一種帶可更換鋼連梁的雙柱式自復位耗能橋墩的製作方法

2023-06-08 02:58:14 3

本實用新型屬於橋梁工程領域。

背景技術：

近年來南美洲、拉丁美洲、日本、東南亞及中國大陸頻發的地震災害和地震工程學界的研究表明環太平洋火山地震帶進入了新的活躍周期。震害調查和抗震救災中的經驗和教訓也顯示，橋梁作為重要的交通生命線工程，在汶川、玉樹等強震作用下，許多嚴格按照既有橋梁規範和結構體系建造的橋梁發生了柱底塑性鉸的破壞。這種破壞模式符合設計規範但是震後不可修復，必須拆除重建，而重建周期漫長必然延誤寶貴的救災和災後恢復時間。近年來，基於性能的橋梁抗震設計越來越多的著眼於提高橋梁結構震後性能，以保證交通生命線的暢通，通過先進的設計理念，最大限度的減少地震損失。上部結構、橋墩系統、基礎承臺是橋梁的三個基本組成部分，傳統的減震措施是在上部結構與橋墩系統之間設置隔震支座，而對於雙柱墩橋墩這種典型的墩柱體系，其抗震潛能並沒有得到充分的發掘。我國「小震不壞，中震可修，大震不倒」的基本抗震設計理念，反映到橋梁震害中表現為在中等強度地震情況下墩柱的結構材料如鋼材或混凝土的屈服形成截麵塑性鉸，導致不可忽略的殘餘變形。在這樣的現狀下，工程界亟待引入更加先進的橋梁墩柱系統設計方案。

技術實現要素：

本實用新型目的公開一種帶可更換鋼連梁的自復位耗能橋墩系統及實現施工方法，該用於橋梁工程的自復位墩柱系統能夠將彈性復位組件與耗能組件相結合，由鋼連梁進行抗震耗能，由彈性復位組件進行殘餘變形控制，最終實現預設的連梁耗能-更換修復、彈性-復位的消能減震機制。

為實現上述目的，給出的技術方案為：

一種帶可更換鋼連梁的自復位耗能橋墩，其特徵在於，其結構體系包括：雙柱墩1，墩頂預應力錨具2，若干預應力筋孔道3，與預應力筋孔道3相對應數量的預應力筋31，若干縱筋7，若干耗能鋼梁5，橋臺11；

所述雙柱墩1內預製若干預應力筋孔道3，布置於雙柱墩1芯的中央區域；所述預應力筋31穿入所述預應力筋孔道3內，預應力筋31的頂端由墩頂預應力錨具2在頂部固定；

在雙柱墩1芯內，所述縱筋7布置於所述預應力筋孔道3的外周區域，並由箍筋16包圍；

所述雙柱墩1與橋臺11之間形成非固結的結合部4；預應力筋31的底端由結合部4在底部固定；如此，構成整個橋墩的彈性復位組件；

所述若干耗能鋼梁5在縱向均勻橫向分布於雙柱墩1與鋼梁5之間，構成整個橋墩的耗能組件；並通過節點6連接，使得雙柱墩之間的耗能鋼連梁5可更換。

所述結合部4的結構實現：其上下界面均採用鋼板12承壓，即在雙柱墩1 底部與橋臺上表面，兩者的接觸承壓部分分別布設鋼板12。

所述耗能鋼梁5與雙柱墩之間的節點6，結構實現為：在雙柱墩1中預埋型鋼14，所述鋼梁5端側設有端板9，所述型鋼14與端板9再通過若干螺栓10 連接。

所述耗能鋼梁5的結構實現方式為:設計成H形截面梁，在耗能鋼連梁的腹板上設置若干橫向加勁肋15，並在端部設有端板9以採用節點6方式連接到雙柱墩1上。

本實用新型雙柱式自復位橋梁墩柱系統能夠巧妙利用雙柱的結構形式，有效地將彈性復位組件與耗能組件結合起來，實現預設的連梁耗能-更換修復、彈性- 復位的消能減震機制。本實用新型設計靈活，結構受力明確，通過雙柱墩墩芯的無粘結預應力鋼筋和耗能鋼梁配合能夠很好地解決傳統單柱墩和雙柱墩體系在強震作用下墩底形成塑性鉸，殘餘變形較大，修復困難的問題。同時橋墩的強度和剛度設計可調範圍較大。

本實用新型技術方案專適用於抗側剛度要求較小，墩柱間距較小的雙柱墩體系，宜採用本實用新型的耗能鋼連梁，耗能連梁段長度一般不超過1.5m，以剪切變形為主，屈服位移小。本實用新型採用耗能鋼連梁經濟性較好，產品參數易於實現。本實用新型技術方案的應用，由橋墩結構剛度和承載力需求決定，剛度範圍一般為10-60噸/毫米。

本實用新型施工簡便，是一種先進合理，符合震後快速功能要求的新型橋梁墩柱體系。

附圖說明

圖1是實用新型整體結構示意圖。

圖2是雙柱墩橫截面示意圖。

圖3是柱底構造示意圖。

圖4是鋼梁與混凝土墩柱節點示意圖。

圖5是可更換耗能鋼梁示意圖。

數字標記：雙柱墩1，墩頂預應力錨具2，預應力筋孔道3，預應力筋31，墩柱底部與橋臺結合部4，耗能鋼梁5，鋼梁與墩柱節點6，縱筋7，墩柱外伸段 8，端板9，螺栓10，橋臺11，鋼板12，混凝土13，墩柱預埋型鋼14，橫向加勁肋15，箍筋16。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

本實用新型結構體系主要由雙墩柱、橋臺、提供彈性復位功能的預應力鋼筋、耗能鋼連梁、橋墩預埋件組成。雙墩柱與橋臺靠預應力鋼筋和橋臺凹槽相連，能夠有效減小殘餘變形；墩柱與墩柱之間通過耗能鋼梁相連，能夠形成有效的抗側力體系並耗散地震能量。

具體結構介紹：

如圖1所示的帶鋼連梁的雙柱式自復位耗能橋墩系統包括：雙柱墩1，墩頂預應力錨具2，預應力筋31，預應力筋孔道3，雙柱墩底部與橋臺結合部4，耗能鋼梁5，鋼梁與墩柱節點6，橋臺11。

如圖2所示，所述雙柱墩1截面中心預留有預應力筋孔道3，外圍配置縱筋 7及相應的箍筋16。為保證鋼梁的可更換性，鋼連梁5與墩柱外伸段8採用端板 9及螺栓10連接。

如圖3所示，混凝土的雙柱墩1與橋臺11的結合部4，上下界面均採用鋼板12承壓，防止強震下墩柱劇烈晃動造成混凝土13嚴重受損。

如圖4所示，所述鋼梁與墩柱節點6具體實施方式為，墩柱預埋型鋼14與鋼梁5的端板9，通過螺栓10連接，傳遞地震力，該節點可保證在地震作用下，墩柱外壁混凝土不發生破壞。

如圖5所示，所述耗能鋼連梁5的實施方式為，腹板設置橫向加勁肋15的 H形截面梁，端部採用端板螺栓節點6連接到雙柱墩1。

本實用新型自復位耗能橋墩具體施工步驟如下：

(1)橋墩可以採用現澆或預製施工，預留預應力鋼筋孔3，端部預應力錨固區配筋適當加強。雙柱墩1不與橋臺11混凝土直接相連，雙柱墩1底部及四周包有鋼板12承壓件，橋臺11與雙柱墩1結合部預留凹槽，槽內墊有鋼板承壓件，這種構造可防止柱腳局部混凝土嚴重壓碎。

(2)在預期安裝耗能鋼梁位置，雙柱墩1應預埋型鋼接頭

(3)橋臺可採用現澆或預製方式施工。且橋臺內應預留預應力筋孔道，筋錨固區。

(4)耗能鋼連梁在橋臺與雙柱墩施工完畢後進行安裝，與墩柱預留型鋼結頭採用端板螺栓連接。

(5)預應力鋼筋的張拉在鋼梁安裝完畢後進行，預應力的大小根據設計地震作用下需要的抗傾覆力矩而確定。