CN112502035A - 一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，包括承台，承台的上部左右两侧各安装有一钢管混凝土桥墩，钢管混凝土桥墩与承台之间设有挤压阻尼器；两侧的钢管混凝土桥墩之间安装有钢管混凝土盖梁，钢管混凝土盖梁的左右两端分别设有钢制抗剪耳板，钢制抗剪耳板的一端与钢管混凝土盖梁的中部焊接，其另一端通过螺栓与钢管混凝土桥墩固连；钢制抗剪耳板的上方设有钹形碟簧片，钹形碟簧片位于钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁之间；钢制抗剪耳板的下方设有防屈曲板组件，防屈曲板组件的一端通过螺栓与钢管混凝土桥墩固连，其另一端通过螺栓与钢管混凝土盖梁固连；通过设置三重耗能体系，方便了设计及施工，避免了强震下发生的损伤破坏。

Description

一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，特别是涉及一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩。
背景技术
双柱墩是桥梁工程的主要抗重力及侧向力构件，目前的双柱墩多为钢筋混凝土结构，其设计及施工中的困难包括：(1)盖梁与桥墩刚接，由于节点位置力学机理复杂，设计及分析极为困难。(2)为满足钢筋混凝土盖梁的设计要求，盖梁中配置了大量的钢筋，造成盖梁中钢筋密集，施工困难。(3)强震下，双柱墩震害严重，且震后不易修复，造成震后交通生命线工程中断。(4)由于双柱墩多为钢筋混凝土结构，现场施工困难，施工周期长，对周围环境和交通影响大。
综合上述背景，钢筋混凝土双柱墩设计及施工复杂，且在强震下很容易发生破坏。因此，亟需一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，能够解决现有钢筋混凝土双柱墩设计及施工复杂、强震下易发生损伤破坏的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，以解决上述现有钢筋混凝土双柱墩设计及施工复杂、强震下易发生损伤破坏的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：包括承台，所述承台的上部左右两侧各安装有一钢管混凝土桥墩，所述钢管混凝土桥墩与所述承台之间设有挤压阻尼器；
两侧的所述钢管混凝土桥墩之间安装有钢管混凝土盖梁，所述钢管混凝土盖梁的左右两端分别设有钢制抗剪耳板，所述钢制抗剪耳板的一端与所述钢管混凝土盖梁的中部焊接，其另一端通过螺栓与所述钢管混凝土桥墩固连；
所述钢制抗剪耳板的上方设有钹形碟簧片，所述钹形碟簧片位于所述钢管混凝土桥墩和所述钢管混凝土盖梁之间；
所述钢制抗剪耳板的下方设有防屈曲板组件，所述防屈曲板组件的一端通过螺栓与所述钢管混凝土桥墩固连，其另一端通过螺栓与所述钢管混凝土盖梁固连。
优选地，所述承台的上表面设有凹槽，所述凹槽内设有球面形钢垫板，所述球面形钢垫板的四周焊接有平面钢垫板，所述钢管混凝土桥墩的底部设有球冠形钢底座，所述球冠形钢底座的四周也焊接有平面钢垫板，所述球面形钢垫板和所述球冠形钢底座表面形状相适应；所述挤压阻尼器贯穿所述平板钢垫板与所述承台固定，且分布于所述钢管混凝土桥墩的周围。
优选地，所述球面形钢垫板和所述球冠形钢底座之间设有球面形聚四氟乙烯板。
优选地，所述挤压阻尼器包括钢圆筒，所述钢圆筒的中部内侧壁设有向内的凸起，所述凸起将所述钢圆筒的内部分隔为上空腔和下空腔，所述上空腔内可上下滑动地设有钢制上活塞，所述下空腔内可上下滑动地设有钢制下活塞，所述钢制上活塞和所述钢制下活塞中部固定有钢轴，所述钢轴贯穿所述钢圆筒的底部设置，且其下部外圆开设有螺纹并与所述承台相固定，所述钢圆筒内填充有形状记忆合金填充料，所述形状记忆合金填充料位于所述钢制上活塞和所述钢制下活塞之间。
优选地，所述钹形碟簧片为半球形壳体结构，且其四周设有平面段，4个所述钹形碟簧片设置于所述钢管混凝土桥墩和所述钢管混凝土盖梁之间，其中，中间2个所述钹形碟簧片的平面段部分相连接，边缘2个所述钹形碟簧片分别与相连的所述钹形碟簧片的半球形壳体部分相连接。
优选地，所述钹形碟簧片采用形状记忆合金材质。
优选地，所述防屈曲板组件包括拉压板，所述拉压板水平设置，其左端竖直固定有连接板，螺栓贯穿所述连接板与所述钢管混凝土桥墩连接，所述拉压板的下方设有防屈曲板，所述防屈曲板与所述拉压板之间设有聚四氟乙烯板，螺栓贯穿所述防屈曲板、所述聚四氟乙烯板和所述拉压板与所述钢管混凝土盖梁的底部连接。
本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
本发明提供的一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，包括承台，承台的上部左右两侧各安装有一钢管混凝土桥墩，钢管混凝土桥墩与承台之间设有挤压阻尼器；两侧的钢管混凝土桥墩之间安装有钢管混凝土盖梁，钢管混凝土盖梁的左右两端分别设有钢制抗剪耳板，钢制抗剪耳板的一端与钢管混凝土盖梁的中部焊接，其另一端通过螺栓与钢管混凝土桥墩固连；钢制抗剪耳板的上方设有钹形碟簧片，钹形碟簧片位于钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁之间；钢制抗剪耳板的下方设有防屈曲板组件，防屈曲板组件的一端通过螺栓与钢管混凝土桥墩固连，其另一端通过螺栓与钢管混凝土盖梁固连。
钢管混凝土桥墩与钢管混凝土盖梁间不再是刚接，而是通过钢制抗剪耳板、钹形碟簧片、防屈曲板组件将钢管混凝土桥墩与钢管混凝土盖梁连接。其中，钢制抗剪耳板由于在钢管混凝土盖梁的中部，主要承担钢管混凝土盖梁的剪力。钹形碟簧片和防屈曲板组件可联合承担一定的弯矩。整个体系受力机理更为明确，分析及设计更为简单。
强震下，钢管混凝土桥墩底部的球冠形钢底座及四周的平面钢垫板将发生摇摆反应，并引起挤压阻尼器、钹形碟簧片、防屈曲板组件发生变形并受力。挤压阻尼器、钹形碟簧片、防屈曲板组件共同耗能，形成三重耗能体系。
钹形碟簧片为串联放置，钹形碟簧片仅简单填充于钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁之间，只能受到挤压才能受力。也就是说，钢管混凝土盖梁左右两侧放置的2组钹形碟簧片，在地震下，始终只有一组受到挤压并耗能。
防屈曲板组件的主要受力部件是拉压板，防屈曲板不受力，是为了防止拉压板的受压屈曲而设置。防屈曲板组件通过螺栓与钢管混凝土桥墩、钢管混凝土盖梁连接，地震下，钢管混凝土盖梁左右两侧放置的2个防屈曲板组件将同时变形并耗能。
通过设计的所有防屈曲板组件中的拉压板屈服荷载之和等于1个钹形碟簧片的抗压屈服荷载，钹形碟簧片和防屈曲板组件形成了受力对，使钹形碟簧片和防屈曲板组件可承担一定的弯矩。
钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁本身均外包钢管，且钹形碟簧片和防屈曲板组件可传递的弯矩有限，使得钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁承担的弯矩均大大减少，可保证钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁在强震下不发生破坏。
钹形碟簧片本身为形状记忆合金制成，挤压阻尼器的关键受力部件为形状记忆合金填充料，钹形碟簧片和挤压阻尼器均具有良好的自复位功能，可保证体系在强震后的自复位能力。防屈曲板组件由于防屈曲板抑制了拉压板的屈曲，具有良好的耗能能力，且震后损坏的防屈曲板组件很容易替换。该体系具有地震损伤可控，强震后使用功能可快速恢复的优点。
现场施工时，该双柱墩除承台外，其余部件仅现场安装即可，避免了浇筑混凝土等湿作业，施工方便，施工周期短。
与传统的钢筋混凝土双柱墩相比，本发明具有以下5个突出优点：其一，受力机理简单且明确，便于分析及设计。其二，该双柱墩形成了三重耗能体系，耗能能力好。其三，该双柱墩抗震能力高，强震下不易发生破坏。其四，该双柱墩具有地震损伤可控，强震后使用功能可快速恢复的优点。其五，该双柱墩现场施工简单，施工周期短。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩结构示意图；
图2为本发明提供的一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩挤压阻尼器部分结构示意图；
图3为本发明提供的一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩防屈曲板组件部分结构示意图；
图中：1—承台，2—钢管混凝土桥墩，3—钢管混凝土盖梁，4—钢制抗剪耳板，5—螺栓，6—钹形碟簧片，7—球面形钢垫板，8—球面形聚四氟乙烯板，9—球冠形钢底座，10—平面钢垫板，11—挤压阻尼器，11-1—钢圆筒，11-2—钢制上活塞，11-3—钢制下活塞，11-4—钢轴，11-5—形状记忆合金填充料，11-6—上空腔，11-7—下空腔，11-8—螺纹，12—防屈曲板组件，12-1—拉压板，12-2—聚四氟乙烯板，12-3—防屈曲板，12-4—连接板。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，以解决现有钢筋混凝土双柱墩设计及施工复杂、强震下易发生损伤破坏的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例提供一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，如图1所示，包括承台1，承台1的上部左右两侧各安装有一钢管混凝土桥墩2，钢管混凝土桥墩2与承台1之间设有挤压阻尼器11；两侧的钢管混凝土桥墩2之间安装有钢管混凝土盖梁3，钢管混凝土盖梁3的左右两端分别设有钢制抗剪耳板4，钢制抗剪耳板4的一端与钢管混凝土盖梁3的中部焊接，其另一端通过螺栓5与钢管混凝土桥墩2固连；钢制抗剪耳板4的上方设有钹形碟簧片6，钹形碟簧片6位于钢管混凝土桥墩2和钢管混凝土盖梁3之间；钢制抗剪耳板4的下方设有防屈曲板组件12，防屈曲板组件12的一端通过螺栓5与钢管混凝土桥墩2固连，其另一端通过螺栓5与钢管混凝土盖梁3固连。
具体地，承台1的上表面设有凹槽，凹槽内设有球面形钢垫板7，球面形钢垫板7的四周焊接有平面钢垫板10，钢管混凝土桥墩2的底部设有球冠形钢底座9，球冠形钢底座9的四周也焊接有平面钢垫板10，球面形钢垫板7和球冠形钢底座9表面形状相适应；挤压阻尼器11贯穿平板钢垫板10与承台1固定，且分布于钢管混凝土桥墩2的周围。
进一步地，球面形钢垫板7和球冠形钢底座9之间设有球面形聚四氟乙烯板8。
进一步地，如图2所示，挤压阻尼器11包括钢圆筒11-1，钢圆筒11-1的中部内侧壁设有向内的凸起，凸起将钢圆筒11-1的内部分隔为上空腔11-6和下空腔11-7，上空腔11-6内可上下滑动地设有钢制上活塞11-2，下空腔11-7内可上下滑动地设有钢制下活塞11-3，钢制上活塞11-2和钢制下活塞11-3中部固定有钢轴11-4，钢轴11-4贯穿钢圆筒11-1的底部设置，且其下部外圆开设有螺纹11-8并与承台1相固定，钢圆筒11-1内填充有形状记忆合金填充料11-5，形状记忆合金填充料11-5位于钢制上活塞11-2和钢制下活塞11-3之间。
进一步地，钹形碟簧片6为半球形壳体结构，且其四周设有平面段，4个钹形碟簧片6设置于钢管混凝土桥墩2和钢管混凝土盖梁3之间，其中，中间2个钹形碟簧片6的平面段部分相连接，边缘2个钹形碟簧片6分别与相连的钹形碟簧片6的半球形壳体部分相连接。
进一步地，钹形碟簧片6采用形状记忆合金材质。
进一步地，如图3所示，防屈曲板组件12包括拉压板12-1，拉压板12-1水平设置，其左端竖直固定有连接板12-4，螺栓5贯穿连接板12-4与钢管混凝土桥墩2连接，拉压板12-1的下方设有防屈曲板12-3，防屈曲板12-3与拉压板12-1之间设有聚四氟乙烯板12-2，螺栓5贯穿防屈曲板12-3、聚四氟乙烯板12-2和拉压板12-1与钢管混凝土盖梁3的底部连接。
本发明提供的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，钢管混凝土桥墩与钢管混凝土盖梁间不再是刚接，而是通过钢制抗剪耳板、钹形碟簧片、防屈曲板组件将钢管混凝土桥墩与钢管混凝土盖梁连接。其中，钢制抗剪耳板由于在钢管混凝土盖梁的中部，主要承担钢管混凝土盖梁的剪力。钹形碟簧片和防屈曲板组件可联合承担一定的弯矩。整个体系受力机理更为明确，分析及设计更为简单。强震下，钢管混凝土桥墩底部的球冠形钢底座及四周的平面钢垫板将发生摇摆反应，并引起挤压阻尼器、钹形碟簧片、防屈曲板组件发生变形并受力。挤压阻尼器、钹形碟簧片、防屈曲板组件共同耗能，形成三重耗能体系。钹形碟簧片为串联放置，钹形碟簧片仅简单填充于钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁之间，只能受到挤压才能受力。也就是说，钢管混凝土盖梁左右两侧放置的2组钹形碟簧片，在地震下，始终只有一组受到挤压并耗能。防屈曲板组件的主要受力部件是拉压板，防屈曲板不受力，是为了防止拉压板的受压屈曲而设置。防屈曲板组件通过螺栓与钢管混凝土桥墩、钢管混凝土盖梁连接，地震下，钢管混凝土盖梁左右两侧放置的2个防屈曲板组件将同时变形并耗能。通过设计的所有防屈曲板组件中的拉压板屈服荷载之和等于1个钹形碟簧片的抗压屈服荷载，钹形碟簧片和防屈曲板组件形成了受力对，使钹形碟簧片和防屈曲板组件可承担一定的弯矩。钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁本身均外包钢管，且钹形碟簧片和防屈曲板组件可传递的弯矩有限，使得钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁承担的弯矩均大大减少，可保证钢管混凝土桥墩和钢管混凝土盖梁在强震下不发生破坏。钹形碟簧片本身为形状记忆合金制成，挤压阻尼器的关键受力部件为形状记忆合金填充料，钹形碟簧片和挤压阻尼器均具有良好的自复位功能，可保证体系在强震后的自复位能力。防屈曲板组件由于防屈曲板抑制了拉压板的屈曲，具有良好的耗能能力，且震后损坏的防屈曲板组件很容易替换。该体系具有地震损伤可控，强震后使用功能可快速恢复的优点。现场施工时，该双柱墩除承台外，其余部件仅现场安装即可，避免了浇筑混凝土等湿作业，施工方便，施工周期短。
本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：包括承台，所述承台的上部左右两侧各安装有一钢管混凝土桥墩，所述钢管混凝土桥墩与所述承台之间设有挤压阻尼器；
两侧的所述钢管混凝土桥墩之间安装有钢管混凝土盖梁，所述钢管混凝土盖梁的左右两端分别设有钢制抗剪耳板，所述钢制抗剪耳板的一端与所述钢管混凝土盖梁的中部焊接，其另一端通过螺栓与所述钢管混凝土桥墩固连；
所述钢制抗剪耳板的上方设有钹形碟簧片，所述钹形碟簧片位于所述钢管混凝土桥墩和所述钢管混凝土盖梁之间；
所述钢制抗剪耳板的下方设有防屈曲板组件，所述防屈曲板组件的一端通过螺栓与所述钢管混凝土桥墩固连，其另一端通过螺栓与所述钢管混凝土盖梁固连。
2.根据权利要求1所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述承台的上表面设有凹槽，所述凹槽内设有球面形钢垫板，所述球面形钢垫板的四周焊接有平面钢垫板，所述钢管混凝土桥墩的底部设有球冠形钢底座，所述球冠形钢底座的四周也焊接有平面钢垫板，所述球面形钢垫板和所述球冠形钢底座表面形状相适应；所述挤压阻尼器贯穿所述平板钢垫板与所述承台固定，且分布于所述钢管混凝土桥墩的周围。
3.根据权利要求2所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述球面形钢垫板和所述球冠形钢底座之间设有球面形聚四氟乙烯板。
4.根据权利要求2所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述挤压阻尼器包括钢圆筒，所述钢圆筒的中部内侧壁设有向内的凸起，所述凸起将所述钢圆筒的内部分隔为上空腔和下空腔，所述上空腔内可上下滑动地设有钢制上活塞，所述下空腔内可上下滑动地设有钢制下活塞，所述钢制上活塞和所述钢制下活塞中部固定有钢轴，所述钢轴贯穿所述钢圆筒的底部设置，且其下部外圆开设有螺纹并与所述承台相固定，所述钢圆筒内填充有形状记忆合金填充料，所述形状记忆合金填充料位于所述钢制上活塞和所述钢制下活塞之间。
5.根据权利要求1所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述钹形碟簧片为半球形壳体结构，且其四周设有平面段，4个所述钹形碟簧片设置于所述钢管混凝土桥墩和所述钢管混凝土盖梁之间，其中，中间2个所述钹形碟簧片的平面段部分相连接，边缘2个所述钹形碟簧片分别与相连的所述钹形碟簧片的半球形壳体部分相连接。
6.根据权利要求5所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述钹形碟簧片采用形状记忆合金材质。
7.根据权利要求1所述的含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩，其特征在于：所述防屈曲板组件包括拉压板，所述拉压板水平设置，其左端竖直固定有连接板，螺栓贯穿所述连接板与所述钢管混凝土桥墩连接，所述拉压板的下方设有防屈曲板，所述防屈曲板与所述拉压板之间设有聚四氟乙烯板，螺栓贯穿所述防屈曲板、所述聚四氟乙烯板和所述拉压板与所述钢管混凝土盖梁的底部连接。
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