CN204849568U - 一种新型圆钢管桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型圆钢管桥墩，包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体、横隔板、防屈曲耗能壳体和底板；防屈曲耗能壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，各高强钢弧形板与各低屈服点钢弧形板交替分布围成中空圆柱形防屈曲耗能壳体，且低屈服点钢弧形板的外表面与高强钢弧形板的外表面相切；每一低屈服点钢弧形板的内外两侧还分别锁固有内约束弧形钢板和外约束弧形钢板，内、外约束弧形钢板的弧度与低屈服点钢弧形板的弧度相同。本实用新型提供的圆钢管桥墩抗震性能好、震后可快速检测修复，便于在实际工程中推广应用。

Description

一种新型圆钢管桥墩

技术领域

本实用新型涉及土木工程领域钢桥墩耗能结构形式，具体指一种根部设置防屈曲耗能壳体的圆钢管桥墩，属于桥梁工程中钢桥墩技术领域。

背景技术

国内外历次震害经验表明，桥梁在地震作用下是易损的。桥墩是桥梁结构的主要承重结构，其损坏与否对桥梁结构整体的损伤乃至破坏起着举足轻重的作用。桥墩的严重破坏可能引起桥梁的倒塌，且在震后难以及时修复使用，给震后抢险救灾带来麻烦，造成的损失往往十分巨大。

现阶段，国内外的桥墩一般都采用钢筋混凝土结构形式，这种形式的桥墩抗压性能好，但延性差，在历次地震中都遭受严重破坏。混凝土桥墩的破坏主要源于设计和构造两方面的缺陷：1)桥墩抗弯设计不足，主要是横向约束箍筋配置不足等；2)桥墩设计抗剪强度不足，致使剪切破坏先于延性的弯曲破坏。为了弥补钢筋混凝土桥墩的缺陷，提高桥梁的抗震性能，在一些地震多发地区，如美国、日本、以及我国的台湾地区，已逐渐采用钢桥墩作为下部支撑结构。与钢筋混凝土桥墩相比，钢桥墩不仅具有良好的抗震性能，还具有自重轻、占地少、施工快捷方便、震后易修复等优点。在探索新的桥墩结构形式过程中，圆钢管桥墩在各个方向均有较好的抗弯性能，具有抗压能力强、外观美观等优点，已成为颇有发展潜力的结构形式之一。但在实际地震中圆钢管桥墩根部壳板易发生局部屈曲变形，致使圆钢管桥墩的延性和耗能能力急剧恶化。

耗能减震技术是一种有效、安全、经济的工程减震技术，这项技术已日渐成熟，是一种极具发展前景的抗震措施。低屈服点钢的力学特点是屈服强度低，屈服应变小，强度稳定，变形能力强。低屈服点钢有非常强的耗能能力，并且有很长的低周循环疲劳寿命，可焊性好等优点。用低屈服点钢材制成的耗能装置可减少中震后的修复工作，并能显著降低大震下结构的损伤。因此低屈服点钢的应用成为增强结构变形耗能的一个重要途径。我国用于建筑抗震领域的低屈服点钢，现已开发出屈服强度为100MPa、160MPa、225MPa三种级别。这为我国开展低屈服点钢在建筑耗能减震领域的应用研究提供了必要的物质基础条件。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种抗震性能好、便于震后损伤检测及快速修复的新型圆钢管桥墩。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种新型圆钢管桥墩，包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体、横隔板、防屈曲耗能壳体和底板；上述防屈曲耗能壳体的外形呈与上述圆钢管桥墩本体的形状相吻合的中空圆柱形，上述防屈曲耗能壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板交替分布围成上述防屈曲耗能壳体，上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间可拆卸连接在一起，且上述低屈服点钢弧形板的外表面与上述高强钢弧形板的外表面相切；每一上述低屈服点钢弧形板的内外两侧还分别锁固有内约束弧形钢板和外约束弧形钢板，上述内、外约束弧形钢板的弧度与上述低屈服点钢弧形板的弧度相同。

上述高强钢弧形板的高度是上述圆钢管桥墩本体横截面直径的1.0-1.2倍；上述高强钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8；上述高强钢弧形板的厚度t_高＝2f_普t_普/f_高，式中，f_普为上述圆钢管桥墩本体的壁板的屈服强度；t_普为上述圆钢管桥墩本体的壁板的厚度；f_高为上述高强钢弧形板的材料屈服强度。

上述低屈服点钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述低屈服点钢弧形板与上述横隔板和桥墩下部基础顶面之间均留有20mm-30mm距离。

上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起；或者，上述低屈服点钢弧形板、上述内约束弧形钢板、上述外约束弧形钢板和上述高强钢弧形板四者之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起。

上述低屈服点钢弧形板与上述内、外约束弧形钢板之间通过穿透三者的螺栓或预应力螺栓连接；上述内、外约束弧形钢板上开有椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间。

采用上述方案后，本实用新型具有以下优点和积极效果：

(1)充分发挥高强钢的材料力学性能。高强钢弧形板具有较大的极限弹性应变值，为低屈服点钢弧形板的屈服耗能提供保证；且高强钢弧形板起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度。

(2)充分发挥低屈服点钢的剪压屈服耗能能力。通过在低屈服点钢弧形板的内外两侧表面加设弧形约束钢板的形式，可以有效防止薄壁低屈服点钢弧形板发生弯曲屈曲，形成合理的受力区格，充分发挥低屈服点钢弧形板剪压屈服耗能能力。

(3)震后可快速检测评定圆钢管桥墩的抗震性能，迅速修复补强圆钢管桥墩的抗震能力，确保作为生命线工程的桥梁保持畅通，对震后紧急救援和灾后重建具有至关重要作用。

(4)施工工期短，施工快捷。圆钢管桥墩各部件，包括低屈服点钢弧形板、横隔板等均可在工厂内加工制作，现场仅需吊装。对于城市交通流量大的路段，采用此圆钢管桥墩可大幅缩短交通管制时间，也可以大大加快地震与突发事故后的道路修复速度。

(5)本实用新型提供的新型圆钢管桥墩具有抗震性能好、延性高、耗能能力强等优点。

附图说明

图1为本实用新型新型圆钢管桥墩的立面示意图。

图2为本实用新型中防屈曲耗能壳体的第一种结构的横截面示意图。

图3为本实用新型中低屈服点钢弧形板与内、外约束弧形钢板的连接示意图。

图4为本实用新型中横隔板的结构示意图。

图5为本实用新型中底板的结构示意图。

图6为本实用新型中防屈曲耗能壳体第二种结构的横截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

本实用新型提供一种新型圆钢管桥墩，如图1所示，包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体100、横隔板200、防屈曲耗能壳体300和底板400。

防屈曲耗能壳体300的外形呈与圆钢管桥墩本体100的形状相吻合的中空圆柱形，横隔板200为与圆钢管桥墩本体100外形相吻合的圆形板，圆钢管桥墩本体100和防屈曲耗能壳体300通过横隔板200焊固在一起，横隔板200可保证圆钢管桥墩本体100与防屈曲耗能壳体300传力顺畅，形成整体共同抵抗外部荷载作用；为减轻自重和方便使用阶段检修维护，如图4所示，横隔板200中间设置圆形孔洞21。

如图2所示，防屈曲耗能壳体300包括若干块高强钢弧形板31和若干块低屈服点钢弧形板32，各高强钢弧形板31与各低屈服点钢弧形板32交替分布围成中空圆柱形的防屈曲耗能壳体300。低屈服点钢弧形板32与高强钢弧形板31可拆卸连接在一起，且低屈服点钢弧形板32的外表面与高强钢弧形板31的外表面相切。具体地：高强钢弧形板31外侧壁的两侧端部上分别凹设有沿低屈服点钢弧形板32的高度方向延伸的，并供低屈服点钢弧形板32的侧端部叠设于内的安装凹陷，低屈服点钢弧形板32的侧端部通过若干高强摩擦型连接螺栓500锁固在此安装凹陷内。连接螺栓500由螺杆、螺母、钢垫片组成，为防止长期使用过程中连接螺栓松动，采用双螺帽连接形式。

高强钢弧形板31的高度是圆钢管桥墩本体100横截面直径的1.0-1.2倍；高强钢弧形板31的横截面弧长为圆钢管桥墩本体100横截面周长的1/8；高强钢弧形板31的厚度t_高＝2f_普t_普/f_高，式中，f_普为圆钢管桥墩本体100的壁板的屈服强度；t_普为圆钢管桥墩本体100的壁板的厚度；f_高为高强钢弧形板31的材料屈服强度(采用390MPa、420MPa或460MPa)。

低屈服点钢弧形板32的材料为低屈服点钢，屈服强度为100MPa、160MPa或225MPa。低屈服点钢弧形板32的横截面弧长为圆钢管桥墩本体100横截面周长的1/8，高强钢弧形板31的顶部与横隔板200的下表面焊固在一起、底部与底板400焊固在一起，低屈服点钢弧形板32与横隔板200和桥墩下部基础700顶面之间均留有20mm-30mm距离。

如图2-3所示，每一低屈服点钢弧形板32的内外两侧还分别锁固有内约束弧形钢板33和外约束弧形钢板34，内约束弧形钢板33和外约束弧形钢板34厚度相同，内、外约束弧形钢板33、34的弧度与低屈服点钢弧形板32的弧度相同，低屈服点钢弧形板32与内、外约束弧形钢板33、34之间通过穿透三者的螺栓或预应力螺栓600连接；内、外约束弧形钢板33、34上开有椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间。本实用新型中，防屈曲耗能壳体300的第一种结构如图2所示，内、外约束弧形钢板33、34的尺寸小于低屈服点钢弧形板32的尺寸，且其端部与低屈服点钢弧形板32的边缘或与连接螺栓500的垫片之间的距离为10mm～20mm。

本实用新型中，防屈曲耗能壳体300的另一种结构如图6所示，将低屈服点钢弧形板32、内约束弧形钢板33、外约束弧形钢板33三者共同通过螺栓与高强钢弧形板31进行连接。这种情况下，内、外约束弧形钢板33、34的尺寸与低屈服点钢弧形板32相同，其端部与低屈服点钢弧形板32边缘平齐。

本实施例中，高强钢弧形板31和低屈服点钢弧形板32各四块，四块高强钢弧形板31起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度，且其极限弹性应变值较大，可保证低屈服点钢弧形板32屈服耗能。四块低屈服点钢弧形板32为主要屈服耗能部件，对此薄壁的低屈服点钢弧形板32增设内、外约束弧形钢板33、34后，可抑制其平面外弯曲屈曲变形，是全截面的塑形屈服耗能，保证其剪压屈服耗能，桥墩被破坏后，可保证桥墩根部外观无大改变。因此，本实用新型的圆钢管桥墩延性好、耗能能力强、抗震性能优良；通过检测四块低屈服点钢弧形板32的屈服状况可迅速评定震后圆钢管桥墩的抗震性能，且更换防屈曲耗能壳体300后可快速修复其抗震能力。

本实用新型中，根据不同的设计需要，防屈曲耗能壳体300可分为大震滑移的防屈曲耗能壳体和完全滑移的防屈曲耗能壳体两种。

对于大震滑移的防屈曲耗能壳体，螺栓施加一定的预拉力，在内、外约束弧形钢板和低屈服点钢弧形板之间产生一定的压紧力，在小震作用下既能保证低屈服点钢弧形板不发生局部屈曲，且与低屈服点钢弧形板通过接触摩擦共同受力，提供强大的面外约束作用；在大震作用下，低屈服点钢弧形板和内、外约束弧形钢板之间的内力差超过它们之间的摩擦力，将产生相对滑动；在保证中间低屈服点钢弧形板不发生面外屈曲的情况下，低屈服点钢弧形板充分发挥耗能作用。

对于完全滑移的防屈曲耗能壳体，螺栓不施加预应力；在小震和大震作用下，内、外约束弧形钢板与低屈服点钢弧形板之间均可以滑移，内、外约束弧形钢板对低屈服点钢弧形板仅提供面外约束，不参与面内受力；低屈服点钢弧形板提供面内刚度和耗能能力。

如图5所示，底板400为圆形板，其周边留有锚栓孔41，便于箱形钢桥墩与基础固定。

安装时，本实用新型按下列步骤实施：

(1)高强钢弧形板31的高度：取圆钢管桥墩本体100横截面直径的1.0-1.2倍。

(2)依据高强钢弧形板31的高度确定横隔板200的焊接位置，把横隔板200与防屈曲耗能壳体的高强钢弧形板31以及圆钢管桥墩本体100的普通钢壁板焊接成整体。

(3)将低屈服点钢弧形板32与内、外约束弧形钢板33、34之间通过穿透此三块钢板的螺栓或预应力螺栓600连接。采用防屈曲耗能壳体300的第一种结构时，内、外约束弧形钢板33、34的尺寸小于低屈服点钢弧形板32的尺寸，且内、外约束弧形钢板33、34的端部与低屈服点钢弧形板32的边缘或与下述摩擦型高强连接螺栓500的垫片之间的距离为10mm～20mm；采用防屈曲耗能壳体300的第二种结构时，内、外约束弧形钢板33、34的尺寸与低屈服点钢弧形板32相同，其端部与低屈服点钢弧形板32边缘平齐。

(4)将带有内、外约束弧形钢板33、34的低屈服点钢弧形板32用摩擦型高强连接螺栓500与高强钢弧形板31连接。采用防屈曲耗能壳体300的第一种结构时，只将低屈服点钢弧形板32与高强钢弧形板31用连接螺栓500连接；采用防屈曲耗能壳体300的第二种结构时，将低屈服点钢弧形板32和内、外约束钢板33、34一起与高强钢弧形板31用连接螺栓500连接。连接螺栓500设钢垫片，采用双螺帽连接。

(5)把底板400和高强钢弧形板31焊接成整体。

Claims (5)

1.一种新型圆钢管桥墩，其特征在于：包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体、横隔板、防屈曲耗能壳体和底板；上述防屈曲耗能壳体的外形呈与上述圆钢管桥墩本体的形状相吻合的中空圆柱形，上述防屈曲耗能壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板交替分布围成上述防屈曲耗能壳体，上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间可拆卸连接在一起，且上述低屈服点钢弧形板的外表面与上述高强钢弧形板的外表面相切；每一上述低屈服点钢弧形板的内外两侧还分别锁固有内约束弧形钢板和外约束弧形钢板，上述内、外约束弧形钢板的弧度与上述低屈服点钢弧形板的弧度相同。

2.根据权利要求1所述的一种新型圆钢管桥墩，其特征在于：上述高强钢弧形板的高度是上述圆钢管桥墩本体横截面直径的1.0-1.2倍；上述高强钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8；上述高强钢弧形板的厚度t_高＝2f_普t_普/f_高，式中，f_普为上述圆钢管桥墩本体的壁板的屈服强度；t_普为上述圆钢管桥墩本体的壁板的厚度；f_高为上述高强钢弧形板的材料屈服强度。

3.根据权利要求1所述的一种新型圆钢管桥墩，其特征在于：上述低屈服点钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述低屈服点钢弧形板与上述横隔板和桥墩下部基础顶面之间均留有20mm-30mm距离。

4.根据权利要求1所述的一种新型圆钢管桥墩，其特征在于：上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起；或者，上述低屈服点钢弧形板、上述内约束弧形钢板、上述外约束弧形钢板和上述高强钢弧形板四者之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起。

5.根据权利要求1所述的一种新型圆钢管桥墩，其特征在于：上述低屈服点钢弧形板与上述内、外约束弧形钢板之间通过穿透三者的螺栓或预应力螺栓连接；上述内、外约束弧形钢板上开有椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间。