CN216615473U - 一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，包括：承台、耗能减震装置、桥墩、发泡水泥柱和连接杆；其中：所述承台的上表面上具有固定槽，承台下表面具有沉孔；所述耗能减震装置组包括加强管、管式耗能减震器，所述加强管的下端向外弯曲形成槽型结构，且该加强管的下端固定在所述固定槽中，所述桥墩为空心结构，其套在加强管上，且该桥墩的下端固定在加强管的下端槽型结构中；所述发泡水泥柱竖向固定在加强管中，所述管式耗能减震器两端分别与所述加强管、发泡水泥柱连接。本实用新型的这种空心混凝土桥墩附加了耗能减震装置，有效补偿了桥墩本身的耗能能力，减少了薄壁空心桥墩的震动破坏，提升了桥墩的自复位能力。

Description

一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩

技术领域

本实用新型涉及桥梁防震技术领域，尤其涉及一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩。

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。

预制空心桥墩由于其有快速施工优势，且有结构刚度和强度较好、自重轻、截面模量大以及截面积较小等优点，在桥梁施工领域得到大量应用。

按延性设计的传统装配式桥梁，通常会在桥墩连接处形成塑性铰区，导致桥墩的边缘区混凝土压溃破碎及钢筋的屈服。因此地震中桥墩塑性铰区的破坏难以修复，桥墩的残余位移也较大。

理想的自复位结构可利用其自恢复力消除残余位移，并能经快速修复恢复其原有使用功能。采用后张预应力连接形式的装配式桥墩与现浇桥墩相比抗裂和自复位能力更强，但耗能能力较差。

实用新型内容

本实用新型提供一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，这种桥墩附加了耗能减震装置，有效补偿了桥墩本身的耗能能力，减少了薄壁空心桥墩的震动破坏，提升了桥墩的自复位能力，有效解决了普通装配式空心桥墩耗能能力较低的问题、容易开裂、耐久性差的问题。同时，还解决了现有空心混凝土桥墩连接强度受限的缺陷以及接缝位置易因局部应力大使桥墩边缘区混凝土被压溃的问题。为实现上述目的，本实用新型提供如下所述的技术方案。

一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，包括：承台、耗能减震装置、桥墩、发泡水泥柱和连接杆。其中：所述承台的上表面上具有固定槽，承台下表面具有沉孔。所述耗能减震装置组包括加强管、管式耗能减震器、高阻尼橡胶垫和顶部钢板，所述加强管的下端向外弯曲形成槽型结构，且该加强管的下端固定在所述固定槽中。所述桥墩为空心结构，其套在加强管上，且该桥墩的下端固定在加强管的下端槽型结构中。所述发泡水泥柱竖向固定在加强管中，所述管式耗能减震器横向设置，其两端分别与所述加强管、发泡水泥柱连接，所述高阻尼橡胶垫连接在管式耗能减震器与发泡水泥柱之间。所述顶部钢板位于加强管中发泡水泥柱的上端面上，且所述顶部钢板的边缘具有凸出部，其穿过加强管后和桥墩连接。所述发泡水泥柱与顶部钢板之间通过连接杆连接，所述连接杆的下端穿过发泡水泥柱后张拉固定在所述承台的沉孔中。

进一步地，所述加强管的上部侧壁上开设有侧孔，所述顶部钢板边缘的凸出部穿过所述侧孔后与桥墩连接。

进一步地，所述加强管内侧壁上固定有螺纹杆，所述管式耗能减震器的一端与该螺纹杆螺纹连接。所述高阻尼橡胶垫对所述发泡水泥柱起到缓冲作用，有助于增加桥墩的抗震性能，不影响桥墩和发泡水泥柱的正常安放和使用。

进一步地，所述管式耗能减震器包括外套钢管、内杆、弹簧、外挡板、内挡板、隔板减震球。其中：所述外套钢管的第一端内壁上具有内螺纹。所述外挡板固定在外套钢管的第二端端口上。所述内杆位于外套钢管中且与外挡板固定，所述内杆的另一端穿过位于外套钢管第一端端口中的内挡板后与隔板连接，所述隔板固定在外套钢管的内壁上。所述减震球滑动套在内杆上，且所述隔板与减震球之间、外挡板与减震球之间、内挡板和隔板均设置有弹簧，且所述弹簧滑动套在内杆上。所述弹簧、减震球、内挡板套在内杆上，可以移动但不会脱离内杆，因此内杆为弹簧、减震球和内挡板提供了滑道，使减震只能水平运动，而不能竖向运动，弹簧只能水平伸缩，这样避免了减震球撞击外套钢管而对管式耗能减震器产生破坏。

进一步地，围绕所述桥墩的下部外壁浇筑有环形增强墩体，且所述增强墩体的下部位于所述承台的上表面上的固定槽中，所述顶部钢板边缘的凸出部穿过所述侧孔和桥墩后固定在所述增强墩体中。

进一步地，所述桥墩为预制阶段式空心墩，即所述桥墩的上段为内腔，底部向外扩大形成外伸连接段。

进一步地，所述桥墩的底部外伸连接段、加强管的槽型结构、承台的固定槽之间通过螺栓连接为一体。

进一步地，所述增强墩体完全覆盖桥墩的底部外伸连接段，从而使桥墩和承台的固定槽之间通过填充现浇ECC材质的增强墩体实现一体化连接。ECC材质的增强墩体具有抗裂性好、高强度、高延性、高耐久性的优势，同时，在桥墩塑性铰区采用浇筑ECC的所述增强墩体能够有效扩大截面进行局部加强，提高受力复杂区的耐久性和抗震性。

进一步地，所述增强墩体靠近桥墩一侧高于远离桥墩一侧，以便刚度渐变。

进一步地，所述发泡水泥柱固定在所述加强管的中心，所述发泡水泥柱为预制件时，且安装所述发泡水泥柱前对承台固定槽中心处进行凿毛处理，并浇筑坐浆层，使所述发泡水泥柱连接在承台固定槽上。

进一步地，所述发泡水泥柱为预制件时，需要在其中心部位预留孔道，以便于所述连接杆穿过。所述连接杆的设计增加了桥墩在震后自复位的性能，提高了空心桥墩的抗扭强度，使桥墩震后的残余变形小，利于修复。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）通过在桥墩中设置耗能减震装置组，可为桥墩和承台交界处提供可靠的剪力传递机制，其原理是：当桥墩受到水平地震作用时，所述耗能减震装置中的加强管受剪受弯，实现有效的水平和纵向限位，桥墩和承台之间剪力可以有效传递，进而避免桥墩承台连接处的开裂。加强管在吊装桥墩时还可以起到定位作用。必要时，也可对加强管施加预应力。

（2）本实用新型设计的管式耗能减震器可有效提高钢筋混凝土在往复荷载下的耗能能力，在地震作用下，桥墩因摆动产生相对位移，进而通过加强管内壁上的螺纹杆推动内挡板挤压弹簧使其变形，并带动减震球滑动，减震球滑动和弹簧伸缩变形能够有效消耗地震能量达到减震效果；同时，所述管式耗能减震器的外挡板所在端又与发泡水泥柱之间撞碰挤压，使未被管式耗能减震器消耗的能量被发泡水泥柱消耗吸收，当地震停止时，弹簧回弹提高桥墩的自复位能力。

（3）本实用新型在混凝土结构内布置张拉连接杆，避免了发泡水泥柱中的预留孔道对桥墩的削弱，增强了在预应力连接方式中桥墩的竖向承载力。通过设置处于张紧状态的连接杆还可以提高桥墩的自复位能力，减少了残余位移和桥墩塑性铰区的开裂，提高了桥墩的抗震性能。

（4）本实用新型在桥墩外围设置的环形增强墩体高度整体低于桥墩内发泡水泥柱的高度，避免了桥墩下部刚度的突变，让桥墩在通过底部塑性铰区域抵抗地震作用时，环形增强墩体结构也能够受弯剪，从而保证桥墩的完整性。另外，通过环形增强墩体的设置还减小了空心桥墩底部截面的轴压比，同时增强了桥墩承受地震荷载时的受力区域，从而提高桥墩的抗震性能。

（5）本实用新型的这种桥墩解决了普通采用装配式空心桥墩耗能减震能力较低的问题。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为实施例中带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩的结构示意图。。

图2为实施例中管式耗能减震器的结构示意图。

图3为实施例中加强管的结构示意图。

图4为实施例中耗能减震装置组中顶部钢板的结构示意图。

上述图中标记分别代表：1-桥墩、101-墩体、102-内腔、103-外伸连接段、2-承台、201-固定槽、202-承台下表面沉孔、3-增强墩体、4-发泡水泥柱、5-耗能减震装置组、501-加强管、502-螺纹杆、503-底孔、504-侧孔、6-管式耗能减震器、601-外套钢管、602-内杆、603-弹簧、604-外挡板、605-内挡板、606-隔板、607-减震球、7-高阻尼橡胶垫、8-顶部钢板、801-凸出部、802-张拉孔、9-连接杆、901-上端张拉锚具、902-下端张拉锚具、10-高强螺栓。

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。现结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型的提出的带抗剪耗能装置的装配式自复位混凝土桥墩进一步说明。

参考图1至图4，其示例了所述一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其是包含桥墩1、承台2、高性能纤维增强水泥基材料（ECC）的增强墩体3、发泡水泥柱4、耗能减震装置组5、连接杆9等在内的多个部件形成的总成，具体地：

参考图1，所述桥墩1为预制阶段式空心墩，即桥墩1的墩体101具有内腔102，墩体101的底部向外扩大形成外伸连接段103。所述桥墩1套在所述耗能减震装置组的加强管501上且两者紧密连接，所述加强管501下端向外弯曲形成槽型结构，且该加强管501的下端固定在所述承台2的上表面上的固定槽201中。所述外伸连接段103位于加强管501下端的槽型结构中。应当理解的是，所述桥墩1可以为方墩，也可为圆墩。

所述承台2的下表面上具有沉孔202。所述固定槽201的形状与所述外伸连接段103及加强管501的横截面形状相对应。即桥墩1为圆墩时，所述固定槽201为圆形凹槽，桥墩1为方墩时，所述固定槽201为方形凹槽。进一步地，所述承台2可以现浇，也可以预制。

进一步地，所述墩体101外伸连接段103、加强管501、承台2之间通过高强螺栓10（如工字型螺栓）连接成一个整体，确保三者之间的整体性。

继续参考图1，所述增强墩体3浇筑在墩体101的下部外壁周围，且增强墩体3完全覆盖外伸连接段103，所述桥墩1和承台固定槽201之间通过填充外围现浇ECC结构3实现连接。所述增强墩体3靠近桥墩1一侧高于远离桥墩1一侧，以实现刚度渐变。所述增强墩体3采用ECC材料具有抗裂性好、高强度、高延性、高耐久性的优势。同时，在桥墩塑性铰区采用浇筑ECC的所述增强墩体能够有效扩大截面进行局部加强，提高受力复杂区的耐久性和抗震性。当桥墩1通过底部塑性铰区域抵抗地震作用时，环形增强墩体3也能够受弯剪，从而保证桥墩1的完整性。另外，通过环形增强墩体3的设置还减小了桥墩1底部截面的轴压比，同时增强了桥墩1承受地震荷载时的受力区域，从而提高桥墩的抗震性能。

所述发泡水泥柱4固定在承台2上表面的所述固定槽201的中心，安装发泡水泥柱4前，先在所述固定槽201的底面中心进行凿毛处理，并浇筑坐浆层（针对预制发泡水泥柱），从而使所述发泡水泥柱4预埋在承台2中，所述发泡水泥柱4的底面与所述桥墩1的下端的外伸连接段103的底面平齐，发泡水泥柱4的上端超过所述增强墩体3的顶面。所述发泡水泥柱4可以是方柱也可以是圆柱，可以是现浇的也可以是预制的，如果是现浇发泡水泥柱4不需要在中心部位预留孔道，相反地，预制发泡水泥柱4则需要在中心部位预留孔道，以便于设置连接杆9。

参考图1，所述耗能减震装置组5包括加强管501、管式耗能减震器6、高阻尼橡胶垫7和顶部钢板8。进一步地，参考图3，所述加强管501下端向外弯曲形成槽型结构的底面上设置有供所述高强螺栓10穿过的底孔503，所述加强管501的上部预留有供顶部钢板8穿过的侧孔504。进一步地，所述加强管501侧壁内表面上邒水平设置的螺纹杆502，其设置数目及间距根据实际工程结构尺寸确定。在优选的实施方式中，沿着所述加强管501的内壁周向均匀设置所述4个所述螺纹杆502，基相邻螺纹杆502之间的间隔角度为90°。优先地，所述加强管501采用低碳钢软钢，加强管501的设置可有效提高钢筋混凝土在往复荷载下的延性，克服钢筋混凝土桥墩由于局部屈曲而导致的延性不足的抗震缺陷。

参考图4，所述顶部钢板8为方形板，对应内腔为方形的加强管501和桥墩1，所述顶部钢板8的四周各具有一凸出部801，所述凸出部801穿过所述加强管501上部的侧孔504后锚固在所述墩体101的外壁上。所述顶部钢板8中心预留张拉孔802，所述连接杆9的上端穿过张拉孔802后通过所述上端张拉锚具901锚固在顶部钢板8的上表面上，所述连接杆9的下端穿过发泡水泥柱4和承台2后通过下端张拉锚具902锚固在承台2的下表面的沉孔202中。所述上端张拉锚具901、下端张拉锚具902包括夹片式（单孔、多孔夹片锚具）、支承式（墩头锚具、螺母锚具等）、锥塞式（钢质锥形锚具等）和握裹式（挤压锚具、压花锚具等）。

参考图1，所述管式耗能减震器6用于连接加强管501和发泡水泥柱4，所述管式耗能减震器6的一端与所述加强管501内壁上的螺纹杆502螺纹连接。所述管式耗能减震器6的另一端通过螺栓锚固在所述发泡水泥柱4的侧壁上，且两者之间垫有一层高阻尼橡胶垫7，该高阻尼橡胶垫7对所述桥墩发泡水泥柱在特殊条件下受力起到缓冲作用，增加桥墩的抗震性能，不影响桥墩和发泡水泥柱的正常安放和使用。

参考图2，所述管式耗能减震器6包括外套钢管601、内杆602、弹簧603、外挡板604、内挡板605、隔板606、减震球607，外套钢管601带螺纹段和光滑段之间焊接隔板606。其中：所述外套钢管601的第一端内壁上具有内螺纹，所述加强管501内壁上的螺纹杆502螺纹连接在外套钢管601的第一端中。所述外挡板604固定在外套钢管601的第二端端口上。所述内杆602位于外套钢管601中且与外挡板604固定，所述内杆602的另一端穿过位于外套钢管601第一端端口中的内挡板605后与隔板606固定连接，所述隔板606焊接固定在外套钢管601的内壁上。所述减震球607滑动套在内杆602上，且所述隔板606与减震球607之间、外挡板604与减震球607之间、内挡板605和隔板606之间均设置有弹簧603（即以供三段弹簧603），且所述弹簧603滑动套在内杆602上。所述弹簧603、减震球607、内挡板605套在内杆602上，可以移动但不会脱离内杆602，因此内杆602为弹簧603、减震球607和内挡板605提供了滑道，使减震只能水平运动，而不能竖向运动，弹簧603只能水平伸缩，这样避免了减震球607撞击外套钢管601而对管式耗能减震器产生破坏。在地震作用下，桥墩1因摆动产生相对位移，从而使减震球607开启左右滑动，然后带动弹簧603伸缩，减震球607滑动和弹簧603伸缩变形能够有效消耗地震能量达到减震效果；同时，管式耗能减震器6的外挡板604所在端又与发泡水泥柱4之间撞碰挤压，使未被管式耗能减震器6消耗的能量被发泡水泥柱消耗吸收，当地震停止时，弹簧回弹提高桥墩的自复位能力。另外，所述外套钢管601可以为圆管也可为方管，相应地，所述外挡板604、内挡板605、隔板606的形状与外套钢管601的管腔形状相匹配，以便于将外挡板604、内挡板605、隔板606安装在外套钢管601的管腔中。

参考图1，所述连接杆9为无粘接预应力钢筋，其下端在所述承台2的下表面的沉孔202中张拉固定，所述连接杆9的上端穿出所述承台2、发泡水泥柱4和顶部钢板8后上表面张拉固定，所述顶部钢板8位于发泡水泥柱4的上端面上。所述连接杆9能够有效增加桥墩1在震后自复位的性能，提高空心桥墩的抗扭强度，使桥墩震后的残余变形小，利于修复。可选地，所述连接杆包括普通用预应力钢筋（预应力钢绞线、高强钢丝等）、FRP材质的杆体等中任意一种，用作预应力钢筋、耗能钢筋。特别地，若采用普通用预应力钢筋须在所述承台、发泡水泥柱中预留相应的预应力孔道。

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)

1.一种带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，包括：承台、耗能减震装置、桥墩、发泡水泥柱和连接杆；其中：所述承台的上表面上具有固定槽，承台下表面具有沉孔；所述耗能减震装置包括加强管、管式耗能减震器和顶部钢板，所述加强管的下端向外弯曲形成槽型结构，且该加强管的下端固定在所述固定槽中，所述桥墩为空心结构，其套在加强管上，且该桥墩的下端固定在加强管的下端槽型结构中；所述发泡水泥柱竖向固定在加强管中，所述管式耗能减震器横向设置，其两端分别与所述加强管、发泡水泥柱连接，所述顶部钢板位于加强管中发泡水泥柱的上端面上，且所述顶部钢板的边缘具有凸出部，其穿过加强管后和桥墩连接；所述发泡水泥柱与顶部钢板之间通过连接杆连接，所述连接杆的下端穿过发泡水泥柱后张拉固定在所述承台的沉孔中。

2.根据权利要求1所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述加强管的上部侧壁上开设有侧孔，所述顶部钢板边缘的凸出部穿过所述侧孔后与桥墩连接。

3.根据权利要求2所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，围绕所述桥墩的下部外壁浇筑有环形增强墩体，且所述增强墩体的下部位于所述承台的上表面上的固定槽中，所述顶部钢板边缘的凸出部穿过所述侧孔和桥墩后固定在所述增强墩体中。

4.根据权利要求3所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述增强墩体靠近桥墩一侧高于远离桥墩一侧，且所述环形增强墩体高度低于桥墩内发泡水泥柱的高度。

5.根据权利要求3所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述增强墩体完全覆盖桥墩的底部外伸连接段。

6.根据权利要求1所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述管式耗能减震器与发泡水泥柱之间设置有高阻尼橡胶垫。

7.根据权利要求1所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述加强管内侧壁上固定有螺纹杆，所述管式耗能减震器的一端与该螺纹杆螺纹连接。

8.根据权利要求7所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述管式耗能减震器包括外套钢管、内杆、弹簧、外挡板、内挡板、隔板减震球；其中：所述外套钢管的第一端内壁上具有内螺纹；所述外挡板固定在外套钢管的第二端端口上；所述内杆位于外套钢管中且与外挡板固定，所述内杆的另一端穿过位于外套钢管第一端端口中的内挡板后与隔板连接，所述隔板固定在外套钢管的内壁上；所述减震球滑动套在内杆上，且所述隔板与减震球之间、外挡板与减震球之间、内挡板和隔板均设置有弹簧，且所述弹簧滑动套在内杆上。

9.根据权利要求1所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述桥墩为预制阶段式空心墩，即所述桥墩的底部向外扩大形成外伸连接段；所述桥墩的底部外伸连接段、加强管的槽型结构、承台的固定槽之间通过螺栓连接为一体。

10.根据权利要求1所述的带耗能减震装置的装配式空心混凝土桥墩，其特征在于，所述发泡水泥柱固定在所述加强管的中心，所述发泡水泥柱为预制件时，且安装所述发泡水泥柱前对承台固定槽中心处进行凿毛处理，并浇筑坐浆层，使所述发泡水泥柱连接在承台固定槽上。

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