CN211973073U - 一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统 - Google Patents

一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统 Download PDF

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王世杰
孙治国
刘晓奎
刘瑜丽
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Abstract

本实用新型公开一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,包括:承台、斜拉桥主梁、钢管混凝土辅助墩、无粘结预应力筋、纵桥向滑动支座、油阻尼器、带加劲肋的耗能角钢、钢垫板。钢管混凝土辅助墩与主梁间设置纵桥向滑动支座、油阻尼器。辅助墩底部与承台间设置为摇摆形式,墩底安装耗能角钢。无粘结预应力筋穿过钢管混凝土辅助墩。正常使用及温度变形下,油阻尼器基本无内力,辅助墩与主梁间纵桥向自由滑动,辅助墩所受侧向力很小。强震下,油阻尼器受力,并将内力传递至下部的辅助墩,辅助墩发生摇摆反应并抑制斜拉桥主梁的纵桥向位移。系统通过油阻尼器和耗能角钢耗能,且震后损坏的油阻尼器及耗能角钢均可替换,实现斜拉桥辅助墩免于地震损伤。

Description

一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统
技术领域
本实用新型涉及土木工程中的斜拉桥梁,特别涉及利用摇摆结构形式和油阻尼器的斜拉桥辅助墩系统。
背景技术
斜拉桥主梁跨度较大,为克服温度变形影响,较多采用纵桥向漂浮体系。强震下,采用漂浮体系的斜拉桥主梁纵桥向位移很大,易导致斜拉桥主梁撞击两侧引桥产生严重震害。斜拉桥正常使用状态下所要求的纵向漂浮体系与强震下可能发生的严重震害形成了矛盾。提出一种新型的斜拉桥体系,既能适应主梁温度变形的要求,又能有效减轻斜拉桥的地震损伤破坏,实现其地震损伤控制和震后使用功能快速恢复,一直是工程师们追求的目标,也是没有解决好的问题。
油阻尼器是一种速度相关型阻尼器,当加载速度很慢时,油阻尼器几乎无内力产生。当受到地震、强风作用时,由于加载速度快,油阻尼器内力迅速增加。鉴于上述特点,提出一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,正常使用状态下,辅助墩与斜拉桥主梁间在纵桥向成为漂浮体系。强震下,油阻尼器受力,辅助墩限制斜拉桥主梁的纵桥向移动,并且通过辅助墩的摇摆反应避免辅助墩的损伤破坏。整个辅助墩系统通过油阻尼器和带加劲肋的耗能角钢耗能,且震后损坏的油阻尼器及带加劲肋的耗能角钢均可以快速替换,实现斜拉桥免于地震损伤的设计目标。利用辅助墩的摇摆技术,并与油阻尼器共同组成的斜拉桥辅助墩系统将是非常有应用前景的一种技术。
发明内容
本实用新型针对上述技术问题,提出一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,既能满足正常使用情况下斜拉桥主梁在纵桥向的变形要求,又能实现强震下限制斜拉桥主梁的纵桥向移动,避免斜拉桥主梁和引桥、下部桥墩等的破坏。实现强震下斜拉桥地震损伤可控和强震下使用功能快速恢复的目标。
为达到以上目的,通过以下技术方案实现的:
一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,其特征在于:包括,承台(1),斜拉桥主梁(2),钢管混凝土辅助墩(3),无粘结预应力筋(4),纵桥向滑动支座(5),油阻尼器(6),带加劲肋(13)的耗能角钢(7),钢垫板(8),锚固螺杆(9)、螺栓(10)、连接销座(11)和销轴(12)组成。
带加劲肋(13)的耗能角钢(7)由软钢制成,沿斜向设置一系列加劲肋(13),加劲肋(13)的上下两端分别与耗能角钢(7)的两肢焊接。沿纵桥向,在钢管混凝土辅助墩(3)底部两侧,带加劲肋(13)的耗能角钢(7)通过锚固螺杆(9)和螺栓(10)分别与承台(1)和钢管混凝土辅助墩(3)相连。锚固螺杆(9)深入钢管混凝土辅助墩(3)和承台(1)内部。
沿纵桥向,钢管混凝土辅助墩(3)的顶部两侧分别设置油阻尼器(6),油阻尼器(6)的两端,通过销轴(12)分别与连接销座(11)连接。连接销座(11)通过钢垫板(8)、锚固螺杆(9)和螺栓(10)分别与钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)相连。锚固螺杆(9)深入钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)内部。
钢管混凝土辅助墩(3)中间预留孔道,无粘结预应力筋(4)贯穿钢管混凝土辅助墩(3)中心。无粘结预应力筋(4)底部锚固于承台(1),顶部锚固于钢管混凝土辅助墩(3)上端。
钢管混凝土辅助墩(3)的侧面为钢管,墩底安装钢垫板(8)。承台(1)顶部与钢管混凝土辅助墩(3)接触的位置安装钢垫板(8)。
钢管混凝土辅助墩(3)的上端设置纵桥向滑动支座(5),斜拉桥主梁(2)坐落在纵桥向滑动支座(5)之上。
采用上述技术方案的本实用新型:
1.正常使用状态下,由于油阻尼器几乎无内力,钢管混凝土辅助墩间仅通过纵桥向滑动支座支撑上部的斜拉桥主梁,斜拉桥主梁成为纵桥向漂浮体系,斜拉桥主梁可自由变形,避免了由于斜拉桥主梁的温度变形引起的内力。
2.强震下,油阻尼器受力,并将内力传递至下部的钢管混凝土辅助墩,钢管混凝土辅助墩提供的反力可有效抑制斜拉桥主梁的纵桥向位移,避免由于斜拉桥主梁位移过大撞击引桥。
3.钢管混凝土辅助墩的墩底为钢垫板,侧面为钢管。钢管混凝土辅助墩与承台之间,除无粘结预应力筋穿过外,无其他钢筋穿过。强震下,钢管混凝土辅助墩将发生摇摆反应,且底部钢板及侧面的钢管将有效避免辅助墩混凝土的破坏。
4.钢管混凝土辅助墩的无粘结预应力筋将保证辅助墩强震后的自复位能力,辅助墩震后残余变形很小,可充分保证桥梁震后通车能力和震后可修复性。
5.油阻尼器和带加劲肋的耗能角钢将提供辅助墩系统在强震下的耗能能力,且震后损坏的油阻尼器和带加劲肋的耗能角钢均便于替换,便于斜拉桥震后功能的快速恢复。
6.带加劲肋的耗能角钢增加了辅助墩纵桥向的强度、刚度和耗能能力,强震下,带加劲肋的耗能角钢破坏后,辅助墩的侧向刚度将降低,自振周期延长,辅助墩发生更为明显的摇摆反应,进一步起到减震的目的。
与传统斜拉桥桥梁辅助墩相比,本实用新型具有4个突出优点,其一是由于采用了油阻尼器,解决了采用纵向漂浮体系的斜拉桥地震时主梁纵桥向位移过大的问题。并且油阻尼器在加载速度很慢时几乎无内力,便于克服斜拉桥主梁由于温度变形引起的内力。其二,由于采用钢管混凝土辅助墩,且采用摇摆体系,减轻了斜拉桥辅助墩在强震下的损伤破坏,辅助墩中的无粘结预应力筋又进一步提高了辅助墩的自复位能力。其三,带加劲肋的耗能角钢、油阻尼器的使用将实现斜拉桥辅助墩功能分离的抗震设计。钢管混凝土辅助墩主要提供竖向承载力,带加劲肋的耗能角钢提供辅助墩侧向强度和刚度以及大震下的耗能能力,油阻尼器用于强震下限制斜拉桥主梁的纵桥向位移,并提供耗能能力。设计思路更为清晰,抗震性能更易保证。其四,带加劲肋的耗能角钢、油阻尼器等耗能构件震后均便于快速替换,实现斜拉桥震后可修、使用功能快速恢复的目的。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述,为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段,而可依照说明书的内容予以实施,并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂,以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。
附图说明
本实用新型共4幅附图,其中:
图1为本实用新型的辅助墩系统立面示意图。
图2为本实用新型的油阻尼器及安装部件示意图。
图3为本实用新型的带加劲肋的耗能角钢及安装部件示意图。
图4为本实用新型的带加劲肋的耗能角钢三维图。
图中:1—承台,2—斜拉桥主梁,3—钢管混凝土辅助墩,4—无粘结预应力筋,5—纵桥向滑动支座,6—油阻尼器,7—带加劲肋的耗能角钢,8—钢垫板,9—锚固螺杆,10—螺栓,11—连接销座,12—销轴,13—加劲肋。
具体实施方式
如图所示的一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,包括:承台(1),斜拉桥主梁(2),钢管混凝土辅助墩(3),无粘结预应力筋(4),纵桥向滑动支座(5),油阻尼器(6),带加劲肋(13)的耗能角钢(7),钢垫板(8),锚固螺杆(9)、螺栓(10)、连接销座(11)和销轴(12)组成。
带加劲肋(13)的耗能角钢(7)由软钢制成,沿斜向设置一系列加劲肋(13),加劲肋(13)的上下两端分别与耗能角钢(7)的两肢焊接。沿纵桥向,在钢管混凝土辅助墩(3)底部两侧,带加劲肋(13)的耗能角钢(7)通过锚固螺杆(9)和螺栓(10)分别与承台(1)和钢管混凝土辅助墩(3)相连。锚固螺杆(9)深入钢管混凝土辅助墩(3)和承台(1)内部。
沿纵桥向,钢管混凝土辅助墩(3)的顶部两侧分别设置油阻尼器(6),油阻尼器(6)的两端,通过销轴(12)分别与连接销座(11)连接。连接销座(11)通过钢垫板(8)、锚固螺杆(9)和螺栓(10)分别与钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)相连。锚固螺杆(9)深入钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)内部。
钢管混凝土辅助墩(3)中间预留孔道,无粘结预应力筋(4)贯穿钢管混凝土辅助墩(3)中心。无粘结预应力筋(4)底部锚固于承台(1),顶部锚固于钢管混凝土辅助墩(3)上端。
钢管混凝土辅助墩(3)的侧面为钢管,墩底安装钢垫板(8)。承台(1)顶部与钢管混凝土辅助墩(3)接触的位置安装钢垫板(8)。
钢管混凝土辅助墩(3)的上端设置纵桥向滑动支座(5),斜拉桥主梁(2)坐落在纵桥向滑动支座(5)之上。
采用上述技术方案的本实用新型:
1.正常使用状态下,由于油阻尼器几乎无内力,钢管混凝土辅助墩间仅通过纵桥向滑动支座支撑上部的斜拉桥主梁,斜拉桥主梁成为纵桥向漂浮体系,斜拉桥主梁可自由变形,避免了由于斜拉桥主梁的温度变形引起的内力。
2.强震下,油阻尼器受力,并将内力传递至下部的钢管混凝土辅助墩,可有效抑制斜拉桥主梁的纵桥向位移,避免由于斜拉桥主梁位移过大撞击引桥。
3.钢管混凝土辅助墩的墩底为钢垫板,侧面为钢管。钢管混凝土辅助墩与承台之间,除无粘结预应力筋穿过外,无其他钢筋穿过。强震下,钢管混凝土辅助墩将发生摇摆反应,且底部钢板及侧面的钢管将有效避免辅助墩混凝土的破坏。
4.钢管混凝土辅助墩的无粘结预应力筋将保证辅助墩强震后的自复位能力,辅助墩震后残余变形很小,可充分保证桥梁震后通车能力和震后可修复性。
5.油阻尼器和带加劲肋的耗能角钢将提供辅助墩系统在强震下的耗能能力,且震后损坏的油阻尼器和带加劲肋的耗能角钢均便于替换,便于斜拉桥震后功能的快速恢复。
6.带加劲肋的耗能角钢增加了辅助墩纵桥向的强度、刚度和耗能能力,强震下,带加劲肋的耗能角钢破坏后,辅助墩的侧向刚度将降低,自振周期延长,辅助墩发生更为明显的摇摆反应,进一步起到减震的目的。
综上,本实用新型提出一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统。通过油阻尼器与辅助墩共同作用,实现正常使用状态下斜拉桥主梁为纵桥向漂浮体系,强震下能抑制斜拉桥主梁位移的目的。通过钢管混凝土结构及摇摆体系减轻辅助墩强震下可能造成的损伤。带加劲肋的耗能角钢与油阻尼器实现耗能的目的,且震后损坏时可快速替换。与传统斜拉桥桥梁辅助墩相比,本实用新型具有4个突出优点,其一是由于采用了油阻尼器,解决了采用纵向漂浮体系的斜拉桥地震时主梁纵向位移过大的问题。并且油阻尼器在加载速度慢时几乎无内力,便于克服斜拉桥主梁由于温度变形引起的内力。其二,由于采用钢管混凝土辅助墩,且采用摇摆体系,减轻了斜拉桥辅助墩在强震下的损伤破坏,辅助墩中的无粘结预应力筋又进一步提高了辅助墩的自复位能力。其三,带加劲肋的耗能角钢、油阻尼器的使用将实现斜拉桥辅助墩功能分离的抗震设计。钢管混凝土辅助墩主要提供竖向承载力,带加劲肋的耗能角钢提供辅助墩侧向强度和刚度以及大震下的耗能能力,油阻尼器用于强震下限制斜拉桥主梁的纵向位移,并提供耗能能力。设计思路更为清晰,抗震性能更易保证。其四,带加劲肋的耗能角钢、油阻尼器等耗能构件震后均便于快速替换,实现斜拉桥震后可修、使用功能快速恢复的目的。
以上所述,仅是本实用新型的较佳实施例而已,并非对本实用新型作任何形式上的限制,虽然本实用信息能够已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本使用新型,任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上诉揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容,依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种免地震损伤设计的斜拉桥辅助墩系统,其特征在于,包括:承台(1),斜拉桥主梁(2),钢管混凝土辅助墩(3),无粘结预应力筋(4),纵桥向滑动支座(5),油阻尼器(6),带加劲肋(13)的耗能角钢(7),钢垫板,锚固螺杆、螺栓、连接销座(11)和销轴(12);
带加劲肋(13)的耗能角钢(7)由软钢制成,沿斜向设置一系列加劲肋(13),加劲肋(13)的上下两端分别与耗能角钢(7)的两肢焊接;沿纵桥向,在钢管混凝土辅助墩(3)底部两侧,带加劲肋(13)的耗能角钢(7)通过锚固螺杆和螺栓分别与承台(1)和钢管混凝土辅助墩(3)相连;锚固螺杆深入钢管混凝土辅助墩(3)和承台(1)内部;
沿纵桥向,钢管混凝土辅助墩(3)的顶部两侧分别设置油阻尼器(6),油阻尼器(6)的两端,通过销轴(12)分别与连接销座(11)连接;连接销座(11)通过钢垫板、锚固螺杆和螺栓分别与钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)相连;锚固螺杆深入钢管混凝土辅助墩(3)和斜拉桥主梁(2)内部;
钢管混凝土辅助墩(3)中间预留孔道,无粘结预应力筋(4)贯穿钢管混凝土辅助墩(3)中心;无粘结预应力筋(4)底部锚固于承台(1),顶部锚固于钢管混凝土辅助墩(3)上端;
钢管混凝土辅助墩(3)的侧面为钢管,墩底安装钢垫板;承台(1)顶部与钢管混凝土辅助墩(3)接触的位置安装钢垫板;
钢管混凝土辅助墩(3)的上端设置纵桥向滑动支座(5),斜拉桥主梁(2)坐落在纵桥向滑动支座(5)之上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112502035A (zh) * 2020-12-08 2021-03-16 防灾科技学院 一种含三重耗能体系的装配式桥梁双柱墩
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CN113322793A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 同济大学 一种多重减震的节段拼装摇摆桥墩设计实施方法
CN113322797A (zh) * 2021-06-07 2021-08-31 同济大学 节段拼装摇摆桥墩多重减震体系
CN114351573A (zh) * 2022-02-15 2022-04-15 中南大学 一种用于高速铁路的减隔震摇摆桥墩

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