CN113215967B - 一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥墩领域，具体公开了一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩；包括下桥墩结构、上桥墩结构和防撞抗震组件；所述的下桥墩结构和上桥墩结构构成可拆卸连接；所述的防撞抗震组件安装在下桥墩结构上，且由内至外依次设置为防撞层、抗震层和橡胶筒，用于桥墩防撞抗震。所述的防撞层由均匀排布在下桥墩上的横向波纹板块排列构成；所述的抗震层由竖向波纹板块排列构成；所述的横向波纹板块与竖向波纹板块连接；所述的橡胶筒套装在横向波纹板块外面，对下桥墩形成包裹。本发明不仅具有防撞抗震功能，而且便于更换，易于维修。

Description

一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩

技术领域

本发明涉及桥墩领域，具体是涉及一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩。

背景技术

桥梁是交通生命线的重要枢纽，地震发生时桥梁一旦遭到破坏，易造成交通中断，导致救援人员不能及时到位，进而造成不可估量的人员伤亡和经济损失。桥墩作为桥梁的主要构件，对桥梁的整体抗震性能起至关重要的作用。桥墩用于支撑起桥梁主体，桥墩的上部与桥梁主体相连接，桥墩的下部固定在地面上。发生地震时，对于传统的钢筋混凝土桥墩，通常是桥墩的下部发生破坏的频率更大，使得桥墩的下部首先被破坏，而且桥墩下部被破坏的程度相对桥墩其它位置被破坏的程度较大。同时，随着经济社会的发展，道路上的车辆日益增多，桥墩的下部面临车辆撞击的风险不断提高。

因此，如何解决桥墩的防撞抗震问题成为当下亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，桥墩的下部不仅具有防撞抗震功能，而且便于更换，易于维修。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于：包括桥墩和防撞抗震组件；所述的防撞抗震组件安装在桥墩上，且由内至外依次设置为防撞层和抗震层，用于桥墩防撞抗震。

优选的，所述的防撞层由均匀排布在桥墩上的横向波纹板块排列构成；所述的横向波纹板块的波纹沿水平方向加工成连续的矩形；所述的矩形相互之间构成依次排列的吸能盒，横向波纹板块受到水平方向的力，吸能盒依次变形耗能。

优选的，所述的抗震层由竖向波纹板块排列构成；所述的竖向波纹板块的波纹沿竖直方向加工成连续的矩形；所述的竖向波纹板块的波纹与横向波纹板块的波纹相互卡嵌并焊接连接，将相互独立的横向波纹板块串联连接，从而构成沿竖直方向依次分布的吸能盒，竖向波纹板块受到竖直方向的力，吸能盒依次变形耗能。

优选的，所述的桥墩包括下桥墩结构；所述的下桥墩结构包括下桥墩主体和承台；所述的承台固定在地面上；所述的下桥墩主体安装在承台上；所述的横向波纹板块安装在下桥墩主体上。

优选的，所述的防撞抗震组件还包括橡胶筒；所述的横向波纹板块和竖向波纹板块的材质均采用低屈服强度的软钢制成；所述的橡胶筒套装在竖向波纹板块的外部，从而将下桥墩主体包裹住。

优选的，所述的下桥墩主体包括第一连接钢板、第二连接钢板、钢管、加劲肋和剪力钉；所述的加劲肋和剪力钉设置在钢管内部，并与钢管的内壁连接；所述的下桥墩主体还包括填充在钢管内部的混凝土；所述的第一连接钢板与钢管的顶端连接；所述的第二连接钢板与钢管的底端连接；所述的横向波纹板块均匀排布在钢管的外部，并与其焊接连接；所述的竖向波纹板块的顶端与第一连接钢板焊接连接，底端与第二连接钢板焊接连接。

优选的，所述的桥墩还包括上桥墩结构；所述的上桥墩结构包括上桥墩主体和第四连接钢板；所述的第四连接钢板焊接在上桥墩主体的下端；所述的第一连接钢板和第四连接钢板构成可拆卸式连接；所述的承台上设置有第三连接钢板；所述的第二连接钢板和第三连接钢板构成可拆卸式连接。

优选的，所述的第一连接钢板设置有对接预留孔；所述的第四连接钢板上焊接有高强螺栓，从而上桥墩结构与下桥墩结构通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接；所述的第三连接钢板上焊接有高强螺栓；所述的第二连接钢板设置有对接预留孔，从而下桥墩主体与承台通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接。

优选的，所述的上桥墩结构还包括盖梁、主梁和支座；所述的盖梁与上桥墩主体的顶端连接；所述的支座安装在盖梁上；所述的主梁放置在盖梁上，并与支座连接；所述的上桥墩主体包括纵向钢筋和圆形箍筋；所述的纵向钢筋的底端与第四连接钢板焊接连接；所述的圆形箍筋自上而下等间隔排布在纵向钢筋上，并与其焊接连接，构成上桥墩主体的钢筋骨架；所述的上桥墩主体还包括填充在钢筋骨架围成区域内外的混凝土，从而构成钢筋混凝土柱。

优选的，所述的第一连接钢板上设置有灌浆孔；所述的第一连接钢板和第二连接钢板上均设置有剪力钉。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明桥墩的防撞层设置成由一个个均匀排布在下桥墩结构上的横向波纹板块排列构成，并将横向波纹板块的波纹沿水平方向加工成连续的矩形，而矩形相互之间构成依次排列的吸能盒。防撞层在受到车辆撞击时，吸能盒由于撞击的冲击力作用由外至内依次形变耗能，从而迅速的将撞击的冲击力分散消耗，对桥墩起到比较好的防撞效果。

(2)本发明桥墩的抗震层设置成竖向波纹板块，并将竖向波纹板块的波纹沿竖直方向加工成连续的矩形。竖向波纹板块的波纹与横向波纹板块的波纹相互卡嵌并焊接连接，构成沿竖直方向依次分布的吸能盒；同时由于竖向波纹板块将相互独立的横向波纹板块串联到一起，使得各横向波纹板块之间形成一个整体，导致内部构造形成的吸能盒的形变耗能作用成倍增加，从而在较小的结构空间里实现较大的耗能作用。抗震层在受到地震作用时，竖直方向和水平方向的地震力使桥墩在竖直方向和水平方向产生振动，对吸能盒挤压或拉扯造成其形变耗能，从而迅速的(地)将地震产生的能量分散消耗，对桥墩起到比较好的抗震效果。

(3)本发明的抗震层与防撞层均是由低屈服强度的软钢制成，而低屈服强度的软钢具有优良的抗冲击性、抗震耗能性等特点，从而对桥墩起到很好防撞抗震效果。

(4)本发明的横向波纹板块和竖向波纹板块均设置成相互独立的结构，通过拼装焊接组合，不仅起到了便于生产，运输的效果，同时对于局部受损时也能够局部更换，便于维护，降低了使用成本。

(5)本发明通过在抗震层与防撞层外套装橡胶筒，不仅起到美观的效果，同时保护内部结构不易锈蚀，延长了防撞层和抗震层的使用寿命，另外由于橡胶筒的变形性能，可以消耗一部分由车辆撞击或地震振动产生的能量，起到保护桥墩的效果。

(6)本发明桥墩可装配化施工，使得桥墩各结构都具有可更换性，同时防撞层和防震层以及橡胶桶都具有可更换性，从而本发明的桥墩具有双重可更换性。一旦桥墩受到地震破坏或撞击破坏，都可较快地对损毁部分进行拆卸与维修。这不仅便捷了日常的维护工作，也使得该桥墩具备广泛的应用性与推广性。

(7)本发明通过将下桥墩主体设置成由钢管和混凝土组成，并在钢管上下端连接第一连接钢板和第二连接钢板；在第一连接钢板上设置有灌浆孔，使得混凝土可沿灌浆孔灌入，从而可以模块化生产，以便后续损坏后更换。

(8)本发明通过在钢管内部设置加劲肋和剪力钉，并与钢管的内壁连接；在第一连接钢板和第二连接钢板上均设置有剪力钉，从而增加了混凝土与钢管、连接钢板之间的咬合力，进而提升了钢管混凝土柱在地震中的抗剪抗弯抗轴压力。

(9)本发明通过将横向波纹板块均匀排布在钢管的外部，并与其焊接连接；而将竖向波纹板块的顶端与第一连接钢板焊接连接，中部与横向波纹板块连接，底端与第二连接钢板焊接连接；从而使防撞层和抗震层以及钢管之间形成一个整体，提升了桥墩的刚度。

附图说明

图1为本发明下桥墩的整体结构示意图。

图2为本发明下桥墩的纵向剖面图。

图3为本发明下桥墩的横向剖面图。

图4为本发明防撞层的结构示意图。

图5为本发明抗震层的结构示意图。

图6为本发明桥墩的装配示意图。

图7为本发明桥墩的整体结构示意图。

图8为本发明上桥墩主体的结构示意图。

图9为本发明的第一连接钢板结构示意图。

图10为本发明的第二连接钢板结构示意图。

图11为本发明的横向波纹板块结构示意图。

图12为本发明的竖向波纹板块结构示意图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-下桥墩结构 11-第一连接钢板 12-下桥墩主体

13-第二连接钢板 14-承台 15-灌浆孔 16-混凝土 17-加劲肋

18-剪力钉 19-钢管 110-防撞层 111-抗震层 112-橡胶筒

141-第三连接钢板 114-横向波纹板块 115-竖向波纹板块；

20-上桥墩结构 21-盖梁 22-箱梁 23-支座 24-上桥墩主体

241-圆形箍筋 242-纵向钢筋 25-第四连接钢板

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。

实施例

如图1-10所示：一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，由下到上依次设置的下桥墩结构10和上桥墩结构20，下桥墩结构10可拆卸式连接在上桥墩结构20的下端。

下桥墩结构10由第一连接钢板11、下桥墩主体12、第二连接钢板13和承台14组成。第一连接钢板11与下桥墩主体12顶端连接，第二连接钢板13与下桥墩主体12底端连接。承台14上设置有第三连接钢板141，第三连接钢板141上焊接有高强螺栓，第二连接钢板13设置有对接预留孔。下桥墩主体12与承台14通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接，从而下桥墩主体12与承台14构成可拆卸式连接。

下桥墩主体12由钢管19、加劲肋17和剪力钉18组成。加劲肋17和剪力钉18设置在钢管19内部，并与钢管19的内壁连接。下桥墩主体12还包括填充在钢管19内部的混凝土16，混凝土16通过第一连接钢板11上设置的灌浆孔15灌入。第一连接钢板11和第二连接钢板13上均设置有剪力钉18，从而有效地增加混凝土16与第一连接钢板11和第二连接钢板13间的咬合力。

在钢管19的外部焊接连接了横向波纹板块114，并将钢管19包裹起来构成了防撞层110。在横向波纹板块114外部焊接连接了竖向波纹板块115，并将波纹板块114包裹起来构成抗震层111。在竖向波纹板块115的外部套装了橡胶筒112，从而将下桥墩主体12整个包裹住。

横向波纹板块114采用低屈服强度的软钢制成，并且将横向波纹板块114的波纹沿水平方向加工成连续的矩形。矩形相互之间构成依次排列的吸能盒。当横向波纹板块114受到水平方向的撞击，撞击造成的冲击力使得吸能盒由外至内依次变形耗能，从而使得撞击的冲击力迅速分散消耗，起到保护桥墩防撞的效果。

竖向波纹板块115采用低屈服强度的软钢制成，并且竖向波纹板块115的波纹沿竖直方向加工成连续的矩形。竖向波纹板块115的波纹与横向波纹板块114的波纹相互卡嵌并焊接连接，从而将相互独立的横向波纹板块114串联起来形成整体，从而构成沿竖直方向依次分布的吸能盒。当竖向波纹板块115受到地震时，桥墩会产生竖直方向和水平方向的振动。振动会对吸能盒牵扯挤压，使得吸能盒依次变形耗能，从而分散消耗地震产生的能量，起到保护桥墩的作用。

上桥墩结构20由盖梁21、主梁22和支座23组成。盖梁21与上桥墩主体24的顶端连接，支座23安装在盖梁21上，主梁22放置在盖梁21上，并与支座23连接。上桥墩主体24的底端设置有第四连接钢板25，而上桥墩主体24内部设置了纵向钢筋242和圆形箍筋241。纵向钢筋242的底端与第四连接钢板25焊接连接，圆形箍筋241自上而下等间隔排布在纵向钢筋242上，并与其焊接连接，构成上桥墩主体24的钢筋骨架。所述的上桥墩主体24还包括填充在钢筋骨架围成区域内外的混凝土，从而构成钢筋混凝土柱。

第四连接钢板25上焊接有高强螺栓，而第一连接钢板11上设置有对接预留孔，从而上桥墩结构20与下桥墩结构10通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接。因此，下桥墩结构10可拆卸式连接在上桥墩结构20的下端，当下桥墩结构受损时，可以更换。

本发明的工作原理：桥墩受到车辆撞击的部位是在桥墩的下桥墩主体12，当受到车辆撞击后，设置在防撞层110外侧的橡胶筒112最先受到冲击力，由于橡胶筒112的变形性能，可以消耗一部分的能量，并且当冲击力传到抗震层111时，其抗震层111的竖向波纹板块115可以消耗一部分的冲击力。防撞层110在受到冲击力作用后，由于横向波纹板块114波纹构造形成的吸能盒在冲击力的作用下，通过产生明显的变形来消耗大部分的冲击能量，最后传到钢管混凝土的冲击能量较小，从而对钢管混凝土柱起到可靠的保护作用。同时，防撞层110也具有较好的缓冲作用，能够大大减小车辆损毁程度，降低车内人员伤亡的可能性。在后期的维修过程中，如果车辆撞击只是造成下桥墩主体12的防撞层110和抗震层111某一侧波纹板块被破坏，在其他方向能够正常使用的情况下，则只需更换受损的橡胶筒112和波纹板块；若钢管混凝土柱遭到严重损坏，维修时需要更换整个下桥墩主体12而保留上桥墩结构20。整个过程实现了桥墩的装配化施工和可更换性，大大降低了桥墩的维修成本和维修难度，同时由于没有破坏上桥墩结构而保证维修人员的人身安全。

桥墩受到地震作用时，桥墩被破坏的位置主要集中在桥墩下部的下桥墩主体12上。因此当地震荷载作用于下桥墩主体12时，设置在钢管混凝土柱外侧的防撞层110和抗震层111，能够起到一定的耗能和缓冲作用，提高了下桥墩主体的抗震延性，从而减轻桥墩在地震荷载作用下的破坏程度。在地震过程中，地面会产生水平运动和竖向运动，从而引起结构的水平振动和竖向振动，此时设置在钢管混凝土柱外侧防撞层110的横向波纹板块114和抗震层111的竖向波纹板块115构成的吸能盒，分别在水平方向和竖直方向产生变形进行耗能和缓冲，对下桥墩主体12的钢管混凝土柱起到很好的保护作用。若桥墩主体中钢管混凝土柱在地震中被损坏，维修时只需要更换下桥墩主体而保留上桥墩结构；若钢管混凝土柱没有受到严重损坏，在其能够正常使用的情况下，维修时只需要更换受损的防撞层110、抗震层111和橡胶筒112即可。整个桥墩在震后可以更加快捷地进行维修与更换，及时地使桥梁恢复通车，为灾后救援节省大量宝贵的时间。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于：包括桥墩和防撞抗震组件；所述的防撞抗震组件安装在桥墩上，且由内至外依次设置为防撞层(110)和抗震层(111)，用于桥墩防撞抗震；

所述的防撞层(110)由均匀排布在桥墩上的横向波纹板块(114)排列构成；所述的横向波纹板块(114)的波纹沿水平方向加工成连续的矩形；所述的矩形相互之间构成依次排列的吸能盒，横向波纹板块(114)受到水平方向的力，吸能盒依次变形耗能；

所述的抗震层(111)由竖向波纹板块(115)排列构成；所述的竖向波纹板块(115)的波纹沿竖直方向加工成连续的矩形；所述的竖向波纹板块(115)的波纹与横向波纹板块(114)的波纹相互卡嵌并焊接连接，将相互独立的横向波纹板块(114)串联连接，从而构成沿竖直方向依次分布的吸能盒，竖向波纹板块(115)受到竖直方向的力，吸能盒依次变形耗能。

2.根据权利要求1所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的桥墩包括下桥墩结构(10)；所述的下桥墩结构(10)包括下桥墩主体(12)和承台(14)；所述的承台(14)固定在地面上；所述的下桥墩主体(12)安装在承台(14)上；所述的横向波纹板块(114)安装在下桥墩主体(12)上。

3.根据权利要求2所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的防撞抗震组件还包括橡胶筒(112)；所述的横向波纹板块(114)和竖向波纹板块(115)的材质均采用低屈服强度的软钢制成；所述的橡胶筒(112)套装在竖向波纹板块(115)的外部，从而将下桥墩主体(12)包裹住。

4.根据权利要求3所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的下桥墩主体(12)包括第一连接钢板(11)、第二连接钢板(13)、钢管(19)、加劲肋(17)和剪力钉(18)；所述的加劲肋(17)和剪力钉(18)设置在钢管(19)内部，并与钢管(19)的内壁连接；所述的下桥墩主体(12)还包括填充在钢管(19)内部的混凝土(16)；所述的第一连接钢板(11)与钢管(19)的顶端连接；所述的第二连接钢板(13)与钢管(19)的底端连接；所述的横向波纹板块(114)均匀排布在钢管(19)的外部，并与其焊接连接；所述的竖向波纹板块(115)的顶端与第一连接钢板(11)焊接连接，底端与第二连接钢板(13)焊接连接。

5.根据权利要求4所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的桥墩还包括上桥墩结构(20)；所述的上桥墩结构(20)包括上桥墩主体(24)和第四连接钢板(25)；所述的第四连接钢板(25)焊接在上桥墩主体(24)的下端；所述的第一连接钢板(11)和第四连接钢板(25)构成可拆卸式连接；所述的承台(14)上设置有第三连接钢板(141)；所述的第二连接钢板(13)和第三连接钢板(141)构成可拆卸式连接。

6.根据权利要求5所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的第一连接钢板(11)设置有对接预留孔；所述的第四连接钢板(25)上焊接有高强螺栓，从而上桥墩结构(20)与下桥墩结构(10)通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接；所述的第三连接钢板(141)上焊接有高强螺栓；所述的第二连接钢板(13)设置有对接预留孔，从而下桥墩主体(12)与承台(14)通过高强螺栓穿过预留孔并用高强螺母连接。

7.根据权利要求6所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的上桥墩结构(20)还包括盖梁(21)、主梁(22)和支座(23)；所述的盖梁(21)与上桥墩主体(24)的顶端连接；所述的支座(23)安装在盖梁(21)上；所述的主梁(22)放置在盖梁(21)上，并与支座(23)连接；所述的上桥墩主体(24)包括纵向钢筋(242)和圆形箍筋(241)；所述的纵向钢筋(242)的底端与第四连接钢板(25)焊接连接；所述的圆形箍筋(241)自上而下等间隔排布在纵向钢筋(242)上，并与其焊接连接，构成上桥墩主体(24)的钢筋骨架；所述的上桥墩主体(24)还包括填充在钢筋骨架围成区域内外的混凝土，从而构成钢筋混凝土柱。

8.根据权利要求7所述的一种防撞抗震一体化可更换组合桥墩，其特征在于，所述的第一连接钢板(11)上设置有灌浆孔(15)；所述的第一连接钢板(11)和第二连接钢板(13)上均设置有剪力钉(18)。

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