CN113882283A - 一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，在既有需加固桥墩的墩顶和墩底一定高度处增大截面加固；并将墩顶和墩底处原有纵筋做无粘结处理；以及将自复位支撑的两端连接于承台和盖梁处。通过将墩顶和墩底的纵筋无粘结化处理，并用局部截面增大的方法对墩顶和墩底的摇摆界面进行加强。通过桥墩在墩顶和墩底的摇摆和改造后的无粘结钢筋耗散地震能量，有效避免桥墩塑性铰发生严重的塑性破坏，达到震后低损伤的效果。通过连接于承台和盖梁之间的自复位支撑提高桥墩系统的自复位性能，实现震后可快速修复能力。本发明对既有桥墩节点摇摆化改造和自复位支撑应用提高既有桥梁的抗震性能和抗震韧性，实现基于低损伤的抗震加固理念。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程加固领域，具体涉及一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案及其施工方法。
背景技术
虽然桥梁按照当时的抗震规范进行设计，但桥梁抗震规范基本都是按照延性抗震设计的，桥梁在震后产生很大的损伤和经济损失。另外，公路抗震规范随着时间也发生了较大的修改和更新，导致一部分在役桥梁不能满足现有规范的要求，亟需对其进行抗震加固。除此之外，2015年颁布的新一代《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)中，多数地区的抗震设防标准都有所提高，表明国家对桥梁抗震性能的要求更高，大量在役桥梁需要进行抗震加固改造。但是，传统的抗震加固方法如增大截面法或外包纤维复合材料法等加固后不能满足震后残余位移小以及快速修复要求，大震下仍会导致塑性铰区严重损坏，导致震后桥梁由于过大的残余位移和较差的自复位能力而难以修复，进而影响震后快速恢复和后灾后救援工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案及其施工方法，其通过将墩底和墩顶截面处的钢筋无粘结处理，在墩顶和墩底增大原有截面,与原有承台界面形成摇摆截面，并附加外置的自复位支撑的方式，显著减小既有桥梁震后塑性铰区的塑性损伤，并减小震后墩柱残余位移，从而达到韧性抗震加固的目的。
为实现本发明的目的，提出一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案，即在既有需加固桥墩的墩顶和墩底一定高度处增大截面加固；并将墩顶和墩底处原有纵筋做无粘结处理；以及将自复位支撑的两端连接于承台和盖梁处。
进一步，所述增大截面(6)的高度应不小于墩柱的塑性铰高度。增大截面所用材料可以使用超高性能混凝土(UHPC)或者水泥基增强复合材料(ECC)，并在所述UHPC增大截面外包裹FRP布。
进一步，所述无粘结处理的纵筋(8)在承台以上的一定距离，无粘结段采用胶带缠绕或塑料套管包裹处理形成，无粘结高度根据计算确定。
进一步，支撑连接头(9)分别固定于桥梁承台和盖梁或主梁上，而不是连接于墩柱上。自复位支撑(5)的两端固结或铰接于支撑连接头(9)上。
一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案的施工方法，主要包含两个部分，既有桥墩节点摇摆化改造和自复位支撑的附加方法，包含以下几个步骤：
1)既有桥墩节点摇摆化改造：
①：将墩顶截面以下和墩底截面以上高度A(高度A大于墩柱的塑性铰高度)内的混凝土墩柱外表面进行凿毛处理。将墩顶以下和墩底以上高度B(高度B通过计算得到，高度B小于高度A)内的原有保护层剥除，完全露出墩柱内原有的纵筋；
②：将高度B内裸露的纵筋用胶带或塑料套管包裹，形成纵向钢筋无粘结段；
③：在桥墩底外侧和墩顶外侧搭设模板，浇筑UHPC或ECC混凝土，养护完成后拆除模板，并在新浇筑的UHPC或ECC混凝土外表面包裹FRP布，进一步对墩底和墩顶截面进行约束。
2)自复位支撑的附加方法：
①：将承台上表面及盖梁下表面安装钢垫板的位置凿毛处理并用砂浆找平，随后用螺栓将钢垫板固定于承台上表面和盖梁下表面。
②：在承台的钢垫板上表面相应位置用螺栓固定支撑连接头，在盖梁下表面的钢垫板下表面用螺栓固定支撑连接板。
③：将自复位支撑的两端分别连接于承台和盖梁上的支撑连接头上。连接方式可以选择刚接或铰接。
本发明的有益效果在于：
1.本发明通过将墩顶和墩底纵筋无粘结处理，墩顶和墩底新增大的截面与盖梁和基础形成摇摆界面，地震中桥墩发生摇摆，避免产生塑性铰区的严重的塑性损伤，自复位支撑两端连接于承台和盖梁上，能够提高自复位能力，残余位移小，是一种方便快捷可实现的韧性加固方式。
2.地震后自复位支撑易于更换，增大的UHPC截面不发生塑性损伤，当需要再此对该桥梁进行加固时，可通过在其扩大截面处增加外置耗能方案进行加固，加固方便且易于实现。
附图说明
图1为本发明一种加固方案的正视图；
图2为本发明一种加固方案中单个墩柱加固细节正视图；
图3为本发明一种加固方案中单个墩柱加固细节俯视图；
图4为本发明一种加固方案中自复位支撑正视图。
图5为本发明一种加固方案中支撑连接头示意图。
附图标记说明：
1、盖梁；2、墩柱；3、承台；4、纵筋；5、自复位支撑；5-1、支撑工作段；5-2、端部连接板；5-3、连接板预留孔；6、截面加固层；7、外包FRP布；8、胶带或塑料套管包裹的无粘结处理的纵筋；9、支撑连接头；9-1、连接头连接板；9-2、连接头底板；9-3、连接头加固板；9-4、连接头预留孔；9-5、连接头锚固螺栓；10、支撑连接销轴；11、锚固螺栓1；12、钢垫板；13、锚固螺栓2。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提供一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案，主要通过将既有墩柱进行摇摆化处理进而减小墩柱在地震作用下的局部损伤和震后残余变形。该方案是这样实现的：在既有需加固桥墩的墩顶和墩底一定高度处增大截面加固；并将墩顶和墩底处原有纵筋做无粘结处理；以及将自复位支撑的两端连接于承台和盖梁处。
其中，墩柱截面加固层(6)的高度应不小于墩柱的塑性铰高度。增大截面所用材料可以是用超高性能混凝土(UHPC)或者水泥基增强复合材料(ECC)，并在所述UHPC增大截面外包裹纤维增强复合材料(FRP)布。增大截面和用FRP布再次包裹的作用是防止原有混凝土因墩柱发生摇摆造成墩顶或墩底的局部混凝土压坏。
无粘结处理的纵筋(8)在墩柱中承台以上的一定距离和盖梁以下的一定距离，无粘结段采用胶带缠绕或塑料套管包裹处理形成，无粘结高度根据计算确定。无粘结处理的原因是防止墩柱发生摇摆后墩底或墩顶位置的纵筋因应力集中过早的发生断裂。
钢垫板(12)固定于承台上表面和盖梁/主梁下表面相应位置，将承台上表面和盖梁/主梁下表面找平后用螺栓与承台或盖梁/主梁固定。钢垫板的面积大于自复位支撑连接头底板的面积，保证自复位支撑连接头(9)能锚固于钢垫板上(12)。支撑连接头(9)分别固定于桥梁承台和盖梁/主梁上，而不是固定在墩柱上，从而保证良好的自复位能力。自复位支撑(5)的两端固结或铰接于支撑连接头(9)上。
根据上述方案，提供了一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造方案的施工方法，主要包含两大部分，既有桥墩节点摇摆化改造和自复位支撑的附加方法，具体步骤如下：
1)既有桥墩节点摇摆化改造：
①：将墩顶截面以下和墩底截面以上高度A(高度A大于墩柱的塑性铰高度)内的混凝土墩柱外表面进行凿毛处理，保证后浇的UHPC或ECC与原有混凝土具有良好的粘结。将墩顶以下和墩底以上高度B(高度B为无粘结段长度，通过计算得到，高度B小于高度A)内的原有保护层剥除，完全露出墩柱内原有的纵筋；
②：将高度B内裸露的纵筋用胶带或塑料套管包裹，形成纵向钢筋无粘结段；
③：在桥墩底外侧和墩顶外侧搭设模板，浇筑UHPC或ECC混凝土，养护完成后拆除侧模板，并在新浇筑的UHPC或ECC混凝土外表面包裹FRP，进一步对墩底和墩顶截面进行约束。
2)自复位支撑的附加方法：
①：将承台上表面及盖梁下表面安装钢垫板的位置凿毛处理并用砂浆找平，随后用螺栓将钢垫板固定于承台上表面和盖梁下表面。
②：在承台的钢垫板上表面相应位置用螺栓固定支撑连接头，在盖梁/主梁下表面的钢垫板下表面用螺栓固定支撑连接板。
③：将自复位支撑的两端分别连接于承台和盖梁/主梁上的支撑连接头上。连接方式可以选择刚接或铰接。
地震作用下，增大截面后的墩底截面与既有承台之间，墩顶截面与既有盖梁/主梁之间发生提离和闭合，形成摇摆界面，从而将塑性损伤控制在摇摆界面上，避免塑性铰区的严重破坏，同时内部的无粘结处理的钢筋作为耗能钢筋耗散地震能量。自复位支撑为既有桥墩提供一定的自复位能力，减小桥墩震后的残余变形，具有较好的自复位性能，具有较好的应用价值。本专利通过将既有墩柱墩顶和墩底界面的摇摆化处理和外加自复位支撑的方法实现基于低损伤理念的既有桥梁抗震加固改造，具有较好的抗震性能和震后恢复能力，并提供了相应的加固方案和施工方法，值得推广应用。
Claims (5)
1.一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，其特征在于在既有需加固桥墩的墩顶和墩底一定高度处增大截面加固；并将墩顶和墩底处原有纵筋做无粘结处理；以及将自复位支撑的两端连接于承台和盖梁处。
2.根据权利要求1所述的一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，其特征在于，所述增大截面(6)的高度不小于墩柱的塑性铰高度；增大截面所用材料使用超高性能混凝土或者水泥基增强复合材料，并在所述超高性能混凝土增大截面外包裹FRP布。
3.根据权利要求1所述的一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，其特征在于，所述无粘结处理的纵筋(8)在承台以上的一定距离，无粘结段采用胶带缠绕或塑料套管包裹处理形成，无粘结高度根据计算确定。
4.根据权利要求1所述的一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，其特征在于，支撑连接头(9)分别固定于桥梁承台和盖梁或主梁上，而不是连接于墩柱上；自复位支撑(5)的两端固结或铰接于支撑连接头(9)上。
5.根据权利要求1-4所述的一种基于低损伤理念的既有桥墩抗震改造施工方法，主要包含两个部分，既有桥墩节点摇摆化改造和自复位支撑的附加方法，其特征在于，包含以下几个步骤：
1)既有桥墩节点摇摆化改造：
①：将墩顶截面以下和墩底截面以上高度A内的混凝土墩柱外表面进行凿毛处理，高度A大于墩柱的塑性铰高度；将墩顶以下和墩底以上高度B内的原有保护层剥除，完全露出墩柱内原有的纵筋，高度B通过计算得到，高度B小于高度A；
②：将高度B内裸露的纵筋用胶带或塑料套管包裹，形成纵向钢筋无粘结段；
③：在桥墩底外侧和墩顶外侧搭设模板，浇筑UHPC或ECC混凝土，养护完成后拆除模板，并在新浇筑的UHPC或ECC混凝土外表面包裹FRP布，对墩底和墩顶截面进行约束；
2)自复位支撑的附加方法：
①：将承台上表面及盖梁下表面安装钢垫板的位置凿毛处理并用砂浆找平，随后用螺栓将钢垫板固定于承台上表面和盖梁下表面；
②：在承台的钢垫板上表面相应位置用螺栓固定支撑连接头，在盖梁下表面的钢垫板下表面用螺栓固定支撑连接板；
③：将自复位支撑的两端分别连接于承台和盖梁上的支撑连接头上；连接方式可以选择刚接或铰接。
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