CN114263098A - 一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，包括半现浇桥墩、上部节段桥墩、半月形耗能器主体和预应力筋，所述半现浇桥墩上方开设有固定槽，且固定槽上方铺设有橡胶垫层，所述上部节段桥墩下方开设有榫头，且榫头呈向下凸起状，所述榫头周围开设有第二槽口，且第二槽口呈向内凹陷状。该具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，设置有半月形耗能器主体，该耗能件由低屈服点钢材制成，不需要采用昂贵的材料或先进的技术设置耗能部件；该耗能件被设计为可拆卸安装，在震中损害后，通过及时更换即可保证桥墩恢复性能，有利于降低成本及减少碳排放，位于耗能器上的半月形钢板可以根据不同的工况以及工程需求来进行增设和减少。

Description

一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体为一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩。

背景技术

随着经济发展与社会生活水平的提高，能源与资源消耗速度加快。对于传统现浇桥梁来说，存在施工工期长、施工过程复杂、震后无法修复等问题，会造成大量资源的浪费及大量工程残渣的产生。装配式施工是指在预制场或现场提前预制构件，然后运输至桥位处进行拼装，能够减轻环境污染，对施工现场周边的交通及居民生活的影响较小。特别是对于节能减排方面来说，装配式技术不仅能够减少资源的浪费及大量工程残渣的产生，而且在震后通过更换损害的部件而重新恢复抗震性能，无需像现浇桥墩需要拆除重建，满足了节能减排的要求，减少了碳排放量。

目前，装配式桥墩主要包括套筒灌浆连接、波纹管灌浆连接、现浇湿接缝连接、预留槽孔灌浆连接、承插式连接、后张预应力连接。其中自复位桥墩在地震作用下的非线性转动主要集中在底部摇摆节点，从而保证预制节段部分基本保持弹性，大大减小了预制构件混凝土的受拉损伤；无黏结后张预应力的存在也使预制桥墩具备了震后恢复初始位置的自复位能力；通过预应力筋和耗能构件的设置，可实现自复位桥墩体系的自恢复和能力消耗要求。

自复位桥墩体系接缝位置处的连接主要为湿接缝连接和干接缝连接。其中湿接缝连接是应用最为广泛的一种连接方式，即通过搭接预留钢筋，再后浇接缝混凝土形成整体，这种连接方式一般认为整体性好、受力性能可靠、施工精度高等，但其作业的施工量也比较大，碳排放量也比较高；干接缝就是在施工现场无需浇筑混凝土，全部预制构件、预埋件、连接件都在工厂预制，通过螺栓或焊接的方式进行连接，这种连接方式一般认为性能较好、受力行为可靠、作业的施工量较小的一种连接方式。

但是目前现有技术中的自复位桥墩由于技术相对的不完善，已经无法满足人们的需求了，对于传统自复位桥墩体系来说，通常采用预应力连接方式来提供足够的自复位能力，但预应力筋需要承担节段接缝处剪力，容易造成预应力筋的损害；该体系具有较好的自复位性能，但耗能能力较差，往往在节段接缝处加上耗能钢筋，通过耗能钢筋屈服达到耗能的作用，但耗能钢筋屈服后无法更换及恢复，造成桥墩具有较大的残余位移，不利于桥墩的震后恢复。所以我们提出了一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，以便于解决上述中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，以解决上述背景技术提出的对于传统自复位桥墩体系来说，通常采用预应力连接方式来提供足够的自复位能力，但预应力筋需要承担节段接缝处剪力，容易造成预应力筋的损害；该体系具有较好的自复位性能，但耗能能力较差，往往在节段接缝处加上耗能钢筋，通过耗能钢筋屈服达到耗能的作用，但耗能钢筋屈服后无法更换及恢复，造成桥墩具有较大的残余位移，不利于桥墩的震后恢复的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，包括半现浇桥墩、上部节段桥墩、半月形耗能器主体和预应力筋，所述半现浇桥墩上方开设有固定槽，且固定槽上方铺设有橡胶垫层，所述固定槽周围开设有第一槽口，且第一槽口呈向内凹陷状，所述第一槽口上埋设有第一高强度螺栓杆，且第一高强度螺栓杆在第一槽口上均匀分布，所述上部节段桥墩下方开设有榫头，且榫头呈向下凸起状，所述榫头周围开设有第二槽口，且第二槽口呈向内凹陷状，所述第二槽口上埋设有第二高强度螺栓杆，且第二高强度螺栓杆在第二槽口上均匀分布，所述第一槽口和第二槽口之间安装有半月形耗能器主体，且半月形耗能器主体中间分布有半月形钢板，所述半月形耗能器主体上下均开设有螺栓孔，且螺栓孔上贯穿有第一高强度螺栓杆，所述螺栓孔上贯穿有第二高强度螺栓杆，所述半现浇桥墩和上部节段桥墩两者中间部位均开设有预应力管道，且预应力管道内部贯穿有预应力筋，所述半现浇桥墩底部设置有锚具，且上部节段桥墩顶部开设有锚具，所述预应力筋的上端下端均连接有锚具。

优选的，所述半现浇桥墩通过榫头和固定槽两者与上部节段桥墩相限位连接，且榫头在固定槽上的安装方式为嵌入式安装。

优选的，所述橡胶垫层位于固定槽和榫头之间，榫头在橡胶垫层上为贯穿连接。

优选的，所述第一槽口与第二槽口之间相连通，且固定槽的面积尺寸与上部节段桥墩的底面面积尺寸相同。

优选的，所述半月形耗能器主体在第一槽口和第二槽口两者上的安装方式为嵌入式安装，且半月形耗能器主体在第一槽口和第二槽口周围均匀分布。

优选的，所述半月形耗能器主体的底面与第一槽口底面之间的连接方式为贴合连接，且半月形耗能器主体的顶面与第二槽口的顶面之间相贴合，并且半月形钢板与半月形耗能器主体顶部底部之间呈直角关系。

优选的，所述螺栓孔与第一高强度螺栓杆和第二高强度螺栓杆两者的位置均相对应，且半月形耗能器主体通过第一高强度螺栓杆、第二高强度螺栓杆和螺母螺纹连接与半现浇桥墩和上部节段桥墩两者相固定。

优选的，所述预应力管道的位置位于半现浇桥墩和上部节段桥墩的正中心，且预应力筋通过锚具与半现浇桥墩底端和上部节段桥墩顶端之间构成锚固连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩：

(1)通过改变桥墩接缝处连接段形式，增加了榫卯结构及外置半月形耗能器主体，并且通过榫卯结构，增强了接缝间抗剪能力，预防预应力筋受剪破坏而无法发挥相应的作用，同时增强了自复位桥墩体系中桥墩的整体刚度。以及通过半月形耗能器主体，该耗能件可有效提高自复位桥墩的耗能能力及自复位能力；并且该耗能件可将接缝位置损伤都集中在耗能装置中，不仅可预知损伤位置，而且可避免混凝土区域的损失。保证了桥墩即具有传统预应力连接方式的优点，又能够一定程度克服自复位桥墩的缺点；

(2)设置有半月形耗能器主体，该耗能件由低屈服点钢材制成，不需要采用昂贵的材料或先进的技术设置耗能部件；该耗能件被设计为可拆卸安装，在震中损害后，通过及时更换即可保证桥墩恢复性能，有利于降低成本及减少碳排放，位于耗能器上的半月形钢板可以根据不同的工况以及工程需求来进行增设和减少，从而使得装置在实际应用中能够更加的稳定和适用广泛；

(3)设置有橡胶垫层，可以防止榫卯结构的榫头及半现浇桥墩上端面的固定槽因受压或者其他特殊情况下发生应力集中导致混凝土被压溃，还可以增加桥墩的抗震性能；预应力筋的添加增加了桥墩的震后自复位性能，震后的残余变形小，可利于修复。

附图说明

图1为本发明一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩主体结构示意图；

图2为本发明一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩半现浇桥墩结构示意图；

图3为本发明一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩上部节段桥墩结构示意图；

图4为本发明一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩半月形耗能器结构示意图；

图5为本发明一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩预应力筋结构示意图。

图中：1、半现浇桥墩；101、固定槽；102、橡胶垫层；103、第一槽口；104、第一高强度螺栓杆；2、上部节段桥墩；201、榫头；202、第二槽口；203、第二高强度螺栓杆；3、半月形耗能器主体；301、半月形钢板；302、螺栓孔；4、预应力筋；401、预应力管道；402、锚具。

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。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，包括半现浇桥墩1、固定槽101、橡胶垫层102、第一槽口103、第一高强度螺栓杆104、上部节段桥墩2、榫头201、第二槽口202、第二高强度螺栓杆203、半月形耗能器主体3、半月形钢板301、螺栓孔302、预应力筋4、预应力管道401和锚具402，半现浇桥墩1上方开设有固定槽101，且固定槽101上方铺设有橡胶垫层102，固定槽101周围开设有第一槽口103，且第一槽口103呈向内凹陷状，第一槽口103上埋设有第一高强度螺栓杆104，且第一高强度螺栓杆104在第一槽口103上均匀分布，上部节段桥墩2下方开设有榫头201，且榫头201呈向下凸起状，榫头201周围开设有第二槽口202，且第二槽口202呈向内凹陷状，第二槽口202上埋设有第二高强度螺栓杆203，且第二高强度螺栓杆203在第二槽口202上均匀分布，第一槽口103和第二槽口202之间安装有半月形耗能器主体3，且半月形耗能器主体3中间分布有半月形钢板301，半月形耗能器主体3上下均开设有螺栓孔302，且螺栓孔302上贯穿有第一高强度螺栓杆104，螺栓孔302上贯穿有第二高强度螺栓杆203，半现浇桥墩1和上部节段桥墩2两者中间部位均开设有预应力管道401，且预应力管道401内部贯穿有预应力筋4，半现浇桥墩1底部设置有锚具402，且上部节段桥墩2顶部开设有锚具402，预应力筋4的上端下端均连接有锚具402。

半现浇桥墩1通过榫头201和固定槽101两者与上部节段桥墩2相限位连接，且榫头201在固定槽101上的安装方式为嵌入式安装，保证在受力的情况下，两者之间不会发生分离，使得该桥墩在实际应用中更加的稳定。

橡胶垫层102位于固定槽101和榫头201之间，榫头201在橡胶垫层102上为贯穿连接，从而实现能够增加桥墩的抗震性能，使得该桥墩更加的实用。

第一槽口103与第二槽口202之间相连通，且固定槽101的面积尺寸与上部节段桥墩2的底面面积尺寸相同，为半月形耗能器主体3提供放置位，从而更加的合理。

半月形耗能器主体3在第一槽口103和第二槽口202两者上的安装方式为嵌入式安装，且半月形耗能器主体3在第一槽口103和第二槽口202周围均匀分布，大大的提升了装配式桥墩的抗震性能，通过半月形耗能器主体3将能量进行吸收和释放。

半月形耗能器主体3的底面与第一槽口103底面之间的连接方式为贴合连接，且半月形耗能器主体3的顶面与第二槽口202的顶面之间相贴合，并且半月形钢板301与半月形耗能器主体3顶部底部之间呈直角关系，可提供自复位力而减小桥墩的残余位移，防止桥墩发生破坏。

螺栓孔302与第一高强度螺栓杆104和第二高强度螺栓杆203两者的位置均相对应，且半月形耗能器主体3通过第一高强度螺栓杆104、第二高强度螺栓杆203和螺母螺纹连接与半现浇桥墩1和上部节段桥墩2两者相固定，实现可拆卸安装，在出现损坏的时候可以进行及时的更换，大大的提升了装置的可靠性以及便于后期的维护和修理。

预应力管道401的位置位于半现浇桥墩1和上部节段桥墩2的正中心，且预应力筋4通过锚具402与半现浇桥墩1底端和上部节段桥墩2顶端之间构成锚固连接，当上部节段桥墩2发生偏斜时，由于预应力筋4的张拉作用，使得上部节段桥墩2被强行拉回正常位置，自动复位。

本实施例的工作原理：首先，在半现浇桥墩1的上端面开设了向内凹陷的固定槽101，并在其中铺设橡胶垫层102。橡胶垫层102具有高弹性变形和承载的功能，避免了因上部节段桥墩2的底部榫头201装配于固定槽101时，因两者发生接触造成应力集中而破坏的情况，还可以增加桥墩的抗震性能；半现浇桥墩1的内部预先预埋预应力管道401及锚具402，方便后续预应力筋4的施加；半现浇桥墩1四周向内凹陷的第一槽口103区域预埋第一高强度螺栓杆104，后续组装时与半月形耗能器主体3的下钢板螺栓孔302连接。

接着，上部节段桥墩2的下端面具有榫头201嵌入式安装于铺设有橡胶垫层102的固定槽101中，作为接缝位置处的剪力连接件，可大大提高桥墩的水平承载力；并且在上部节段桥墩2四周向内凹陷的第二槽口202区域预埋第二高强度螺栓杆203。

然后，半月形耗能器主体3采用低屈服点钢材制成，在震时会吸收地震的能量而保护半现浇桥墩1和上部节段桥墩2；半月形耗能器主体3的下钢板通过预埋在半现浇桥墩1四周向内凹陷的第一槽口103区域的第一高强度螺栓杆104连接；半月形耗能器主体3的上钢板与预埋在上部节段桥墩2四周向内凹陷的第二槽口202区域的第二高强度螺栓杆203连接；半月形耗能器主体3上的螺栓孔302的直径和第一高强度螺栓杆104及第二高强度螺栓杆203的直径相等或者螺栓孔302的直径稍大于第一高强度螺栓杆104及第二高强度螺栓杆203的直径。半月形耗能器主体3的布置提高了装配式桥墩的抗震性能，在震时可优先破坏半月形耗能器主体3，从而保护半现浇桥墩1和上部节段桥墩2。其中半月形钢板301与上下两块钢板焊接，也可在预制场预制为整体半月形耗能器主体3。只需要保证其能够共同受力即可。

随后，预应力筋4穿过预埋在半现浇桥墩1和上部节段桥墩2内部的预应力管道401。在半现浇桥墩1预埋锚具402的位置锚固预应力筋4作为固定端，而上部节段桥墩2作为张拉端，张拉完预应力筋4之后，使用锚具402进行锚固筋。当上部节段桥墩2受到水平力发生一定程度的偏移时，由于预应力筋4的张拉作用，上部节段桥墩2会被预应力筋4拉回到正常位置，自动复位。预应力筋4的存在，提高了桥墩的抗震性能，在地震作用中可提供自复位力而减小桥墩的残余位移，防止桥墩发生破坏。

最后，预应力筋4采用PC钢棒，在张拉端采用夹片式锚固装置，在固定端选择挤压式锚固装置；预应力筋4的数量可根据结构设计具体要求进行调整，并不局限于具体根数。但是布置预应力筋4时，最好是均匀的布置在上部节段桥墩2的四周，使得上部节段桥墩2所受的预应力筋4的张拉力量是平衡的。且本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，包括半现浇桥墩(1)、上部节段桥墩(2)、半月形耗能器主体(3)和预应力筋(4)，其特征在于：所述半现浇桥墩(1)上方开设有固定槽(101)，且固定槽(101)上方铺设有橡胶垫层(102)，所述固定槽(101)周围开设有第一槽口(103)，且第一槽口(103)呈向内凹陷状，所述第一槽口(103)上埋设有第一高强度螺栓杆(104)，且第一高强度螺栓杆(104)在第一槽口(103)上均匀分布，所述上部节段桥墩(2)下方开设有榫头(201)，且榫头(201)呈向下凸起状，所述榫头(201)周围开设有第二槽口(202)，且第二槽口(202)呈向内凹陷状，所述第二槽口(202)上埋设有第二高强度螺栓杆(203)，且第二高强度螺栓杆(203)在第二槽口(202)上均匀分布，所述第一槽口(103)和第二槽口(202)之间安装有半月形耗能器主体(3)，且半月形耗能器主体(3)中间分布有半月形钢板(301)，所述半月形耗能器主体(3)上下均开设有螺栓孔(302)，且螺栓孔(302)上贯穿有第一高强度螺栓杆(104)，所述螺栓孔(302)上贯穿有第二高强度螺栓杆(203)，所述半现浇桥墩(1)和上部节段桥墩(2)两者中间部位均开设有预应力管道(401)，且预应力管道(401)内部贯穿有预应力筋(4)，所述半现浇桥墩(1)底部设置有锚具(402)，且上部节段桥墩(2)顶部开设有锚具(402)，所述预应力筋(4)的上端下端均连接有锚具(402)。

2.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述半现浇桥墩(1)通过榫头(201)和固定槽(101)两者与上部节段桥墩(2)相限位连接，且榫头(201)在固定槽(101)上的安装方式为嵌入式安装。

3.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述橡胶垫层(102)位于固定槽(101)和榫头(201)之间，榫头(201)在橡胶垫层(102)上为贯穿连接。

4.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述第一槽口(103)与第二槽口(202)之间相连通，且固定槽(101)的面积尺寸与上部节段桥墩(2)的底面面积尺寸相同。

5.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述半月形耗能器主体(3)在第一槽口(103)和第二槽口(202)两者上的安装方式为嵌入式安装，且半月形耗能器主体(3)在第一槽口(103)和第二槽口(202)周围均匀分布。

6.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述半月形耗能器主体(3)的底面与第一槽口(103)底面之间的连接方式为贴合连接，且半月形耗能器主体(3)的顶面与第二槽口(202)的顶面之间相贴合，并且半月形钢板(301)与半月形耗能器主体(3)顶部底部之间呈直角关系。

7.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述螺栓孔(302)与第一高强度螺栓杆(104)和第二高强度螺栓杆(203)两者的位置均相对应，且半月形耗能器主体(3)通过第一高强度螺栓杆(104)、第二高强度螺栓杆(203)和螺母螺纹连接与半现浇桥墩(1)和上部节段桥墩(2)两者相固定。

8.根据权利要求1所述的一种具备半月形耗能器的榫卯式自复位桥墩，其特征在于：所述预应力管道(401)的位置位于半现浇桥墩(1)和上部节段桥墩(2)的正中心，且预应力筋(4)通过锚具(402)与半现浇桥墩(1)底端和上部节段桥墩(2)顶端之间构成锚固连接。

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