CN207700043U - 一种摇摆桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种摇摆桥墩，包括桥墩本体、承台和预应力筋，桥墩本体设置在承台上，预应力筋从上至下贯穿桥墩本体和承台，预应力筋的上端与桥墩本体的上端锚固，下端与承台锚固；桥墩本体从上至下分为若干段节段桥墩，预应力筋处于每段节段桥墩中的部位均套设有管道，管道设置在节段桥墩中，预应力筋的外径小于管道的内径。该摇摆桥墩在满足足够的强度和刚度的情况下，能够通过桥墩的整体摇摆和节段与节段之间的相互滑动来减小结构地震周期，耗散地震能量，从而达到抵抗地震作用的效果。

Description

一种摇摆桥墩

技术领域

本实用新型属于桥梁工程领域，具体涉及一种摇摆桥墩。

背景技术

我国是处于太平洋地震带和亚欧地震带之间，是地震多发的国家，尤其是我国西部，地震活动更是频繁，并相继遭遇了汶川地震和玉树地震，给我国带来了巨大的经济损失和人员伤亡。桥梁作为生命线的枢纽工程，工程成本高，建设难度大，一旦遭遇地震灾害，便会造成巨大的经济损失，且震后修复困难。虽然在地震中，发生在桥梁上的直接人员伤亡不大，但是由于桥梁的损坏而导致交通受阻，外界援助无法及时到达灾区而带来的间接损失是巨大的，同时也会给灾区人民的生产生活，和灾后的重建工作带来巨大的困难。

早期抗震设计采用的是刚性设计法，这种方法从提高结构自身刚度的角度出发，着力于改善结构自身抗震性能。由于这种方法使得尺寸和自重等都加大，使结构的跨度和复杂度受限，同时不利于新型结构的发展。柔性设计虽然克服了刚性设计的一些缺点，但是柔性结构刚度过低，在地震发生时产生的变形过大，难以满足正常使用的要求，而且震后修复难度较大。目前桥梁抗震方法主要是围绕延性设计理念发展而来的。延性设计理念主要是通过结构选定的塑性变形来消耗地震能量，延长结构周期，从而减小地震反应，达到抵抗地震作用的效果。现在通常将桥墩设计为延性构件。通过对桥墩进行合理的延性抗震设计，可以使桥梁在地震作用时免于倒塌，保护人民的生命财产安全。但是对于中低桥墩，在地震作用时，容易发生剪切破坏，为了避免剪切破坏的发生，需要配置大量的箍筋和纵筋，这样会大大增加建设成本。而且，延性设计是通过塑性铰的塑性变形来耗散地震能量，这样桥墩塑性铰部位势必会发生破坏，特别是在强震作用下，损伤会更加严重，并且桥墩顶部会出现较大的侧向位移，以至于无法满足其正常功能，而被迫大修或者拆除重建，这样会使交通中断，造成巨大的经济损失。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型的目的在于提出一种摇摆桥墩，该摇摆桥墩在满足足够的强度和刚度的情况下，能够通过桥墩的整体摇摆和节段与节段之间的相互滑动来减小结构地震周期，耗散地震能量，从而达到抵抗地震作用的效果。

本实用新型的目通过如下技术方案实现：

一种摇摆桥墩，包括桥墩本体、承台和预应力筋，桥墩本体设置在承台上，预应力筋从上至下贯穿桥墩本体和承台，预应力筋的上端与桥墩本体的上端锚固，下端与承台锚固；桥墩本体从上至下分为若干段节段桥墩，预应力筋处于每段节段桥墩中的部位均套设有管道，管道设置在节段桥墩中，预应力筋的外径小于管道的内径。

预应力筋的上下两端均通过预应力锚固螺栓分别与桥墩本体和承台锚固。

桥墩本体从上至下分成的若干段节段桥墩中，处于最上端的节段桥墩中的管道的上端延伸至节段桥墩的上表面，下端连接有管接头，管接头的下端延伸至节段桥墩的下表面；

桥墩本体从上至下分成的若干段节段桥墩中，处于最上端节段桥墩以下的各节段桥墩中的管道的上下两端均连接有管接头，且两个管接头分别延伸至节段桥墩的上下表面；

管接头的内径大于管道的内径。

相邻两个节段桥墩的接触面上涂有硅酮密封胶。

桥墩本体的底部与承台接触的部位沿周向均匀设有若干个橡胶垫块。

桥墩本体沿圆周方向均匀设置四根预应力筋。

桥墩本体沿其径向在每根预应力筋的外侧对应设置一块橡胶垫块。

桥墩本体从上至下分成的若干段节段桥墩中，最下部的节段桥墩与承台之间定位连接。

最下部的节段桥墩的下表面设置有向下的凸起，承台的上表面开设有与凸起适配的凹槽，承台与最下部的节段桥墩之间通过凸起和凹槽嵌合。

承台与最下部的节段桥墩在凸起和凹槽嵌合的部位设置有用于防止承台与最下部的节段桥墩发生相对滑动的光圆钢筋，光圆钢筋的下端与承台固定连接，节段桥墩上开设有供光圆钢筋上端伸入的伸入孔，光圆钢筋上端的外部涂有避免光圆钢筋与节段桥墩的混凝土粘结在一起的防粘剂。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的摇摆桥墩中，桥墩本体从上至下分为若干段节段桥墩，预应力筋处于每段节段桥墩中的部位均套设有管道，管道设置在节段桥墩中，预应力筋的外径小于管道的内径，本实用新型的预应力筋为无粘结预应力筋的形式，能够保证上下相邻的两个节段桥墩之间在接触面处能够发生相对滑动，进而实现桥墩本体的摇摆运动，能够减小结构地震周期，耗散地震能量，从而达到抵抗地震作用的效果，同时，在保证桥墩具有足够的摆动幅度的同时，预应力筋不易受到管道横向的剪切力而失效。

进一步的，管道的端部连接有管接头，管接头的内径大于管道的内径，通过管接头能够为节段桥墩之间的滑动提供较大的空间，能够更大限度的耗散地震能量，从而达到抵抗地震作用的效果。为了避免预应力筋被管接头剪坏，管接头的钢材用的是相对较软强度较低的钢材。

进一步的，桥墩本体的底部与承台接触的部位沿周向均匀设有若干个橡胶垫块，能够防止桥墩在摇摆过程中与承台之间发生挤压损坏。

进一步的，最下部的节段桥墩与承台之间定位连接，能够保证桥墩整体的稳定性，防止桥墩下端出现滑移而失效。

进一步的，光圆钢筋的下端与承台固定连接，上端伸入节段桥墩的伸入孔中，且光圆钢筋下端的外部涂有避免光圆钢筋与节段桥墩的混凝土粘结在一起的防粘剂，防粘剂能够避免光圆钢筋与节段桥墩混凝土粘结在一起，在摇摆时疲劳破坏，在桥墩受到地震荷载作用时，光圆钢筋能够阻止承台与桥墩发生相对滑动，且在此过程中只承受剪力而不会出现拉力的作用。

附图说明

图1是本实用新型摇摆桥墩的立面图；

图2是本实用新型摇摆桥墩变形后的立面图；

图3是图1中A-A截面图；

图4是图1中A-A截面图；

图5是图1中C部放大图；

图6是本实用新型摇摆桥墩滑动面滑动时，当两节段桥墩之间的相对位移量为0时的受力图；

图7是本实用新型摇摆桥墩滑动面滑动时，当两节段桥墩之间的相对位移量为a时的受力图；

图8本实用新型摇摆桥墩滑动面滑动时，当两节段桥墩之间的相对位移量为最大位移量b时的受力图。

图中，1-预应力锚固螺栓，2-管道，3-管接头，4-预应力筋，5-滑动面，6-橡胶垫块，7-承台，7-1-凹槽，8-光圆钢筋，9-节段桥墩，9-1-凸起，10-摇摆面，11-桥墩本体。

具体实施方式

下面结合附图来对本实用新型作进一步的说明。

如图1和图2，图6～图8所示，本实用新型的摇摆桥墩，包括桥墩本体11、承台7和预应力筋4，桥墩本体11设置在承台7上，预应力筋4从上至下贯穿桥墩本体11和承台7，预应力筋4的上下两端均通过预应力锚固螺栓1分别与桥墩本体11和承台7锚固；桥墩本体11从上至下分为若干段节段桥墩9，预应力筋4处于每段节段桥墩9中的部位均套设有管道2，管道2设置在节段桥墩9中，预应力筋4的外径小于管道2的内径；

相邻两个节段桥墩9的接触面为滑动面5，滑动面5上涂有硅酮密封胶；桥墩本体11沿圆周方向均匀设置四根预应力筋4，如图4所示，桥墩本体11沿其径向在每根预应力筋4的外侧对应设置一块橡胶垫块6；

如图1和图2，桥墩本体11从上至下分成的若干段节段桥墩9中，最下部的节段桥墩9与承台7之间定位连接，其中，最下部的节段桥墩9的下表面设置有向下的凸起9-1，承台7的上表面开设有与凸起9-1适配的凹槽7-1，承台7与最下部的节段桥墩9之间通过凸起9-1和凹槽7-1嵌合；

结合图4，承台7与最下部的节段桥墩9在凸起9-1和凹槽7-1嵌合的部位设置有用于防止承台7与最下部的节段桥墩9发生相对滑动的四根光圆钢筋8，光圆钢筋8的下端与承台7固定连接，节段桥墩9上开设有供光圆钢筋8上端伸入的伸入孔，光圆钢筋8上端的外部涂有避免光圆钢筋8与节段桥墩9的混凝土粘结在一起的防粘剂，粘接剂可选用环氧树脂。

如图1和图2所示，结合图3～图5，桥墩本体11从上至下分成的若干段节段桥墩9中，处于最上端的节段桥墩9中的管道2的上端延伸至节段桥墩9的上表面，下端连接有管接头3，管接头3的下端延伸至节段桥墩9的下表面；

桥墩本体11从上至下分成的若干段节段桥墩9中，处于最上端节段桥墩9以下的各节段桥墩9中的管道2的上下两端均连接有管接头3，且两个管接头3分别延伸至节段桥墩9的上下表面；管接头3的内径大于管道2的内径。

本实用新型的摇摆桥墩是在普通钢筋混凝土桥墩的基础上，将原本整体的桥墩分离成若干节段并将桥墩底部与承台也分离开来，仅仅用无粘结预应力筋将桥墩和承台连接起来。无粘结预应力筋通过预应力筋穿过不注浆的钢管管道来实现。钢管管道在节段与节段或节段与承台的接触面的上下部分由管接头相连接，管接头与管接头是能够相互滑动的，所以节段桥墩与节段桥墩之间也是能够相对滑动的。在节段桥墩与节段桥墩相接处的界面涂上硅酮密封胶，或者是能够增加节段桥墩9之间摩擦力的涂料都可以，能够增大接触面的摩察系数，以实现通过节段桥墩之间的相对滑移耗散更多的地震能量。桥墩和承台是分离的，仅仅依靠无粘结预应力筋连接，这样桥墩便可以在地震作用时发生摇摆，耗散地震能量，达到减隔震的目的。为了避免桥墩下部在摇摆过程中出现滑移，本实用新型将桥墩与承台通过凹槽与凸起的嵌合形式连接，并设置普通光圆钢筋来阻止滑移的出现。通体贯穿的预应力筋不仅起到连接的作用，而且还使得桥墩具有了自复位的能力。此摇摆桥墩主要用于抗震性能要求比较高的桥梁及渡河工程的减隔震技术中。

本实用新型的管接头3的直径比管道2的大，这是为节段桥墩9之间的滑动提供一定的空间。如图6，当节段桥墩9之间没有发生滑动，预应力筋4是在管道2中央的位置的，当节段开始发生滑动时，若上部节段桥墩9向左移动，下部节段桥墩9向右移动，则上部的预应力筋4会向左侧的管道壁移动，下部预应力筋4会向右侧的管道壁移动，直到预应力筋与管道接触，如图7，此时两节段桥墩9之间的相对位移量为a＝1/2(d-d′)，其中d是管道2的直径，d′是预应力钢筋4的直径，预应力筋4会给管道2一个推力F，阻止管道2继续移动，但由于管接头3的直径大于管道2，所以管接头3处的预应力筋4还没有接触到管接头3壁，故节段桥墩9还可以相对滑动，直到预应力筋4被上下部的管接头3壁锁死，如图8则此时到达最大位移量b＝1/2(D-d′)，其中D是管接头3的直径，预应力筋4给管接头3一个推力F′。所以管接头3的直径决定了节段之间的最大位移量，进而决定了耗散地震能量的大小。为了避免预应力筋4被管接头3剪坏，管接头3的钢材用的是相对较软的钢材。

本实用新型的承台7上部被设计为凹槽7-1的形状，与承台相接触的节段桥墩9处被设计为凸起9-1的形状，这样承台7与节段桥墩便可以嵌合在一起，能够防止桥墩下端出现滑移。如图4，为了进一步防止桥墩与承台7相接触的界面发生相对滑移运动，在承台的凹槽7-1处设计了四根光圆钢筋8，均匀的布置在凹槽7-1的四个方向，并用混凝土浇筑，使光圆钢筋8与承台7牢固的结合在一起，并使光圆钢筋8超出承台7凹槽面适当的长度，并在此段钢筋上涂上环氧树脂，能够避免钢筋与混凝土粘结在一起，在摇摆时疲劳破坏。在节段桥墩9的凸起9-1处的与凹槽7-1处光圆钢筋8相对应的位置处预留适当长度的孔道，这样超出凹槽7-1的光圆钢筋便可与节段桥墩9的凸起9-1处的孔道嵌合在一起。在桥墩受到地震荷载作用时，这四根光圆钢筋便可阻止承台与桥墩发生相对滑动，且在此过程中只承受剪力而不会出现拉力的作用。

在地震荷载作用下，当桥墩的节段桥墩9之间滑移位移均到达最大时，此时桥墩与承台7相接触处便会发生摇摆，一旦摇摆，桥墩的一侧便会与承台7之间出现空隙而无法接触，这样承压面积会减小，所有的压力便全由能与承台7相接触的另一侧所承担。若是在强震作用下，桥墩与承台7的接触面积会很小，所以在桥墩的边缘处容易出现应力集中，这样会造成边缘混凝土被压碎从而导致预应力损失加大，残余位移增大。为了避免这一现象的发生，在桥墩与承台7接触的边缘处的四个方向分别安装了一个橡胶垫块6。在桥墩发生摇摆时，橡胶垫块6能够发生弹塑性变形，从而增大承压面积，并延长结构周期，使桥墩的抗震性能更好。总而言之，此桥墩在地震荷载作用时，节段桥墩9之间会先开始发生相对滑动，待到所有节段桥墩9的滑动位移都达到最大值后，相对滑动便会完全停止，桥墩开始向一侧摇摆，待到摇摆角达到最大后便会向反方向摇摆，摇摆角回复到0度后，桥墩节段便会向另一侧滑移，在等到所有桥墩节段相对滑动位移达到最大后，便再次发生摇摆。本实用新型设计的这种桥墩便是通过滑动-摇摆-滑动这一循环过程来延长结构震动周期，达到耗散地震能量，保护桥梁上部结构的安全的。桥墩在经过地震作用后，一定会有残余位移发生，由于预应力筋4具有一定的自复位能力，这些残余变形会在预应力筋4的预拉应力的作用下慢慢减小，但不会完全消除。尽管残余变形不能够完全依靠自身消除，但是由于各个节段桥墩9都是可以相对滑动的，所以可以用简单的机械方式进行快速恢复。

本实用新型的摇摆桥墩，在抗震效果以及施工方面具有明显的优越性，主要体现在一下几点：

1、此摇摆桥墩相较于普通桥墩，它可以通过自身滑动摇摆来耗散地震能量，延长结构周期，减小桥梁损伤，具有普通桥墩无法比拟的抗震性能。

2、此桥墩不需要安装阻尼器仅仅依靠涂有硅酮密封胶的节段桥墩的相对滑动和桥墩自身的摇摆便可达到与其他辅以阻尼器来耗散地震能量的摇摆墩不相上下的抗震效果，其经济实用是其他摇摆桥墩无法媲美的。

3、此摇摆桥墩与承台的连接部分被设计成凹槽与凸起的嵌合形式，大大增加了桥墩自身的稳定性，避免了桥墩相对承台发生滑动，同时又利用一端涂有环氧树脂的钢筋进一步加强了桥墩的稳定性，避免桥墩滑移。

4、此摇摆桥墩在桥墩与承台向接触的界面边缘的四个方向分别设置了一个橡胶垫块，增大了桥墩在摇摆过程中的承压面积，大大降低了应力集中和混凝土被压碎的可能，起到了保护桥墩的作用，同时增大了结构震动周期，使得桥墩的抗震性能更加优越。

5、此摇摆桥墩内部设置了通体的预应力筋，故此摇摆桥墩具有一定的自复位功能。在地震荷载作用后，桥墩的残余位移会在预应力的作用下慢慢减小。即便残余位移不能够完全消除，震后也可以用简单的机械的手段进行快速恢复，保证了震后交通服务功能的正常运行，减小了震后的修复工作。

6、本实用新型对现有常规桥墩的设计改动较小，容易实现，适用范围广；震后破坏主要集中在发生滑动的节段接触面的边缘处的混凝土，破坏形式主要是混凝土少量剥落，稍加修复便可使用，确保交通生命线不中断，减少震后的修复成本和灾区重建时间。因此，本实用新型具有良好社会经济效益，值得推广应用。

Claims (10)

1.一种摇摆桥墩，其特征在于，包括桥墩本体(11)、承台(7)和预应力筋(4)，桥墩本体(11)设置在承台(7)上，预应力筋(4)从上至下贯穿桥墩本体(11)和承台(7)，预应力筋(4)的上端与桥墩本体(11)的上端锚固，下端与承台(7)锚固；桥墩本体(11)从上至下分为若干段节段桥墩(9)，预应力筋(4)处于每段节段桥墩(9)中的部位均套设有管道(2)，管道(2)设置在节段桥墩(9)中，预应力筋(4)的外径小于管道(2)的内径。

2.根据权利要求1所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，预应力筋(4)的上下两端均通过预应力锚固螺栓(1)分别与桥墩本体(11)和承台(7)锚固。

3.根据权利要求1所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，桥墩本体(11)从上至下分成的若干段节段桥墩(9)中，处于最上端的节段桥墩(9)中的管道(2)的上端延伸至节段桥墩(9)的上表面，下端连接有管接头(3)，管接头(3)的下端延伸至节段桥墩(9)的下表面；

桥墩本体(11)从上至下分成的若干段节段桥墩(9)中，处于最上端节段桥墩(9)以下的各节段桥墩(9)中的管道(2)的上下两端均连接有管接头(3)，且两个管接头(3)分别延伸至节段桥墩(9)的上下表面；

管接头(3)的内径大于管道(2)的内径。

4.根据权利要求1所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，相邻两个节段桥墩(9)的接触面上涂有硅酮密封胶。

5.根据权利要求1所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，桥墩本体(11)的底部与承台(7)接触的部位沿周向均匀设有若干个橡胶垫块(6)。

6.根据权利要求5所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，桥墩本体(11)沿圆周方向均匀设置四根预应力筋(4)。

7.根据权利要求6所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，桥墩本体(11)沿其径向在每根预应力筋(4)的外侧对应设置一块橡胶垫块(6)。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，桥墩本体(11)从上至下分成的若干段节段桥墩(9)中，最下部的节段桥墩(9)与承台(7)之间定位连接。

9.根据权利要求8所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，最下部的节段桥墩(9)的下表面设置有向下的凸起(9-1)，承台(7)的上表面开设有与凸起(9-1)适配的凹槽(7-1)，承台(7)与最下部的节段桥墩(9)之间通过凸起(9-1)和凹槽(7-1)嵌合。

10.根据权利要求9所述的一种摇摆桥墩，其特征在于，承台(7)与最下部的节段桥墩(9)在凸起(9-1)和凹槽(7-1)嵌合的部位设置有用于防止承台(7)与最下部的节段桥墩(9)发生相对滑动的光圆钢筋(8)，光圆钢筋(8)的下端与承台(7)固定连接，节段桥墩(9)上开设有供光圆钢筋(8)上端伸入的伸入孔，光圆钢筋(8)上端的外部涂有避免光圆钢筋(8)与节段桥墩(9)的混凝土粘结在一起的防粘剂。