节段拼装单柱墩分离式UHPC摇摆承台多重减震体系的制作方法

节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系
技术领域
1.本实用新型属于桥梁工程抗震领域，具体涉及到一种节段拼装单柱桥墩、以及在地震作用下可以通过拉索减震支座和分离承台之间摇摆共同提供减震能力的摇摆桥墩多重减震体系。


背景技术：

2.目前，现有的节段拼装桥墩具有整体性差、抗震性能较弱的缺陷，此外，常见的横向仅布置单个桥墩时还存在横向稳定性不足的隐患。该缺陷和隐患是进一步推广桥梁快速施工的过程中必须攻克的难题，有专家提出必须从抗震体系出发提高节段拼装桥墩的抗震能力。
3.于现有的以下几种桥梁施工体系来说：
4.1)延性体系基于桥墩屈服形成塑性铰的前提，但节段拼装的桥墩难以满足延性要求，并且，塑性铰区损伤严重，震后不容易修复；
5.2)减隔震体系易修易换，虽能够减小对桥墩的性能要求，但存在大震时屈后刚度不足、墩梁位移失控等隐患；
6.3)又有学者提出，拉索减震支座虽然能够通过拉索限位，但拉索拉紧同样存在桥墩进入塑性的可能；
7.4)近年来提出，摇摆自复位体系通过桥墩摇摆隔绝地震能量输入，会具有残余位移小、自复位性能好等优点，然而，墩顶位移过大时存在桥墩侧倾的风险，尤其是对于单柱墩，为了避免上部结构重心超过摇摆轴而引起桥墩侧倾，往往只能采取较小的摇摆角，不能充分发挥摇摆体系的作用。此外，在桥墩的内部设置预应力难张拉锚固而且难更换，又需要额外配筋，所以不够经济。
8.综上所述，随着抗震设防水平不断提高，单一减震体系已不能够满足当下韧性抗震的要求。其中，单柱墩的墩底摇摆，存在倾覆隐患，而且，桥墩内设置预应力不方便、不经济。因此，需提出一种新的分离式uhpc(超高性能混凝土,ultra high performance concrete)摇摆承台多重减震体系。


技术实现要素：

9.为了解决背景技术中所阐述的节段拼装单柱墩所存在的抗震能力弱、抗侧倾问题突出、单一减震体系能力不足等问题，本实用新型提出一种节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系，可以逐步减小桥梁在地震下的水平刚度，延长结构周期隔绝地震能量，并克服墩梁位移过大、墩顶位移过大而造成的梁体碰撞、落梁等问题；同时，本实用新型将摇摆界面设置在承台，减小桥梁动力响应，增大了抗倾覆力臂防止桥墩侧倾，并将预应力筋设置在承台上提供自恢复力，避免将预应力设置在桥墩时桥墩需要额外配筋从而增加造价，使得震后体系能够自复位，实现快速维修替换，体现抗震韧性。
10.为实现以上目的，通过以下技术方案实现：
11.一种节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系，包括上部结构、拉索减震支座、节段拼装单柱墩、灌浆套筒、凹槽剪力键、主筋、无粘结预应力索、上承台、下承台、缓冲垫层；所述上部结构通过所述拉索减震支座支承在所述节段拼装单柱墩上；所述节段拼装单柱墩之间通过灌浆套筒和凹槽剪力键连接；所述节段拼装单柱墩的墩底与上承台之间通过所述灌浆套筒连接，所述缓冲垫层设置于所述上承台和所述下承台之间；所述上承台和所述下承台通过无粘结预应力索连接成整体。
12.优选地，无粘结预应力索包括预埋在上承台和下承台的预埋预应力管道和预应力筋。
13.优选地，所述上承台以及所述下承台均采用uhpc材料浇筑，所述上承台的外边缘和所述下承台的内边缘留有空隙；所述上承台的边缘设置圆弧倒角。
14.优选地，所述缓冲垫层的材料为橡胶；或，所述缓冲垫层的材料为高性能聚合物材料。
15.本实用新型的有益效果包括：
16.从设计、施工方面来看，本实用新型提出的节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系采用的拉索减震支座可以释放温度变形，不需要额外验算温度内力，桥墩节段之间采用灌浆套筒连接，设计和施工技术都非常成熟，而且由于预应力不施加在桥墩而是锚固在承台上，不需要桥墩额外配筋，张拉锚固也更加方便；承台处构造设置简单，因此没有增加额外的设计、施工难度，具有工程可行性；
17.从桥梁抗震角度出发，本实用新型提出的节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系可以有效减小地震作用下下部结构的内力响应，防止桥墩侧倾，在震后容易维修更换，有良好的抗震韧性，主要体现在以下几点：
18.1、在小震、中震作用下，拉索减震支座进入屈服提供减震能力，减小传至下部结构的水平惯性力；在大震作用下，拉索拉紧限制墩梁位移进一步发展，避免墩梁位移过大引起的梁体碰撞、伸缩缝损坏甚至落梁破坏等问题；
19.2、拉索拉紧引起下部结构内力增大，桥墩传至承台处的弯矩大于临界弯矩，上承台进入摇摆状态，进一步隔绝地震能量的输入，减小墩底和基础的弯矩；
20.3、摇摆界面设置在承台中，上部结构重心、预应力等抗倾覆力的力臂增大，桥墩的稳定性提高，防止桥墩侧倾，允许的摇摆角增大，更能体现摇摆结构的优势；
21.4、采用uhpc可以提高承台的强度，采用缓冲垫层可以缓冲上承台提离落下的碰撞，都可以避免摇摆界面混凝土提前压碎；
22.5、地震作用后拉索橡胶支座复位简单，桥墩和承台可以通过无粘结预应力索索筋、上部结构的自重来提供复位能力，减小残余位移，桥墩墩身基本保持弹性，维修代价低。
23.综上所述，本实用新型在现有的节段拼装桥墩的基础上进行了改动，但并没有增加较多的设计和施工难度，而且扩大了摇摆单柱墩允许发生的摇摆角范围，减小了预应力带来的桥墩配筋需求，提高了桥梁的抗震性能而且震后易修复，确保交通生命线不中断，减少维修成本，具有良好的社会经济效益，值得推广使用。
附图说明
24.图1为本实用新型节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系的立面结构
示意图。
25.图2为对应图1中a-a处(节段拼装桥墩的节段连接处)的剖面结构图。
26.图3为对应图1中b-b处(分离式uhpc摇摆承台)的剖面结构图。
27.图4(a)为对应图1其力学行为阶段中正常使用的状态示意图。
28.图4(b)为对应图1其力学行为阶段在小震作用下支座屈服的状态示意图。
29.图4(c)为对应图1其力学行为阶段在中震作用下拉索拉紧的状态示意图。
30.图4(d)为对应图1其力学行为阶段在大震作用下桥墩摇摆的状态示意图。
31.图5为节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系的力与位移关系示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：
33.图1为节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系的立面结构示意图。
34.该节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系包括上部结构1、拉索减震支座2、节段拼装单柱墩3、灌浆套筒4、凹槽剪力键5、主筋6、无粘结预应力索7、上承台8、下承台9、缓冲垫层10组成。
35.图2对应图1中a-a处(节段拼装桥墩的节段连接处)的剖面结构图。节段拼装桥墩3的节段连接处截面包括灌浆套筒4、主筋6。
36.图3对应图1中b-b处(分离式uhpc摇摆承台)的剖面结构图。该分离式uhpc摇摆承台包括主筋6、预埋预应力管道71、预应力筋72、上承台8、下承台9。节段拼装单柱墩3的桥墩节段之间、以及桥墩与上承台8之间采用灌浆套筒4、凹槽剪力键5连接，具体方法为节段之间浇筑时设置互相匹配的混凝土凹槽剪力键5用于传递剪力，为保证可靠连接，也可以选择在连接面上进一步涂抹环氧砂浆，节段之间和墩底节段与承台预埋的主筋6从两侧深入灌浆套筒4中，并填充高强水泥砂浆保证套筒和主筋可靠连接，主筋6在上承台8处的锚固采用直角弯钩的形式并保证一定锚固长度，防止从承台中拔出。整个承台采用uhpc材料，并在上承台8底部边缘设置圆弧倒角，上承台8和下承台9之间设置缓冲垫层10，边缘留有一定空隙，并在上承台8、下承台9均设有预埋预应力管道71，承台内部穿入预应力筋72并张拉锚固形成无粘结预应力索7，确保连接可靠后再对桥墩进行拼装。
37.本实用新型是一种节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系，在节段拼装混凝土单柱墩的基础上，将承台分为上、下两部分，在其中设置缓冲垫层作为摇摆界面，并在墩顶设置拉索减震支座，通过支座屈服和分离式承台摇摆来达到桥梁结构的多重减震效果。该体系主要用于抗震性能要求较高的节段拼装施工的桥梁工程上。图4(a)至图4(d)是节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系的各个状态力学行为阶段。
38.如图4(a)所示，在正常使用状态时拉索减震支座2不屈服、节段拼装桥墩3不摇摆；
39.如图4(b)所示，当地震强度较小时，拉索减震支座2进入屈服阶段，桥梁结构周期延长从而减小上部结构传下来的水平惯性力，桥墩保持弹性且承台不进入摇摆；
40.如图4(c)所示，随着地震动强度的增大，支座位移增大，达到设计自由行程时，拉索拉紧限制墩梁相对位移的进一步增大，避免梁体碰撞、落梁等破坏；
41.如图4(d)所示，由于拉索减震支座2的拉索拉紧、刚度增大，上部结构1传至节段拼
装桥墩3的水平力，当传至上承台8底的弯矩大于提离弯矩时，分离式承台进入摇摆，进一步延长桥梁结构周期，减小地震内力输入，从而实现了多重减震功能。
42.与传统的墩底摇摆相比，分离式承台摇摆能够增大恢复力的力臂避免将摇摆界面设置在桥墩墩底引发的桥墩侧倾，增大了上部结构允许发生的位移，更能体现摇摆自复位结构的优势，上承台8的外边缘和下承台9的内边缘之间的空隙可以决定最大允许摇摆角的大小。承台采用uhpc提高了摇摆处混凝土承载力，并采用缓冲垫层10对摇摆时承台间的碰撞进行缓冲，减小冲击荷载，避免摇摆界面混凝土过早压碎。震后通过无粘结预应力索6和上部结构1的自重提供自恢复力，破坏集中在拉索减震支座2，易修易换，因此实现了震后快速修复。
43.图5是节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系的力与位移关系的示意图。与常规的节段拼装桥墩形成的单一摇摆体系相比，本实用新型的力与位移关系呈多段线性，具有多重减震性能，能够同时通过支座变形和分离式承台摇摆来满足主梁的位移需求，避免将构件的能力发挥到极限而破坏，大幅度延长了桥墩达到极限摇摆状态如桥墩侧倾失稳或者强度破坏时的上部结构位移和水平力，因此能够适应更高强度的地震。
44.在正常使用状态时，桥墩的强度和刚度都能够得到保证，设计和施工都可以参照灌浆套筒连接节段拼装桥墩；无粘结预应力索设置在uhpc承台上，避免了由于预压力带来的桥墩额外配筋需求；预应力筋长度减小有利于减小预应力损失，张拉和锚固的空间也更大，因此没有增加设计和施工的难度。本实用新型在正常使用阶段和地震作用下均有良好的工作性能，值得在实际工程中推广使用。
45.本实用新型体系主要用于抗震性能要求较高的节段拼装施工的桥梁工程上。实际工程应用中：
46.上部结构1不仅可以是小箱梁，也可以是t梁、整体箱梁等形式，节段拼装桥墩4不仅可以是双柱墩，也可以是多柱墩等布置，桥墩也可以根据设计要求采用圆形、矩形等形状，根据实际情况变化，任何依据本实用新型构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本实用新型的技术方案范畴。
47.本实用新型中的拉索减震支座2为本领域熟知的产品，通常包括内部的减震支座主体和外部的拉索。拉索减震支座2是在一般的减隔震支座的基础上，加入贯穿支座顶、底板的拉索形成；其拉索具有一定的自由行程即松弛量，在支座变形较小(顶底板的相对位移较小)时，拉索不起作用，只由减隔震支座主体进行减隔震，等到支座变形较大时，拉索拉紧，限制支座位移进一步增大。拉索减震支座(2)的拉索自由行程根据设计的允许墩梁位移来选配，所述拉索减震支座(2)的芯体可以是铅芯支座、摩擦摆支座、组合橡胶支座等，根据实际工程确定。
48.本实用新型将减隔震体系和摇摆体系结合应用于节段拼装单柱墩上，并将摇摆界面从墩底移动到承台中，能够保证正常使用状态的工作性能，有效减小桥墩的地震内力响应，防止桥墩位移过大时的侧倾问题，并实现自复位抗侧倾的功能。该节段拼装单柱墩分离式uhpc摇摆承台多重减震体系能满足正常使用阶段功能，没有额外增大设计、施工的难度，在地震强度较小时仅由支座屈服满足减震要求，在大震作用下拉索拉紧限制墩梁位移，分离式uhpc承台摇摆，从而避免了墩梁位移过大并减小桥墩内力增大，实现了多重减震的功能，采用uhpc和缓冲垫层避免摇摆接缝提前破坏。桥墩基本保持弹性，残余位移小，震后的
维修更换也很方便。
49.本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型的保护范围内。