一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统技术方案

本发明专利技术涉及一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，该系统主要包括：底封板、上盘、预应力筋、U型耗能器、下盘和限位角钢。其中底封板锚固于墩柱底部；上盘包括顶板、凹槽和支板；下盘包括球销、球销台阶和底板；凹槽与球销相互嵌套，限制上盘的横向位移，第一支板支撑在球销台阶上，球销和球销台阶共同承担竖向荷载；第二支板通过限位角钢和底板相互连接，限制上盘和下盘相对转动；顶板和底板之间设置U型耗能器，必要时在底封板和上盘之间设置钢垫板以便锚固和更换U型耗能器；下盘固定在承台上。与现有技术相比，本发明专利技术通过摇摆支点变化，增大恢复力矩，延长结构周期，震后只需更换U型耗能器，便于快速恢复。

【技术实现步骤摘要】
一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统
本专利技术涉及桥梁工程和地震工程领域，尤其是涉及一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统。
技术介绍
桥梁是交通运输系统的关键组成部分，尤其是在应急事件或者灾情期间，保证桥梁的畅通具有重要意义。现行国内外桥梁抗震设计方法主要是利用桥墩延性进行抗震设计，容许桥墩进入塑性，形成塑性铰，强震作用下，桥墩可能严重损伤，产生较大的塑性变形，塑性铰区混凝土保护层可能剥落，震后桥墩会产生永久的残余位移。通过对桥梁震害的调查表明，桥墩残余位移是衡量震后桥梁可修复性的主要因素。在阪神地震中，100余座桥墩因为墩柱倾斜超过1°或者桥墩顶部位移偏移超过墩高1.75％，无法修复而被拆除，造成了巨大的经济损失，并对震后城市交通功能的恢复带来了巨大阻碍。为提高震后桥梁结构的使用功能，快速恢复交通，国内外许多学者进行了具有可恢复性能的桥墩体系的研究。典型的可恢复性技术包括使用摇摆结构、自复位技术和地震后快速修复技术。此外，研究人员正在寻找塑性铰的替代办法，以减小塑性铰区域的局部损伤，提供替代的耗能机制，同时加入自复位技术，以减少残余位移，确保震后的正常工作，减少震后墩柱的修复。虽然摇摆墩可以通过摇摆来延长结构周期，减少地震力，但桥墩在摇摆过程中与承台碰撞，将会造成墩底保护层混凝土脱落等问题，如何避免摇摆墩的局部损伤也是一大研究难点。近年来，伴随着混凝土预制工业和装配技术的发展，预制节段拼装桥墩得到越来越广泛的应用，大大提高了现场施工效率和构件质量。虽然预制拼装缩短了现场施工时间，但在现场仍有一系列工作，比如进行预制段与承台的湿接，以及进行预应力筋张拉、导管灌浆，而湿接段和灌浆形成强度都需要耗费一定时间。此外，预应力筋锚固在承台底部后也无法检查锚固情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统可同时在纵桥向和横桥向发挥作用。本专利技术提供一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，该多级摇摆系统主要包括底封板、上盘、预应力筋、U型耗能器、下盘和限位角钢；所述底封板锚固于墩柱底部；所述底封板和上盘之间直接焊接，或底封板和上盘之间设置钢垫板，通过钢垫板焊接底封板和上盘；所述上盘与下盘之间设置有U型耗能器，U型耗能器通过螺栓连接上盘和下盘；所述上盘与下盘之间还设置有限位角钢，限位角钢通过螺栓连接上盘和下盘；所述下盘固定在承台上。在本专利技术的一个实施方式中，所述底封板上设置剪力钉，底封板通过剪力钉锚固于墩柱底部。在本专利技术的一个实施方式中，所述底封板由于需要传递来自墩柱的较大的荷载，基于能力保护的原则，需要设置足够的剪力钉，以确保底封板与墩柱之间的锚固性能。在本专利技术中，所述上盘包括顶板、第一支板和第二支板；所述第一支板位于顶板下方中心位置，第一支板中间围成了了凹槽；所述第二支板位于第一支板外侧；所述第一支板和第二支板按照距离墩柱中心由近到远分布，支板的转角处做成倒角的形式，支板为中心对称结构；所述下盘包括球销、球销台阶和底板；所述球销端部为半球体，位于底板中心位置，球销尺寸和凹槽相匹配；所述球销四周设置球销台阶，第一支板位于球销台阶上方。在本专利技术的一个实施方式中，所述凹槽与球销相互嵌套，使得上盘的横向位移被限制；所述第一支板支撑在球销台阶上，使得球销和球销台阶共同承担竖向荷载；所述第二支板通过限位角钢和底板相互连接，通过螺栓进行固定，使得上盘和下盘之间的相对转动被限制。本专利技术所述的限位角钢的强度设计，一方面要能限制正常使用情况下上、下盘之间的相对转动，另一方面又不能过大，能够在小震时被破坏，从而形成摇摆结构，减小地震力。在本专利技术的一个实施方式中，在顶板上通过螺栓设置连接板，连接板通过螺栓连接U型耗能器的一侧，U型耗能器的另一侧通过螺栓再连接另一个连接板，该连接板通过螺栓固定在底板上；所述U型耗能器与墩柱中心的距离大于墩柱一半的宽度，或U型耗能器与墩柱中心的距离大于钢垫板一半的宽度。在本专利技术的一个实施方式中，所述U型耗能器与墩柱中心的距离超过墩柱一半的宽度时，上盘的顶板直接与底封板进行焊接连接。在本专利技术的一个实施方式中，所述U型耗能器与墩柱中心的距离小于墩柱一半的宽度时，顶板和底封板之间设置钢垫板；所述钢垫板的宽度小于两个U型耗能器之间的距离，使得底封板和上盘之间留出空间用于U型耗能器的锚固和更换；所述钢垫板的宽度决定了焊缝面积，保证焊缝面积的焊缝抗剪能力大于实际剪力。在本专利技术的一个实施方式中，所述U型耗能器两侧分别连接一根连接板，两根连接板再通过螺栓分别与上盘和下盘连接，通过钢板间的剪切错动及拉压来耗散能量，具有较早进入屈服，变形能力优良，及耗能能力稳定的优点，震后可以进行更换。基于能力保护的原则，U型耗能器与上盘、下盘的锚固强度，下盘与承台间的锚固强度均大于最大地震力需求。在本专利技术的一个实施方式中，多级摇摆系统还包括预应力筋，预应力筋一端锚固在墩柱顶部，预应力筋通过墩柱、底封板、钢垫板、上盘的顶板和下盘的底板，最终另一端锚固在下盘的底板上。在本专利技术的一个实施方式中，所述多级摇摆系统在小震时，第二支板和限位角钢之间的螺栓被破坏，第一支板与球销台阶相连形成第一支点，多级摇摆系统以第一支点为中心摇摆；所述多级摇摆系统在大震时，第一支点脱空，第二支板与底板相连形成第二支点，多级摇摆系统以第二支点为中心摇摆；所述多级摇摆系统在地震时，预应力筋处于弹性状态，U型耗能器耗散地震能量。在本专利技术的一个实施方式中，可以增加多级摇摆系统的支板数量，支板按照距离墩柱中心由近到远分布，形成地震时的多级摇摆系统的支点，形成多级摇摆。本专利技术上盘支板与下盘底板的间距，除了第一支板与球销台阶紧密接触外，所述上盘的支板与底板的间距根据上一个支点转动到设计转角时支板的竖向位移量确定。在正常使用情况下，下盘的球销及其台阶共同承担竖向荷载。下盘的球销能限制上盘的凹槽的横向位移，起到抗剪的作用。同时，限位角钢可以限制上、下盘之间的相对转动。在地震作用下，本专利技术所述的限位角钢与第二支板的连接螺栓被剪坏，如图8所示，在地震等级较低时，所述的上盘以第一支点为中心转动；如图9所示，地震等级较高时，结构转角继续增大，直到第二支板以第二支点为中心转动，第一支点脱空，增大了恢复力力臂。根据抗震设防等级的不同，摇摆系统支点的数量可以通过上盘支板的数量进行调整，形成多级摇摆。为使摇摆过程中，上盘支板的棱角不与下盘碰撞，应该将支板的转角处做成倒角的形式。地震作用下，所述的U型耗能器耗散能量，所述的预应力筋处于弹性状态，提供恢复力。在地震发生后，损伤主要集中在耗能装置上，而结构主体不受损伤，震后只需更换耗能装置即可。在各种耗能器中，U型耗能器以其优良的变形能力和稳定可靠的滞回耗能能力而受到关注。U型耗能器是由平钢板弯曲成U形，并且首尾焊接成闭环形成，通过钢板的塑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，所述多级摇摆系统包括以下构件：底封板(3)、上盘(5)、U型耗能器(9)、下盘(10)和限位角钢(11)；/n所述底封板(3)锚固于墩柱(1)底部；/n所述底封板(3)和上盘(5)之间直接焊接，或底封板(3)和上盘(5)之间设置钢垫板(4)，通过钢垫板(4)焊接底封板(3)和上盘(5)；/n所述上盘(5)与下盘(10)之间设置有U型耗能器(9)，U型耗能器(9)通过螺栓(7)连接上盘(5)和下盘(10)；/n所述上盘(5)与下盘(10)之间还设置有限位角钢(11)，限位角钢(11)通过螺栓(7)连接上盘(5)和下盘(10)；/n所述下盘(10)固定在承台(13)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，所述多级摇摆系统包括以下构件：底封板(3)、上盘(5)、U型耗能器(9)、下盘(10)和限位角钢(11)；
所述底封板(3)锚固于墩柱(1)底部；
所述底封板(3)和上盘(5)之间直接焊接，或底封板(3)和上盘(5)之间设置钢垫板(4)，通过钢垫板(4)焊接底封板(3)和上盘(5)；
所述上盘(5)与下盘(10)之间设置有U型耗能器(9)，U型耗能器(9)通过螺栓(7)连接上盘(5)和下盘(10)；
所述上盘(5)与下盘(10)之间还设置有限位角钢(11)，限位角钢(11)通过螺栓(7)连接上盘(5)和下盘(10)；
所述下盘(10)固定在承台(13)上。


2.根据权利要求1所述的一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，所述底封板(3)上设置剪力钉(2)，底封板(3)通过剪力钉(2)锚固于墩柱(1)底部。


3.根据权利要求1所述的一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，所述上盘(5)包括顶板(14)、第一支板(16)和第二支板(17)；
所述第一支板(16)位于顶板(14)下方中心位置，第一支板(16)中间围成了凹槽(15)；
所述第二支板(17)位于第一支板(16)外侧；
所述第一支板(16)和第二支板(17)按照距离墩柱(1)中心由近到远分布，均为中心对称结构；
所述下盘(10)包括球销(18)、球销台阶(19)和底板(20)；
所述球销(18)端部为半球体，位于底板(20)中心位置，球销(18)尺寸和凹槽(15)相匹配；
所述球销(18)四周设置球销台阶(19)，球销台阶(19)位于第一支板(16)下方。


4.根据权利要求3所述的一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，所述凹槽(15)与球销(18)相互嵌套，使得上盘(5)的横向位移被限制；
所述第一支板(16)支撑在球销台阶(19)上，使得球销(18)和球销台阶(19)共同承担竖向荷载；
所述第二支板(17)通过限位角钢(11)和底板(20)相互连接，通过螺栓(7)进行固定，使得上盘(5)和下盘(10)之间的相对转动被限制。


5.根据权利要求3所述的一种预制拼装桥墩与承台快速连接的多级摇摆系统，其特征在于，在顶板(14)上通过螺栓(7)设置连接板(8)，连接板(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建中，钟学琦，沈禹，李永兴，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31