CN215052031U - 一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁防震技术领域，尤其涉及一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩，包括：钢管、抗变形连接件、中心管道、纵向钢筋和混凝土层。其中：所述钢管包括若干节钢管段，抗变形连接件由环形外圈、内圈和夹在该外圈和内圈之间的弹性圈组成。抗变形连接件设置在相邻钢管段的连接处共同组成柱状外壳，钢管段和抗变形连接件同心设置。所述中心管道竖向设置在该外壳中，且外壳和中心管道之间填充所述混凝土层，所述纵向钢筋设置在中心管道中。本实用新型的这种桥墩不仅允许桥墩节段连接处伸缩变形减小墩柱震后的残余变形，可以通过变形过程降低结构加速度反应，还能够通过墩底的抗变形连接件耗散输入桥墩的地震能量，起到减、隔震作用。

Description

一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩

技术领域

本实用新型涉及桥梁防震技术领域，尤其涉及一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩。

背景技术

本实用新型背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着我国经济的快速发展和城市、公路高速铁路交通的迅猛发展，桥梁结构作为交通工程的生命线，其性能要求愈发严格。在桥梁结构中，桥墩的性能显得尤为重要。我国现阶段的“小震不坏，中震可修，大震不倒”抗震设计思想越来越不满足现代桥梁工程发展的需求，在中震和大震下，结构会不可避免的产生较大残余变形，对震后的抢救带来了极大的困难。

桥墩作为桥梁在地震作用下的主要受力构件和支撑上部结构的关键构件，其抗震性能很大程度上决定桥梁的安全。常规基于延性设计的钢管混凝土桥墩力学性能优异，延性变形能力强，可充分发挥钢材和混凝土的承载力。而实际工程中，整体设计的钢管还具有以下不足：（1）通常需要在现场拼接钢管，焊接工艺要求高，焊接质量难以保证；（2）通常混凝土的一次浇筑量较大，浇筑质量难以保证，且泵送混凝能力要求高；（3）整体的钢管混凝土桥墩在地震或者其他荷载作用下一旦损伤破坏，通常需要全桥墩拆除修复，费时费力。

然而，本实用新型人发现：尽管可将节段式拼装技术推广到钢管混凝土桥墩的建设上，但仍面临以下等方面的问题：（1）桥墩节段之间、塑性铰区缺乏抗剪机制，剪力无法有效传递；（2）钢管脱开和混凝土开裂现象常见；（3）桥墩震后较大残余变形无法改善。

实用新型内容

针对上述的问题，本实用新型提供了一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩，这种桥墩不仅允许桥墩节段连接处伸缩变形减小墩柱震后的残余变形，可以通过变形过程降低结构加速度反应，还能够通过墩底的抗变形连接件耗散输入桥墩的地震能量，起到减、隔震作用。为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下。

一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩，包括：钢管、抗变形连接件、中心管道、纵向钢筋和混凝土层。其中：所述钢管包括若干节钢管段，所述抗变形连接件由环形外圈、内圈和夹在该外圈和内圈之间的弹性圈组成。所述抗变形连接件设置在相邻钢管段的连接处共同组成柱状外壳，所述钢管段和抗变形连接件同心设置，且弹性圈与所述钢管段的端面重合。所述中心管道竖向设置在该外壳中，且外壳和中心管道之间填充所述混凝土层，所述纵向钢筋设置在中心管道中。

进一步地，还包括承台和盖梁，其中：所述桥墩下端固定在承台的上表面上，桥墩上端固定在所述盖梁的顶面上，且承台与桥墩最下层的抗变形连接件连接。桥墩最下层的抗变形连接件能够桥耗散输入桥墩的地震能量的作用。

进一步地，所述纵向钢筋为张紧状态，其两端分别通过锚具锚固在承台和盖梁上，从而将桥墩、承台和盖梁紧固成整体。

进一步地，所述承台的下表面上和盖梁的上表面上均开设有凹槽，所述纵向钢筋的两端分别通过锚具锚固在承台的所述凹槽中和盖梁的所述凹槽中。

进一步地，所述桥墩下端通过抗剪连接件固定在承台的上表面上。抗剪连接件的作用在于实现桥墩和承台之间的相对变形。

优选地，所述抗剪连接件包括高阻尼橡胶垫和抗剪切栓钉，其中：所述抗剪切栓钉的上、下两端分别紧密连接在混凝土层和承台中，所述高阻尼橡胶垫位于抗剪切栓钉的下端面和承台之间。

进一步地，所述钢管的内壁上连接有若干条竖向分布的肋板，所述肋板沿着述钢管的内壁的周向均匀分布，通过肋板可以有效降低钢管的脱开现象和混凝土层的开裂现象，提高桥墩抗侧、抗弯和抗震性能。

进一步地，所述承台的上表面上开设第一卡槽，所述最下层的抗变形连接件的下端位于该第一卡槽中，从而实现对桥墩建设位置的准确定位。

进一步地，所述第一卡槽的底面上设置有第二卡槽，所述高阻尼橡胶垫位于该第二卡槽中。

进一步地，所述外圈和内圈的材质为低屈服点钢板，所述弹性圈的材质为橡胶，低屈服点钢板具有发生变形而不易断裂的特点，抗震性能优异。

进一步地，所述弹性圈与外圈、内圈之间均通过胶水（如环氧树脂类胶水等）粘接为整体。

进一步地，所述中心管道为金属波纹管，因为预应力管道（中心管道）自上而下贯穿整个桥墩，故而可以提高桥墩的整体性，纵向钢筋张拉后，整体性可进一步提高；为纵向钢筋提供张拉管道的同时又因自身重量轻、刚度大、附着抗拔力强的特点，可以有效提高钢筋混凝土在往复荷载下的延性，即提高桥墩的抗震性能。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

首先，本实用新型通过在桥墩的中部设置抗变形连接件后能够允许桥墩节段连接处沿着桥墩墩身轴线方向伸缩变形和弯曲变形，从而有效减小桥墩震后的残余变形，并且可以通过抗变形连接件的变形过程降低结构加速度反应，同时通过桥墩最下层的抗变形连接件能够有效耗散输入桥墩的地震能量，起到减震、隔震的作用。

其次，本实用新型通过设置处于张紧状态的预应力纵向钢筋可以提高桥墩的自复位能力，减少了残余位移，提高了桥墩的抗震性能，保证了交通生命线的畅通，为震后抗震救灾提供了宝贵的时间。

再次，本实用新型通过将抗剪连接件置于桥墩和承台交界处，即塑性铰区，从而为塑性铰区提供了可靠的剪力传递机制，这是因为：位于抗剪切栓钉下部的高阻尼橡胶垫具有抗变形伸缩的能力，能在混凝土浇筑成型后形成一定的空间，允许抗剪切栓钉发生一定的上、下自由移动，从而实现桥墩和承台间的变形；当桥墩受到下压压力产生较大的变形时抗剪切栓钉就会被卡紧，实现有效的纵向限位，桥墩和承台之间剪力可以有效传递。

最后，本实用新型的这种桥墩解决了节段式钢管混凝土墩柱的应用难题，提供了可靠安全的技术方案。而且本实用新型的这种桥墩构造巧妙、能够通过现场施工快速完成，且便于震后损伤检测修复，易于在实际工程中推广应用，可广泛应用于城市、公路、铁路和高速公路网的桥梁建设中。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型实施例中自复位节段式抗变形混凝土桥墩的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中抗变形连接件的俯视图。

图3为本实用新型实施例中抗变形连接件的剖面图。

图4为本实用新型实施例中钢管段的结构示意图。

图5为本实用新型实施例中抗剪连接件的结构示意图。

图6为本实用新型另一实施例中承台的俯视图。

上述图中标记分别代表：

1-钢管、	2-抗变形连接件、	2.1-外圈、	2.2-内圈、
				2.3-弹性圈、	3-中心管道、	4-纵向钢筋、	5-混凝土层、
6-承台、	7-盖梁、	8-锚具、	9-凹槽、
				10-抗剪连接件、	11-高阻尼橡胶垫、	12-抗剪切栓钉、	13-肋板、
14-第一卡槽、	15-第二卡槽、	16-钢管段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本实用新型中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语解释部分：本实用新型中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型的具体含义。

正如前文所述，尽管可将节段式拼装技术推广到钢管混凝土桥墩的建设上，但仍面临“桥墩节段之间、塑性铰区缺乏抗剪机制，剪力无法有效传递；钢管脱开和混凝土开裂现象常见；桥墩震后较大残余变形无法改善”等方面的问题。

因此，本实用新型提出了一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩，参考图1至图5，对于该图所示的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其是包含钢管1、抗变形连接件2、中心管道3、纵向钢筋4和混凝土层5等在内的多个部件形成的总成。上述部件构成了所述自复位节段式抗变形混凝土桥墩的基本结构，但仍然需要其他部件、结构的配合。此外，对于概念的使用，不应仅仅从字面上进行简单的理解，应当由其在具体应用中的作用来体现。

基于以上要解决的问题和实现的目的，现通过以下具体实施例详细说明所述自复位节段式抗变形混凝土桥墩。

对于所述钢管1是由若干节圆形的钢管段16组成，这些钢管段16竖向叠拼构成节段式拼装钢管混凝土桥墩的重要组成部分。进一步地，为了提高钢管1的耐蚀性，钢管1的外表面上设置有一层防腐层，如油漆层、镀锌层等，其可以有效提高钢管在大气中的耐蚀性，提高桥墩的寿命。除此之外，所述钢管1还可以为方形钢管，即此种钢管1是由若干节截面为方形的钢管段16组成。

对于所述抗变形连接件2，参考图2和图3，其是由环形的外圈2.1、内圈2.2和夹在该外圈2.1和内圈2.2之间的弹性圈2.3组成，其中：所述外圈2.1和内圈2.2均为低屈服点软钢板制成的圆环状构件，且外圈2.1内径略大于钢管1的外径，内圈2.2的外径略小于钢管1的内径，所述弹性圈2.3的厚度与钢管1的壁厚相同，以便于将抗变形连接件2与钢管段16对接后，弹性圈2.3与钢管段16的端面重合。所述弹性圈2.3的材质为橡胶（即高阻尼橡胶芯），且该弹性圈2.3与外圈2.1、内圈2.2之间均通过环氧树脂类胶水粘接为整体。

所述抗变形连接件2设置在相邻钢管段16的连接处共同组成柱状外壳，所述钢管段16和抗变形连接件2同心设置，且弹性圈2.3与所述钢管段16的端面重合，即抗变形连接件2和钢管段16交错叠层后共同组成柱状外壳。通过在桥墩中设置所述抗变形连接件2的优势是：这种桥墩解决了节段式钢管混凝土墩柱的应用难题，而且在桥墩受到地震而上、下晃动，左右摇摆（小变形）时，能够允许钢管段16的连接处沿着桥墩墩身轴线方向进行伸缩变形（即上下方向）和弯曲变形（即左右方向），从而有效减小桥墩震后的残余变形，并且可以通过所述抗变形连接件的变形过程降低结构加速度反应，进而避免桥墩在地震往复作用下发生结构性的塑性损伤问题。

所述中心管道3为钢质波纹管，其竖向设置在所述外壳的中心处，且该外壳和中心管道3之间填充混凝土层5，所述纵向钢筋4设置在中心管道3中。因为中心管道自上而下贯穿整个桥墩，故而可以提高桥墩的整体性，纵向钢筋张拉后，整体性可进一步提高；钢质波纹管为纵向钢筋提供张拉管道的同时又因自身重量轻、刚度大、附着抗拔力强的特点，可以有效提高钢筋混凝土在往复荷载下的延性，即提高桥墩的抗震性能，从而进一步提高桥墩的整体性能和抗震性能，同时，通过设置处于张紧状态的预应力纵向钢筋4可以提高桥墩的自复位能力，减少了残余位移，提高了桥墩的抗震性能，这是因为纵向钢筋4的预应力为桥墩提供与压力，推迟混凝土截面上裂缝出现，且限制裂缝的开展，故预应力混凝土桥墩的初始刚度、屈服荷载和峰值荷载均会有所提高。随着桥墩墩顶截面的倾斜，纵向钢筋4受拉侧有增长的趋势，而受压侧缩短的趋势，从而纵向钢筋4提供的拉力形成阻碍构件继续变形的反弯矩，起到恢复力的作用。

进一步地，上述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩还可以与承台6、盖梁7、锚具8和抗剪连接件10等部件配合连接，形成抗震性能更好、结构更加丰富的混凝土桥墩系统，具体地如下：

继续参考图1，所述自复位节段式抗变形混凝土桥墩还包括承台6和盖梁7，其中：所述承台6的下表面上和盖梁7的上表面上均开设有凹槽9，所述纵向钢筋4为张紧状态，其下部和上部分别埋设在承台6和盖梁7中，且纵向钢筋4的两端分别通过锚具8锚固在承台6的所述凹槽9中和盖梁7的所述凹槽9中，且承台6与桥墩最下层的抗变形连接件2连接，从而将所述桥墩下端固定在承台6的上表面上，桥墩上端固定在所述盖梁7的顶面上，使桥墩、承台6和盖梁7紧固成整体。这种桥墩除了设置在中部的抗变形连接件2之外。

通过设置在桥墩最下层的抗变形连接件2（即与承台6的上表面相连接的一个抗变形连接件2）能够桥耗散输入桥墩的地震能量的作用，进一步提高桥墩的减震、隔震能力，这是因为在墩身发生摇摆的过程中，抗变形连接件2既可通过低屈服点软钢外圈2.1和内圈2.2拉伸变形耗散地震能量，又可通过高阻尼橡胶弹性圈2.3压缩变形耗散地震能量。抗变形连接件2能够吸收大部分输入到桥墩上的地震能量，同时将结构损伤集中于自身，整个桥墩及上部结构不发生塑性损伤。另外，通过设置处于张紧状态的预应力纵向钢筋4可以提高桥墩的自复位能力，减少残余位移，提高桥墩的抗震性能，这是因为随着桥墩墩顶截面的倾斜，纵向钢筋4受拉侧有增长的趋势，而受压侧缩短的趋势，从而纵向钢筋4提供的拉力形成阻碍构件继续变形的反弯矩，起到恢复力的作用。

继续参考图1，在另一些实施例中，所述桥墩下端是通过抗剪连接件10固定在承台6的上表面上，所述抗剪连接件10包括高阻尼橡胶垫11和抗剪栓钉12，其中：所述抗剪栓钉12的上、下两端分别紧密连接在混凝土层5和承台6中，所述高阻尼橡胶垫11位于抗剪栓钉12的下端面和承台6之间，且抗剪栓钉12的下端为十字形，对应地，所述高阻尼橡胶垫11也为十字形。

通过将抗剪连接件10置于桥墩和承台6的交界处，即塑性铰区，从而为塑性铰区提供了可靠的剪力传递机制，这是因为：位于抗剪栓钉12下部的高阻尼橡胶垫11具有抗变形伸缩的能力，能在混凝土浇筑成型后形成一定的空间，允许抗剪栓钉12发生一定的上、下自由移动，从而实现桥墩和承台6间的变形；当桥墩受到下压压力产生较大的变形时抗剪切栓钉12就会被卡紧，实现有效的纵向限位，桥墩和承台之间剪力可以有效传递，进而避免了现浇桥墩在与承台接缝处因变形过大产生破坏的问题；又能避免普通装配式桥墩在墩柱和承台接缝处变形较大产生较大分离问题。

参考图6，在另一些实施例中，所述承台6的上表面上开设圆形的第一卡槽14，所述最下层的抗变形连接件2的下端位于该第一卡槽14中，从而实现对桥墩建设位置的准确定位。所述第一卡槽14的底面上设置有第二卡槽15，所述高阻尼橡胶垫11位于该第二卡槽15中。

继续参考图4，在另一些实施例中，所述钢管1的内壁上连接有若干条竖向分布的肋板13，所述肋板13沿着述钢管1的内壁的周向均匀分布，通过肋板13可以有效降低钢管1的脱开现象和混凝土层5的开裂现象，提高桥墩抗侧、抗弯和抗震性能。

进行施工时，可通过在工厂提前预制上述的一些部件，实现所述自复位节段式抗变形混凝土桥墩在现场的快速施工，具体如下：

1、预制所述加工抗变形连接件2，包括步骤：

1）制作低屈服点钢板制成的圆形的外圈2.1和内圈2.2，两者的高度为3~5cm，且外圈2.1内径大于钢管1的外径，内圈2.2的外径小于钢管1的内径，以便于将抗变形连接件2与钢管段16对接后，弹性圈2.3与钢管段16的端面重合。

2）制作弹性圈2.3（以高阻尼橡胶芯为例），将内圈2.2放入外圈2.1中且两者的中心重合，然后将预制好的弹性圈2.3置于内圈2.2和外圈2.1之间的间隙中，最后注入环氧树脂类胶水粘使外圈2.1、内圈2.2和弹性圈2.3粘接成为整体。

2、预制所述抗剪连接件10，包括步骤：

1）制作抗剪栓钉12，放大端为十字形。

2）制作与抗剪栓钉12放大端形状相匹配的高阻尼橡胶垫11，厚度为2~3cm。

3、预制带有所述肋板的13的钢管段16，包括步骤：在钢管段16的内壁上焊接肋板13，数目间距根据钢管段16直径和实际需要确定。

4、浇筑混凝土桥墩，包括步骤：

1）浇筑承台6，在现场浇筑混凝土承台6，并在承台6的上表面上留有与所述钢管段16相匹配的第一卡槽14，以便于将最下端的钢管段16的下端口放入第一卡槽14中，并在第一卡槽14中设置第二卡槽15，在承台6的下表面上留有锚固用的凹槽9，所述中心管道3竖向预制在承台6中，纵向钢筋4的下端预埋在混凝土承台6中，方便桥墩的安装。

2）依次安装抗变形连接件2和带肋钢管段16，使纵向钢筋4依次穿过钢管段16中的中心管道3。

3）现场浇筑盖梁7（或工厂预制），在盖梁7中设置有用于放置中心管道3的孔道，盖梁7的上表面上留有锚固用的凹槽9，将盖梁7置于桥墩的顶面上，使中心管道3位于所述孔道中，使纵向钢筋4穿过所述孔道后进入凹槽9中，最后张拉纵向钢筋4并用锚具8进行锚固，完成桥墩的制作。

最后，需要说明的是，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自复位节段式抗变形混凝土桥墩，包括：

钢管，所述钢管包括若干节钢管段；

抗变形连接件，所述抗变形连接件由环形外圈、内圈和夹在该外圈和内圈之间的弹性圈组成；

所述抗变形连接件设置在相邻所述钢管段的连接处并共同组成柱状外壳，所述抗变形连接件与钢管段对接后弹性圈与钢管段的端面重合；

中心管道，所述中心管道竖向设置在所述外壳中，且该外壳和中心管道之间填充混凝土层；以及

纵向钢筋，所述纵向钢筋设置在中心管道中。

2.根据权利要求1所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，还包括承台和盖梁，其中：所述桥墩下端固定在承台的上表面上，桥墩上端固定在所述盖梁的顶面上，且所述承台与桥墩最下层的抗变形连接件连接。

3.根据权利要求2所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述纵向钢筋为张紧状态，其两端分别通过锚具锚固在所述承台和盖梁上，从而将桥墩、承台和盖梁紧固成整体。

4.根据权利要求3所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述承台的下表面上和盖梁的上表面上均开设有凹槽，所述纵向钢筋的两端分别通过锚具锚固在承台的所述凹槽中和盖梁的所述凹槽中。

5.根据权利要求2所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述桥墩下端通过抗剪连接件固定在承台的上表面上。

6.根据权利要求5所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述抗剪连接件包括高阻尼橡胶垫和抗剪切栓钉，其中：所述抗剪切栓钉的上、下两端分别紧密连接在混凝土层和承台中，所述高阻尼橡胶垫位于抗剪切栓钉的下端面和承台之间。

7.根据权利要求6所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述承台的上表面上开设第一卡槽，所述最下层的抗变形连接件的下端位于该第一卡槽中；所述第一卡槽的底面上设置有第二卡槽，所述高阻尼橡胶垫位于该第二卡槽中。

8.根据权利要求1所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述钢管的内壁上连接有若干条竖向分布的肋板，所述肋板沿着述钢管的内壁的周向均匀分布。

9.根据权利要求1-8任一项所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述外圈和内圈的材质为低屈服点钢板，所述弹性圈的材质为橡胶。

10.根据权利要求1-8任一项所述的自复位节段式抗变形混凝土桥墩，其特征在于，所述弹性圈与外圈、内圈之间均通过胶水粘接为整体；所述中心管道为金属波纹管。

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