一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构及其施工方法技术

本发明专利技术提供了一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构及其施工方法。所述桥墩结构包括盖梁、承台和两组节段桥墩体，节段桥墩体通过无粘结预应力筋与盖梁及承台连接；每组节段桥墩体与承台连接处设有内置耗能装置，所述内置耗能装置包括T形钢板、凹形钢板和消能棒；在两组节段桥墩体之间设有呈人字形分布的两个防屈曲支撑，所述防屈曲支撑包括由上、下套筒通过SMA杆连接而成方形套筒结构，以及位于方形套筒结构内的上、下耗能板和耗能块，所述上套筒和下套筒均采用凹型钢管，其管体内填充有凝灰岩混凝土。本发明专利技术中的桥墩结构通过自复位结构提供恢复力，兼有内置耗能装置及防屈曲支撑消耗地震能量及提高结构侧向刚度，具有良好的实用性及经济性。的实用性及经济性。的实用性及经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构及其施工方法


[0001]本专利技术涉及桥梁工程领域，具体涉及一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构及其施工方法。

技术介绍

[0002]我国地震活动频繁、强度大、震源浅，分布广，是一个震灾十分严重的国家。桥梁作为城市基础交通设施，在震后抢险救援和震时人员逃生中起着重要作用。桥墩作为桥梁结构系统中的重要组成部分，它起到承担上部结构的全部荷载，并将荷载传递给基础，因此桥墩的抗震性能的好坏对保障整个桥梁结构系统的安全至关重要。大量震害调查结果表明，桥墩在高轴压比和地震作用下，墩底塑性铰区域会出现纵筋屈曲及混凝土剥落等现象，进而导致桥梁发生破坏或倒塌且难以修复，影响应急救援工作的开展。鉴于此，近年来国内外学者提出并发展了基于可恢复功能设计理念的新型抗震结构和体系，自复位结构体系由装配式构件组成，施工便捷高效，震后残余位移较小，具有良好的自复位能力。但与常规现浇桥墩相比，自复位桥墩侧向承载力和耗能能力较差，在地震作用下会产生的较大侧向变形和残余变形，导致结构发生倒塌破坏，阻碍了其在桥梁工程中的应用。
[0003]防屈曲支撑作为一种易屈服的能量消耗器，具有饱满的滞回曲线及良好的耗能作用，在小震作用下时可为结构提供侧向刚度，减小结构侧向变形，在大震作用下可通过自身屈曲破坏来消耗地震能量，经自身的破坏对其他构件进行保护，从而减少震后结构残余变形，起到类似保险丝的作用。但是传统的防屈曲支撑常见的类型为灌浆型支撑和纯钢型支撑，灌浆型约束材料通常采用普通混凝土，导致构件自重过大，对运输及安装造成不便，还会增加原结构的荷载，对结构产生不利影响。而纯钢型指整个构件品全部由钢材制成，其所使用钢材材料较多，成本较高，经济性差。现阶段常见防屈曲支撑装置主要存在如下问题：自重过大装卸难度大、造成施工不便；内芯不易拆卸、更换频率高且维护成本较大；缺乏自恢复性能，使得结构在震后存有较大残余变形；屈曲位置不可控，造成防屈曲支撑震后检测修复困难，加大维修成本。
[0004]除此之外，现有的桥墩结构大都是单独使用防屈曲支撑来作为耗能构件，如授权公告号CN 104452567 B公开了一种摇摆式双层桥梁排架及其安装方法，该专利包括排架基础，分别设置于排架基础左、右两端的一组底层预制桥墩，在排架基础与预制盖梁之间设有防屈曲支撑，防屈曲支撑提供主要的横桥向刚度和耗能能力；该专利中的结构在地震作用下排架横桥向刚度和耗能能力则主要通过防屈曲支撑承担，虽然能够起到一定的抗震效果，但是在防屈曲支撑遭到破坏后，其桥梁结构就会直接受到影响，震后桥墩维修成本较大。且现有装配式自复位桥墩大多采用平式接头，仅依赖于界面摩擦来抵抗桥墩墩底剪力，易产生较大侧向位移，结构抗剪能力较差。

技术实现思路

[0005]为了解决自复位桥墩抗震性能不足的问题，本专利技术提供了一种带防屈曲支撑的双
柱式自复位桥墩结构及施工方法，该桥墩结构通过上部结构自重、预应力筋等自复位构件将结构回到原位，并通过内置耗能装置和防屈曲支撑消耗地震能量及提供侧向刚度，保障地震过程中桥墩结构安全可靠，使其不会产生较大地损伤，在不经修复或简单地修复后即能快速恢复桥梁结构的使用功能。
[0006]为了达到上述技术目的，本专利技术提供了一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，所述桥墩结构包括盖梁、承台和位于盖梁与承台之间的两组节段桥墩体，每组节段桥墩体是由多段钢筋混凝土段拼装而成，并通过无粘结预应力筋与盖梁及承台连接；在每组节段桥墩体与承台相接的位置设有内置耗能装置，所述内置耗能装置包括T形钢板、凹形钢板和消能棒，所述T形钢板的T 形头伸入承台内，其竖向钢板自由端插入凹形钢板的凹槽内，并通过多个消能棒连接；在两组节段桥墩体之间设有呈人字形分布的两个防屈曲支撑，每个防屈曲支撑包括耗能约束杆体和位于杆体两端的连接头，防屈曲支撑的上、下端分别通过连接头与盖梁和承台连接；所述耗能约束杆体包括由上套筒和下套筒通过SMA杆连接而成的方形套筒结构，以及位于方形套筒结构内的上耗能板、下耗能板和耗能块；所述上套筒和下套筒均采用凹型钢管，其管体内填充有凝灰岩混凝土，上套筒和下套筒对接后通过多根SMA杆连接，所述上耗能板其中一侧连接在上套筒顶板内侧，下耗能板其中一侧连接在下套筒底板内侧，且上耗能板和下耗能板另一侧重叠搭接，且搭接区域通过耗能块连接。
[0007]本专利技术进一步的技术方案：所述承台上表面对应连接两组节段桥墩体的位置分别设有半球形凹槽，每组节段桥墩体与承台相接的底部钢筋混凝土段下端面设有与半球形凹槽相匹配的半球式接头，每组节段桥墩体底部的半球式接头对应嵌入承台上表面的半球形凹槽内。
[0008]本专利技术较优的技术方案：所述上耗能板和下耗能板错开呈一字型搭接，搭接区域对应开设有一排圆形通孔，相邻圆形通孔的间距为300～1000mm；所述耗能块为直径与圆形通孔孔径相匹配的圆柱体结构，在每个圆形通孔内对应插入一根耗能块，通过耗能块将上耗能板和下耗能板相连。
[0009]本专利技术较优的技术方案：每组节段桥墩体与承台连接的钢筋混凝土段内设有与凹形钢板外轮廓宽度相匹配的预留孔洞，所述凹形钢板的凹槽口设有向外水平延伸的固定板，在固定板上开设有螺栓孔洞，所述凹形钢板置于预留孔洞内，其固定板通过高强螺栓与预留孔洞的下端面固定连接，并在预留孔洞的下方设有T形钢板孔道；所述T形钢板的T型头内置于承台深处300～600mm的位置，其竖向钢板沿着T形钢板孔道伸入凹形钢板的凹槽内，且T形钢板伸入节段桥墩体的高度为500～1000mm；并在内置耗能装置安装完毕后，在预留孔洞中采用高等级素混凝土填实。
[0010]本专利技术较优的技术方案：所述凹形钢板的侧面两个平行钢板上对应开设有多个孔径与消能棒直径相匹配的通孔，多个通孔呈梅花形分布，并在凹形钢板通孔附近设有多根横向加劲肋，且在凹形钢板的凹槽部位设有压缩弹簧；所述 T形钢板的竖向钢板端部设有凹型连接板，T形钢板通过端部的凹型连接板嵌入凹形钢板的凹槽内，且在凹型连接板的两平行板的端部与压缩弹簧相接，在凹型连接板的两平行板面对应设有与消能棒直径相匹配的通孔；所述消能棒采用低屈服点软钢，形状呈中间有弧形面的沙漏形，并在消能棒两端对称设有环形凹槽，每根消能棒插入T形钢板与凹形钢板对应的通孔将两者连接。
[0011]本专利技术较优的技术方案：所述上耗能板、下耗能板和耗能块均为铝合金材料；所述
上耗能板和下耗能板之间留有2～5mm的变形间隙；所述耗能块的屈服强度低于上耗能板和下耗能板的屈服强度；所述上耗能板和下耗能板分别通过多段角钢与上套筒和下套筒连接，所述角钢上等距开设有多个连接孔，每块耗能板上对应开设有连接孔；每块耗能板的两侧分别连接有角钢，通过两侧的角钢与对应的套筒连接。
[0012]本专利技术较优的技术方案：每组节段桥墩体通过多根无粘结预应力筋与盖梁和承台连接，每根无粘结预应力筋笔直无弯折的贯穿整个墩体主体，两端分别通过锚具锚固于承台和盖梁内；在盖梁中部和承台上对应设有连接耳板，所述防屈曲支撑通过高强螺栓与对应的连接耳板连接。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，其特征在于：所述桥墩结构包括盖梁(1)、承台(3)和位于盖梁(1)与承台(3)之间的两组节段桥墩体(4)，每组节段桥墩体(4)是由多段钢筋混凝土段拼装而成，并通过无粘结预应力筋(2)与盖梁(1)及承台(3)连接；在每组节段桥墩体(4)与承台(3)相接的位置设有内置耗能装置(5)，所述内置耗能装置(5)包括T形钢板(500)、凹形钢板(501)和消能棒(502)，所述T形钢板(500)的T形头伸入承台(3)内，其竖向钢板自由端插入凹形钢板(501)的凹槽内，并通过多个消能棒(502)相连；在两组节段桥墩体(4)之间设有呈人字形分布的两个防屈曲支撑(6)，每个防屈曲支撑(6)包括耗能约束杆体和位于杆体两端的连接头(605)，防屈曲支撑(6)的上、下端分别通过连接头(605)与盖梁(1)和承台(3)连接；所述耗能约束杆体包括由上套筒(600)和下套筒(601)通过SMA杆(606)连接而成的方形套筒结构，以及位于方形套筒结构内的上耗能板(602)、下耗能板(603)和耗能块(604)；所述上套筒(600)和下套筒(601)均采用凹型钢管，其管体内填充有凝灰岩混凝土(612)，上套筒(600)和下套筒(601)对接后通过多根SMA杆(606)连接，所述上耗能板(602)其中一侧连接在上套筒(600)顶板内侧，下耗能板(603)其中一侧连接在下套筒(601)底板内侧，且上耗能板(602)和下耗能板(603)另一侧重叠搭接，且搭接区域通过耗能块(604)连接。2.根据权利要求1所述的一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，其特征在于：所述承台(3)上表面对应连接两组节段桥墩体(4)的位置分别设有半球形凹槽(300)，每组节段桥墩体(4)与承台(3)相接的底部钢筋混凝土段下端面设有与半球形凹槽(300)相匹配的半球式接头(400)，每组节段桥墩体(4)底部的半球式接头(400)对应嵌入承台(1)上表面的半球形凹槽(300)内。3.根据权利要求1或2所述的一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，其特征在于：所述上耗能板(602)和下耗能板(603)错开呈一字型搭接，搭接区域对应开设有一排圆形通孔(607)，相邻圆形通孔(607)的间距为300～1000mm；所述耗能块(604)为直径与圆形通孔(607)孔径相匹配的圆柱体结构，在每个圆形通孔(607)内对应插入一根耗能块(604)，通过耗能块(604)将上耗能板(602)和下耗能板(603)相连。4.根据权利要求1或2所述的一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，其特征在于：每组节段桥墩体(4)与承台(3)连接的钢筋混凝土段内设有与凹形钢板(501)外轮廓宽度相匹配的预留孔洞(401)，所述凹形钢板(501)的凹槽口设有向外水平延伸的固定板(505)，在固定板(505)上开设有螺栓孔洞(506)，所述凹形钢板(501)置于预留孔洞(401)内，其固定板(505)通过高强螺栓与预留孔洞(401)的下端面固定连接，并在预留孔洞(401)的下方设有T形钢板孔道(402)；所述T型钢板(500)的T型头内置承台(3)深处300～600mm的位置，其竖向钢板沿着T型钢板孔道(402)伸入凹形钢板(501)的凹槽内，且T形钢板(500)伸入节段桥墩体(4)的高度为500～1000mm；并在内置耗能装置(5)安装完毕后，在预留孔洞(401)中使用素混凝土填实。5.根据权利要求1或2所述的一种带防屈曲支撑的双柱式自复位桥墩结构，其特征在于：所述凹形钢板(501)的侧面两个平行钢板上对应开设有多个孔径与消能棒(502)直径相匹配的通孔(503)，多个通孔(503)呈梅花形分布，并在通孔(503)附近设有多根横向加劲肋(504)，且在凹形钢板(501)的凹槽部位设有压缩弹簧(507)；所述T形钢板(500)的竖向钢板端部设有凹型连接板(509)，T形钢板(500)通过端部的凹型连接板(509)嵌入凹形钢板
(501)的凹槽内，且在凹型连接板(509)的两平行板的端部与压缩弹簧(507)相接，在凹型连接板(509)的两平行板面对应设有与消能棒(502)直径相匹配的通孔(503)；所述消能棒(502)采用低屈服点软钢，形状呈中间有弧形面的沙漏形，并在消能棒两端对称设有环形凹槽(508)，每根消能棒(50...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光煜，陈斌，谢亮，李春磊，于沉香，刘绍卿，尤涵锐，吴琪，
申请(专利权)人：中冶集团武汉勘察研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：