺寸和刚度，保证震后行车安全，为震后救援赢得宝贵时间。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩。
背景技术
国内外对钢筋混凝土桥墩的延性性能、恢复力模型、性能指标和地震下的损伤、破坏进行了许多研究，已取得大量研究成果。但这些研究主要是针对墩柱刚度较小的公路桥墩。对于铁路桥墩，为满足铁路正常运营需求，规范规定铁路桥墩刚度要求较大，常常是公路桥墩的数十倍，其桥墩截面尺寸也较大，在地震作用下往往保持弹性状态，很难进入延性状态，导致地震时分配的地震力较大，传递到桩基础的地震力也较大，间接使桩基础设计难度加大。此外，铁路桥一旦在地震中发生损伤破坏，如开裂、倾斜变形、桥墩剪断等破坏，基本难以进行修复，只能重新修建新的桥墩，因此铁路桥墩地震破坏后修复难度大、时间长，导致震后救灾非常困难，无法短时间的实现桥梁的灾后运营，严重影响震后救援工作。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的铁路桥墩刚度较大，在地震作用下难以进入延性状态，延性变形能力差，一旦破坏后修复困难、修复周期长的上述不足，提供一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩。
为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，包含混凝土墩体，所述墩体包含外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼包含第一纵筋和第一箍筋，所述第一纵筋沿所述墩体通长设置，所述外圈钢筋笼底面与承台顶面之间具有间隙，所述间隙中设有砂浆垫层，所述内圈钢筋笼包含第二纵筋和第二箍筋，所述内圈钢筋笼底部伸入所述承台。
采用本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，所述混凝土墩体中设有外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼和内圈钢筋笼的钢筋数量、钢筋直径、钢筋强度、所述内圈钢筋笼相对的外圈钢筋笼的内缩距离、垫层厚度、垫层强度、垫层面积等设计参数根据不同地震烈度下桥墩的延性需求和刚度需求进行设计，所述内圈钢筋笼下部伸入所述承台中进行锚固、上部在所述墩体中的深度满足现行规范要求的锚固深度即可，所述内圈钢筋笼的内缩设置，使墩底截面弹性刚度不变的情况下，屈服强度降低，提高桥墩延性变形能力；所述外圈钢筋笼设于所述墩体中，其底面与所述承台顶面具有间隙，即所述外圈钢筋笼下部未伸入所述承台中，间隙处填充有所述砂浆垫层，与混凝土部分衔接形成密实的所述墩体，所述砂浆垫层不含碎石，抗压强度高，以利于满足平时运营刚度需要。在地震作用下，当墩底的砂浆垫层开裂，桥墩墩底截面尺寸减小，刚度减小，桥墩形成塑性铰，使得桥墩摆动耗能减少地震响应，随着桥墩在往复地震荷载作用下的摆动，所述砂浆垫层会被压碎，但所述内圈钢筋笼所在的截面区域能够发挥塑性铰作用，有效将桥墩破坏控制在墩底塑性铰部位，提高桥墩的地震耗能能力，同时保证桥墩不发生倒塌。并且能够根据参数设计控制桥梁塑性铰的承载能力和变形耗能能力，使上部结构传递到墩底的地震力将明显降低，使桩基础在大地震作用下所受的地震力减少，进而设计桩基时可以减少桩基的工程量，节省造价。当地震过后，可以将所述砂浆垫层的剩余部分凿除，并重新灌注砂浆形成新的砂浆垫层。本装置在铁路桥梁正常运营和小震作用下，桥墩能够保持足够的刚度，满足列车正常运营的刚度需求，小震作用下，桥墩保持弹性不发生损伤，在大地震作用下，桥墩的极限承载力降低，有效降低桥墩承受的地震力，间接降低桩基础的地震力，保护了桩基础，同时，墩底以上截面的刚度均较大，只在墩底垫层处截面因砂浆垫层开裂后减小刚度，使得墩底形成了塑性铰，导致桥墩发生延性变形，有效耗散地震能量，实现桥墩的延性抗震设计，提高了传统铁路桥墩延性变形能力和地震耗能能力，震后能够通过重新灌注砂浆快速修复桥墩截面，使桥墩恢复到地震前的尺寸和刚度，保证震后铁路桥梁的行车安全，为震后救援工作赢得宝贵时间。
优选的，所述第一纵筋底部具有弯折段，所述弯折段底面与所述承台顶面之间具有所述间隙。
进一步优选的，所述间隙的厚度适配保护层厚度与砂浆垫层厚度之和，所述砂浆垫层的厚度为2cm-10cm，所述砂浆垫层沿所述内圈钢筋笼的保护层外侧设置。
即所述砂浆垫层的设置宽度从所述内圈钢筋笼的保护层外侧延伸至所述墩体外侧面，所述砂浆垫层顶面连接所述外圈钢筋笼底面保护层，所述砂浆垫层底面连接所述承台顶面，利于所述墩体的布筋设计和震后修复。
进一步优选的，所述弯折段为90度弯钩。
采用上述设置方式，益于提高弯折段处的受力性能，提高墩底以上截面在地震作用下的稳定性。
优选的，所述墩体具有中空腔体，所述中空腔体具有倒角，所述倒角处设有斜筋。
采用上述设置方式，即所述墩体采用中空结构，有效节省材料，减轻桥墩自重，降低成本，提高刚度，在倒角处的实心部分中设置所述斜筋有利于提高墩体变截面处的受力性能。
进一步优选的，所述内圈钢筋笼在所述墩体中的锚固深度适配所述中空腔体的下方实心段的高度。
进一步优选的，所述外圈钢筋笼包含至少两层所述第一纵筋，每层所述第一纵筋上均匀设置有若干所述第一箍筋，最内层的所述第一纵筋和最外层的所述第一纵筋之间连接有第一拉筋，所述第一拉筋沿所述第一纵筋的长度方向均匀设置。
采用上述设置方式，以便于保证中空薄壁结构的受力性能，所述第一纵筋的排数根据设计需求确定。
进一步优选的，所述内圈钢筋笼包含至少两层所述第二纵筋，每层所述第二纵筋上均匀设置有若干所述第二箍筋，最内层的所述第二纵筋和最外层的所述第二纵筋之间连接有第二拉筋，所述第二拉筋沿所述第二纵筋的长度方向均匀设置。
进一步优选的，最内层的所述第二箍筋与最外层的所述第一箍筋之间连接有第三拉筋。
进一步优选的，所述中空腔体下方的实心段还包含交错设置的第四拉筋，所述第四拉筋的两端均连接于最外层的所述第一箍筋。
综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，在铁路桥梁正常运营和小震作用下，桥墩能够保持足够的刚度，满足列车正常运营的刚度需求，小震作用下，桥墩保持弹性不发生损伤，在大地震作用下，桥墩的极限承载力降低，有效降低桥墩承受的地震力，间接降低桩基础的地震力，保护了桩基础，同时，墩底以上截面的刚度均较大，只在墩底间隙处截面因外侧混凝土破坏后减小刚度，使得墩底设置了塑性铰，导致桥墩发生延性变形，有效耗散地震能量，实现桥墩的延性抗震设计，提高了传统铁路桥墩延性变形能力和地震耗能能力，震后能够通过重新灌注砂浆快速修复桥墩截面，使桥墩恢复到地震前的尺寸和刚度，保证震后铁路桥梁的行车安全，为震后救援工作赢得宝贵时间。
附图说明：
图1为本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩横桥向的半剖图；
图2为本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩纵桥向的半剖图；
图3为图1中A-A处的断面图；
图4为图1中B-B处的钢筋布置示意图；
图5为图1中C-C处的钢筋布置示意图。
图中标记：11-第一纵筋，12-第一箍筋，2-承台，31-第二纵筋，32-第二箍筋，41-第一拉筋，42-第二拉筋，43-第三拉筋，44-第四拉筋，5-中空腔体，6-斜筋，7-砂浆垫层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，如图1-5所示，一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，包含混凝土墩体，所述墩体的形状并不限制，所述墩体的截面形状仅为示例，也可以采用如圆形截面，所述墩体中设有外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼包含第一纵筋11和第一箍筋12，所述第一纵筋11沿所述墩体通长设置，所述第一箍筋12沿所述第一纵筋11均匀设置，所述外圈钢筋笼底面与所述承台2顶面之间具有间隙，所述间隙中设有砂浆垫层7；所述内圈钢筋笼设于所述墩体底部，所述内圈钢筋笼包含第二纵筋31和第二箍筋32，所述第二箍筋32沿所述第二纵筋31均匀设置，所述内圈钢筋笼底部伸入所述承台2。
具体的，混凝土的所述墩体包含外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼和内圈钢筋笼的钢筋数量、钢筋直径、钢筋强度、所述内圈钢筋笼相对的外圈钢筋笼的内缩距离、垫层厚度、垫层强度、垫层面积等设计参数根据不同地震烈度下桥墩的延性需求和刚度需求进行设计，所述外圈钢筋笼底面与所述承台2顶面之间具有间隙，所述外圈钢筋笼下部未伸入所述承台2中，优选的，所述第一纵筋11底部具有弯折段，所述弯折段为90度弯钩，益于提高弯折段处的受力性能，提高墩底弯折段以上截面在地震作用下的稳定性，当然，也可以为现行设计规范上的其他角度，如45度，所述弯折段的长度参照现行设计规范要求，所述弯折段底面与所述承台2顶面之间具有所述间隙。优选的，所述间隙的厚度适配保护层厚度与砂浆垫层7厚度之和，所述保护层厚度参照现行设计规范要求，所述砂浆垫层7的厚度为2cm-10cm，以保证具有足够的位置形成塑性铰，所述砂浆垫层7顶面连接所述外圈钢筋笼底面保护层，所述砂浆垫层7底面连接所述承台2顶面，所述砂浆垫层7内侧连接所述内圈钢筋笼的保护层外侧，所述砂浆垫层7外侧与所述墩体外侧面齐平，如图5所示，以形成填充密实、截面尺寸统一的所述墩体，有效满足平时运营刚度需要，并且便于施工，优选的，先施工所述墩体的混凝土，再施工所述砂浆垫层7。
所述墩体具有中空腔体5，所述中空腔体5上、下方均为实心部分，所述中空腔体5具有倒角，所述倒角处的混凝土中设有斜筋6，即所述墩体采用中空结构，有效节省材料，减轻桥墩自重，降低成本，提高刚度，在倒角处的实心部分中设置所述斜筋6有利于提高墩体变截面处的受力性能。
所述墩体的上实心部分仅设置所述外圈钢筋笼，所述墩体设有所述中空腔体5的对应高度处的也仅设置所述外圈钢筋笼，所述墩体的下实心部分设置有所述外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，但并不限制所述内圈钢筋笼在所述墩体中的设置深度适配所述下实心部分的高度，满足现行设计规范要求的锚固深度即可，优选的，所述内圈钢筋笼在所述墩体中的锚固深度适配所述中空腔体5的下方实心段的高度，所述内圈钢筋笼下部伸入所述承台2中进行锚固，锚固深度参照现行设计规范的锚固深度要求，所述墩体可以和承台2一体成型浇筑。所述外圈钢筋笼包含至少两层所述第一纵筋11，以便于保证中空薄壁结构的受力性能，所述第一纵筋11的层数根据设计需求确定，本实施例仅示例两层，参见图1-4，每排所述第一纵筋11上均匀设置有若干所述第一箍筋12，两层相邻两个所述第一纵筋11之间连接有第一拉筋41，所述第一拉筋41沿所述第一纵筋11的长度方向均匀设置，在设有所述斜筋6处的所述第一拉筋41内侧与斜筋6绑扎。所述内圈钢筋笼包含至少两层所述第二纵筋31，所述第二纵筋31的层数根据设计需求确定，本实施例也仅示例两层，参见图1、2、4和5，每层所述第二纵筋31上均匀设置有若干所述第二箍筋32，两层相邻两个所述第二箍筋32之间连接有第二拉筋42。进一步的，最内层的所述第二箍筋32与最外层的所述第一箍筋12之间连接有第三拉筋43，参见图1-2。
优选的，所述中空腔体5下方的实心段还包含交错设置的第四拉筋44，所述第四拉筋44沿所述外圈钢筋笼纵向均匀分布，所述第四拉筋44的两端均连接于最外层的所述第一箍筋12，如图4所示。
采用本发明所述的一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，所述内圈钢筋笼的内缩设置，使墩底截面弹性刚度不变的情况下，屈服强度降低，相较于传统桥墩方案能够降低等效屈服弯矩和极限弯矩，显著改善桥墩延性变形能力；在铁路桥梁正常运营和小震作用下，桥墩保持足够的刚度，满足列车正常运营的刚度需求，小震作用下，桥墩保持弹性不发生损伤，在大震作用下，墩底砂浆垫层7处开裂并迅速扩展至所述内圈钢筋笼处，此时桥墩底部截面尺寸减小，导致刚度减小，桥墩墩底形成塑性铰，导致桥墩发生延性变形，有效耗散地震能量，实现桥墩的延性抗震设计，解决了传统铁路桥墩刚度与延性难以兼顾的难题，提高了传统铁路桥墩延性变形能力和地震耗能能力，并保护了桩基础，避免桥墩倒塌。同时，震后通过将所述砂浆垫层7的剩余部分凿除，并重新灌注砂浆的方式快速修复桥墩墩底截面，使桥墩恢复到地震前的尺寸和刚度，保证震后铁路桥梁的行车安全，而且修复难度低、时间短，为震后救援工作赢得宝贵时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可恢复的铁路桥梁延性构造墩，其特征在于，包含混凝土墩体，所述墩体包含外圈钢筋笼和内圈钢筋笼，所述外圈钢筋笼包含第一纵筋(11)和第一箍筋(12)，所述第一纵筋(11)沿所述墩体通长设置，所述外圈钢筋笼底面与承台(2)顶面之间具有间隙，所述间隙中设有砂浆垫层(7)，所述内圈钢筋笼包含第二纵筋(31)和第二箍筋(32)，所述内圈钢筋笼底部伸入所述承台(2)。
2.根据权利要求1所述的延性构造墩，其特征在于，所述第一纵筋(11)底部具有弯折段，所述弯折段底面与所述承台(2)顶面之间具有所述间隙。
3.根据权利要求2所述的延性构造墩，其特征在于，所述间隙的厚度适配保护层厚度与砂浆垫层(7)厚度之和，所述砂浆垫层(7)的厚度为2cm-10cm，所述砂浆垫层(7)沿所述内圈钢筋笼的保护层外侧设置。
4.根据权利要求2所述的延性构造墩，其特征在于，所述弯折段为90度弯钩。
5.根据权利要求1-4任一所述的延性构造墩，其特征在于，所述墩体具有中空腔体(5)，所述中空腔体(5)具有倒角，所述倒角处设有斜筋(6)。
6.根据权利要求5所述的延性构造墩，其特征在于，所述内圈钢筋笼在所述墩体中的锚固深度适配所述中空腔体(5)的下方实心段的高度。
7.根据权利要求5所述的延性构造墩，其特征在于，所述外圈钢筋笼包含至少两层所述第一纵筋(11)，每层所述第一纵筋(11)上均匀设置有若干所述第一箍筋(12)，最内层的所述第一纵筋(11)和最外层的所述第一纵筋(11)之间连接有第一拉筋(41)。
8.根据权利要求7所述的延性构造墩，其特征在于，所述内圈钢筋笼包含至少两层所述第二纵筋(31)，每层所述第二纵筋(31)上均匀设置有若干所述第二箍筋(32)，最内层的所述第二纵筋(31)和最外层的所述第二纵筋(31)之间连接有第二拉筋(42)。
9.根据权利要求8所述的延性构造墩，其特征在于，最内层的所述第二箍筋(32)与最外层的所述第一箍筋(12)之间连接有第三拉筋(43)。
10.根据权利要求9所述的延性构造墩，其特征在于，所述中空腔体(5)的下方实心段还包含交错设置的第四拉筋(44)，所述第四拉筋(44)的两端均连接于最外层的所述第一箍筋(12)。
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