CN113174842A - 一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥墩横梁领域，具体是涉及一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁。分体式耗能抗震组合型桥墩横梁包括中部横梁和位于中部横梁两端的端部横梁，所述端部横梁的横截面积小于中部横梁的横截面积，且端部横梁的刚度小于中部横梁的刚度，所述中部横梁与端部横梁构成可拆卸式配合；使用时，端部横梁与桥墩结构相连接。在发生地震时，横梁与桥墩相连接的两端往往是受损比较严重的部分，而中部在地震之后往往还可以继续使用。因此，本发明将位于横梁两端的端部横梁与中间的中部横梁设计成可拆卸式的配合结构，只需要更换破坏的端部横梁而保留中部横梁继续使用，从而达到节约材料的目的。

Description

一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁

技术领域

本发明涉及桥墩横梁领域，具体是涉及一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁。

背景技术

桥墩主要起到支撑其上部桥梁的作用，以便车辆在桥梁上行驶。在桥墩上安装横梁，可以增加整个桥墩的稳定性。

在地震作用下，桥墩发生扭曲变形，导致与桥墩相连接的横梁也发生扭曲变形而遭到破坏，但是横梁的破坏位置主要集中在横梁的两端处，即横梁与桥墩相连接的两端往往是受损比较严重的部位。

现有的横梁为一体式结构，导致每次横梁被地震破坏时都必须进行整体式更换，以此增大了更换的难度以及造成了材料的浪费。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，可以只更换横梁被破坏的部分，从而降低了更换难度以及避免了材料的浪费。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，包括中部横梁和位于中部横梁两端的端部横梁，所述端部横梁的横截面积小于中部横梁的横截面积，且端部横梁的刚度小于中部横梁的刚度，所述中部横梁与端部横梁构成可拆卸式配合；

使用时，端部横梁与桥墩结构相连接。

进一步，所述端部横梁横截面积为中部横梁横截面积的2/3～5/6；每个端部横梁长度为中部横梁长度的1/5～1/4。

进一步优选的，所述端部横梁包括钢管和填充在钢管内部的混凝土；所述钢管的横截面积小于中部横梁的横截面积；所述钢管朝向中部横梁的端部设置有第三对接板，所述第三对接板与中部横梁构成可拆卸式配合；所述钢管用于与桥墩结构相连接的端部设置有第二对接板，所述第二对接板与桥墩结构构成可拆卸式配合。

更进一步优选的，所述钢管内部设置有第一加劲肋条，所述第一加劲肋条为沿着钢管长度方向延伸的十字架结构。

更进一步优选的，第二对接板和第三对接板之间还设有第二加劲肋条，多根第二加劲肋条均平行于钢管长度方向的分布在钢管外周。

更进一步优选的，第二对接板、第三对接板结合两根沿着钢管外周方向上相邻的两根第二加劲肋条构成矩形框，所述矩形框的对角线上均设有用于阻尼耗能的阻尼连接件，所述阻尼连接件的两端分别连接第二对接板和第三对接板。

更一步优选的，所述中部横梁包括由箍筋和纵筋组成的钢筋网，以及填充和包裹钢筋网的混凝土；所述钢筋网的端部设置有第一对接板，所述第一对接板与第三对接板构成面贴合。

更一步优选的，第一对接板上设有用于与中部横梁内部混凝土咬合的剪力钉，钢管内壁上设有用于与钢管内部混凝土咬合的剪力钉；所述钢管采用圆形管。

更进一步优选的，分体式耗能抗震组合型桥墩横梁安装在桥墩结构上的高度为整个桥墩结构高度的2/3～3/4。

进一步优选的，所述桥墩结构包括竖向设置的并排分布的桥墩主体，所述桥墩主体的内部固定有预埋件，位于装配式横梁两端部的第二对接板与预埋件构成可拆卸式配合。

本发明的有益效果如下：

(1)在发生地震时，横梁与桥墩相连接的两端往往是受损比较严重的部分，而中部在地震之后往往还可以继续使用。因此，本发明将位于横梁两端的端部横梁与中间的中部横梁设计成可拆卸式的配合结构，只需要更换破坏的端部横梁而保留中部横梁继续使用，从而达到节约材料的目的。

(2)全钢管混凝土横梁具有较高的强度，能够增加截面的延性与耗能性能，但其造价成本较高。钢筋混凝土造价成本低，但其截面的延性和耗能性低。因此，本发明的桥墩横梁为钢管混凝土梁与普通钢筋混凝土梁组合使用的可更换组合结构，既能增加桥墩横梁的延性与耗能性能，又能降低桥墩的造价成本。

(3)本发明中的端部横梁和中部横梁，均由工厂预制，施工现场通过螺栓进行连接，可使作为端部横梁的钢管混凝土、作为中部横梁的钢筋混凝土、桥墩三者之间复合式的形成一个整体。该桥墩横梁遭到破坏之后可对破坏段进行拆卸与重新安装，达到桥墩横梁的装配化施工与可更换性。

(4)更换端部横梁的难度要小于更换中部横梁的难度，因此在地震中二者之间如果必须有一个受到损坏，应该尽量将损坏位置控制在端部横梁处。本发明中部横梁两端钢板与其内部纵筋通过焊接连接，中部横梁内部的纵筋和箍筋形成的钢筋网与左右端钢板形成一个整体，增加了耗能性和整体安全性。

(5)本发明端部横梁的横截面积小于中部横梁的横截面积，且端部横梁的刚度小于中部横梁。在保证抗震性能的前提下，减小端部横梁的截面尺寸，而截面尺寸减小，可以降低端部横梁整体刚度。这样的设计使得横梁中间“刚”两端“弱”，在地震荷载或其他荷载作用下，横梁的变形位置向端部横梁处移动，桥墩横梁的端部横梁先发生破坏，从而保留难以更换的中部横梁。

另外，本发明端部横梁的横截面积小于中部横梁的横截面积，给螺栓预留了安装空间，使得上述两段横梁通过螺栓构成可拆卸式配合。

(6)本发明的端部横梁采用钢管混凝土横梁，荷载作用下端部横梁发生整体断裂式破损而非局部粉碎性破损，便于拆卸和安装，以达到更换破损的端部横梁的目的。

(7)本发明端部横梁采用钢管混凝土，第二对接板、第三对接板、第二加劲肋条和阻尼连接件构成包裹钢管混凝土的外围框架，钢管混凝土与外围框架共同形成框架-核心筒结构。框架-核心筒结构有利于结构受力，并具有极优的抗震性，钢管内十字形加劲肋能够增加其刚度，钢管内部设置的剪力钉能够增大钢管和混凝土之间的咬合力，提高牢固性。

(8)阻尼连接件采用软钢，屈服点较低，在地震作用下具有良好的滞回性能，能够在一定程度上耗散输入的地震能量。作为第二加劲肋条的角钢在正常使用情况下作为支撑构件，在极限状态下，也可作为耗能构件发挥作用，从而大大降低了更换频率。

附图说明

图1为桥墩横梁整体构造图；

图2为端部横梁构造图；

图2(a)为端部横梁横断面图；

图3为中部横梁结构示意图；

图4为本发明的中部横梁中的钢筋网的结构图；

图5为图3中第一对接板和第三对接板连接示意图；

图6为本发明的横梁安装到桥墩结构上的示意图；

图7为本发明的第二对接板与桥墩结构上的板结构的预埋件连接示意图。

图中标注符号的含义如下：

1-中部横梁11-箍筋12-纵筋13-第一对接板

2-端部横梁21-钢管22-第二对接板23-第三对接板24-第一加劲肋条25-剪力钉26-灌浆孔27-第二加劲肋条28-阻尼连接件

3-螺栓4-螺母

5-桥墩结构51-桥墩主体52-预埋件

53-承重台

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。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。

一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁

本实施方式提出的一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁包括中部横梁1和位于中部横梁1两端的端部横梁2，端部横梁2的横截面积小于中部横梁1的横截面积，且端部横梁2的刚度小于中部横梁1的刚度，中部横梁1与端部横梁2构成可拆卸式配合。下面分别对其进行说明。

中部横梁

如图1和图4所示，中部横梁1包括由箍筋11和纵筋12组成的钢筋网，以及填充和包裹钢筋网的混凝土。

本实施方式中，钢筋网的两个端部均设置有第一对接板13，以便通过第一对接板13实现中部横梁1与端部横梁2的连接。具体的，第一对接板13和纵筋12焊接连接，纵筋12沿着中部横梁1的长度方向延伸。

端部横梁

如图1和图2所示，端部横梁2的数量为两组，每一组端部横梁2均包括钢管21和填充在钢管21内部的混凝土，钢管21朝向中部横梁1的端部安装有第三对接板23，第三对接板23上开设有与钢管21内部连通的灌浆孔26，通过灌浆孔26可以将预制的混凝土浇筑到钢管21内。

钢管21用于与桥墩结构5相连接的端部固定有第二对接板22，第二对接板22与桥墩结构5构成可拆卸式配合。

如图1所示，端部横梁2横截面积为中部横梁1横截面积的2/3～5/6。具体的，端部横梁2横截面积指的是钢管21的横截面积。每个端部横梁2长度为中部横梁1长度的1/5～1/4。

如图2(a)所示，钢管21内部设置有第一加劲肋条24。具体的，第一加劲肋条24实现为位于钢管21内周并沿着钢管21长度方向延伸的十字架结构，即，该第一加劲肋条24沿着钢管21长度方向延伸，且该第一加劲肋条24在钢管31圆截面上的投影为十字架结构。进一步的该十字架结构的四个端部均抵靠钢管21内壁，以提供内部支撑。

如图2(a)所示，钢管21内壁上设有剪力钉25，以增加钢管21和钢管21内部的混凝土的咬合力。具体的，本实施方式中，钢管21采用圆管，钢管21内壁上的剪力钉25沿钢管21内周分布。

如图2所示，第二对接板22和第三对接板23之间还设有第二加劲肋条27，多根第二加劲肋条27均平行于钢管21长度方向的分布在钢管21外周，且第二加劲肋条27的两端分别连接第二对接板22和第三对接板23。具体的，第二对接板22和第三对接板23采用矩形钢板，第二加劲肋条27采用角钢。本实施方式中，第二对接板22和第三对接板23之间设有四根第二加劲肋条27，四根第二加劲肋条27位于第二对接板22和第三对接板23的四对角点之间。

如图2所示，第二对接板22、第三对接板23结合两根沿着钢管21外周方向上相邻的两根第二加劲肋条27构成矩形框，所述矩形框的对角线上均设有阻尼连接件28，以通过阻尼连接件28实现端部桥梁2的内部耗能。具体的，阻尼连接件28的两端分别连接第二对接板22和第三对接板23。本实施方式中，阻尼连接件28采用软钢，以实现阻尼连接件28的屈服点低于第二加劲肋条27的屈服点，在通过第二加劲肋条27保证端部横梁2结构稳定的情况下，通过阻尼连接件28提高内部耗能。

本实施方式中，第二对接板22、第三对接板23、第二加劲肋条27和阻尼连接件28构成包裹在钢管21外周的框架结构，通过该框架结构与钢管21以及钢管21内混凝土的配合，形成框架-核心筒结构，进一步保证了端部横梁2的结构稳定性。

本实施方式中，第一对接板13和第三对接板23通过螺栓3和螺母4进行固定连接。具体的，第一对接板13的板面上靠近其边部的位置处沿环形固定有螺栓3，该螺栓3穿过第三对接板23上的预留孔，将螺母4拧紧在螺栓3上，第三对接板23便和第一对接板13贴合在一起。本实施方式中，所述螺栓3沿环形分布在钢管21的外侧。

具体实施时，第一对接板13、第二对接板22和第三对接板23均采用钢板。

桥墩结构

如图6所示，桥墩结构5包括固定在地面上的承重台53，竖向固定在承重台53上的两个桥墩主体51，每个桥墩主体51的内部均设置有预埋件52，以便通过预埋件52与第二对接板22的连接，实现端部横梁2与桥墩主体51的连接。具体实施时，预埋件52可采用板结构，也可采用如图7所示的套筒结构。

使用时，首先将整个横梁固定在某一位置处，该位置距离地面的高度为整个桥墩结构5高度的2/3～3/4，然后将横梁的第二对接板22通过螺栓3固定到桥墩结构5的预埋件52上，以此完成本发明横梁的安装。当横梁的端部横梁2因地震发生破损时，可通过螺栓3将端部横梁2从桥墩结构5和中部横梁1上拆卸下来，以进行更换。

Claims (10)

1.一种分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：包括中部横梁(1)和位于中部横梁(1)两端的端部横梁(2)，所述端部横梁(2)的横截面积小于中部横梁(1)的横截面积，且端部横梁(2)的刚度小于中部横梁(1)的刚度，所述中部横梁(1)与端部横梁(2)构成可拆卸式配合；

使用时，端部横梁(2)与桥墩结构(5)相连接。

2.如权利要求1所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：所述端部横梁(2)横截面积为中部横梁(1)横截面积的2/3～5/6；每个端部横梁(2)长度为中部横梁(1)长度的1/5～1/4。

3.如权利要求1所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：所述端部横梁(2)包括钢管(21)和填充在钢管(21)内部的混凝土；所述钢管(21)的横截面积小于中部横梁(1)的横截面积；所述钢管(21)朝向中部横梁(1)的端部设置有第三对接板(23)，所述第三对接板(23)与中部横梁(1)构成可拆卸式配合；所述钢管(21)用于与桥墩结构(5)相连接的端部设置有第二对接板(22)，所述第二对接板(22)与桥墩结构(5)构成可拆卸式配合。

4.如权利要求3所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：所述钢管(21)内部设置有第一加劲肋条(24)；所述第一加劲肋条(24)为沿着钢管(21)长度方向延伸的十字架结构。

5.如权利要求3所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：第二对接板(22)和第三对接板(23)之间还设有第二加劲肋条(27)，多根第二加劲肋条(27)均平行于钢管(21)长度方向的分布在钢管(21)外周。

6.如权利要求5所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：第二对接板(22)、第三对接板(23)结合两根沿着钢管(21)外周方向上相邻的两根第二加劲肋条(27)构成矩形框，所述矩形框的对角线上均设有用于阻尼耗能的阻尼连接件(28)，所述阻尼连接件(28)的两端分别连接第二对接板(22)和第三对接板(23)。

7.如权利要求3所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：所述中部横梁(1)包括由箍筋(11)和纵筋(12)组成的钢筋网，以及填充和包裹钢筋网的混凝土；所述钢筋网的端部设置有第一对接板(13)，所述第一对接板(13)与第三对接板(23)构成面贴合。

8.如权利要求7所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：第一对接板(13)上设有用于与中部横梁(1)内部混凝土咬合的剪力钉(25)，钢管(21)内壁上设有用于与钢管(21)内部混凝土咬合的剪力钉(25)；所述钢管(21)采用圆形管。

9.如权利要求1所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：分体式耗能抗震组合型桥墩横梁安装在桥墩结构(5)上的高度为整个桥墩结构(5)高度的2/3～3/4。

10.如权利要求9所述的分体式耗能抗震组合型桥墩横梁，其特征在于：所述桥墩结构(5)包括竖向设置的并排分布的桥墩主体(51)，所述桥墩主体(51)的内部固定有预埋件(52)，位于装配式横梁两端部的第二对接板(22)与预埋件(52)构成可拆卸式配合。

Images