一种防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构。


背景技术：

2.节段拼装桥墩是桥梁快速施工的研究热点。由于节段接缝的存在，现有的节段拼装桥墩整体性较差，将其设计成传统延性抗震体系时存在构件延性不足的可能性，而且延性体系存在永久残余变形，不满足震后易修复的理念。
3.近年来有学者提出，可以利用天然的节段接缝，结合后张预应力将节段拼装桥墩设计为摇摆自复位桥墩，地震作用下允许节段接缝张开，桥墩发生摇摆从而隔绝地震能量输入，这种摇摆体系具有残余位移小、自复位性能好等优点。
4.然而，摇摆桥墩在大震作用下存在侧倾风险，而目前鲜有关于防侧倾装置方面的研究和相关构造提出，因此节段拼装摇摆桥墩在高地震风险区的工程应用受到限制。


技术实现要素：

5.本发明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构造简单，施工方便，能够避免强震作用下的桥墩侧倾，损伤集中在摇摆墩底和缓冲垫块，缓冲垫块震后能够快速更换，实现抗震韧性的防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.本发明提供一种防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构体系，包括承台、节段拼装摇摆桥墩、无粘结预应力筋、内置、外置耗能装置、杯口挡块和缓冲垫块，杯口挡块和缓冲垫块围绕节段拼装摇摆桥墩四周布置。在地震作用时桥墩发生摇摆并通过内置、外置耗能装置耗能，在大震作用下杯口挡块提供侧向约束避免桥墩侧倾，缓冲垫块避免桥墩和承台发生刚性碰撞并进一步耗散地震能量，桥墩可以在杯口挡块高度处发展新的塑性铰，从而进一步提高耗能和位移能力，避免变形集中在摇摆界面处过早发生破坏。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，具体方案如下：
8.一种防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构，该结构包括承台、节段拼装摇摆桥墩、预应力筋、耗能装置、杯口挡块和缓冲垫块；
9.所述的桥墩位于承台上方，所述的承台和桥墩通过预应力筋锚固穿插连接；所述的杯口挡块固设在承台外侧，所述的缓冲垫块贴合在杯口挡块内侧，并位于杯口挡块和桥墩之间；所述的耗能装置连接于承台和桥墩之间。
10.进一步地，所述的桥墩包括外钢板、填充混凝土和位于底部的钢封板；所述的承台顶部设有预埋钢板，该预埋钢板与钢封板抵接。
11.进一步地，所述的耗能装置包括内置钢筋和/或外置耗能器，所述的内置钢筋穿插连接于承台和桥墩内部，所述的外置耗能器弹性连接于承台和桥墩外部表面。
12.进一步地，所述的缓冲垫块和杯口挡块之间采用化学黏合剂粘结或螺栓连接。
13.进一步地，所述缓冲垫块的材质包括高阻尼橡胶，或者填充有易屈服材料的橡胶；
所述的杯口挡块的材质包括混凝土材料。
14.进一步地，所述的承台和桥墩内设有用于预埋预应力筋的预应力筋管道。
15.进一步地，所述的杯口挡块与承台之间穿插设预埋外伸钢筋。
16.进一步地，所述的杯口挡块内设有预埋套筒，所述的外伸钢筋位于预埋套筒内部下方，所述的预埋套筒内部上方设有穿插在杯口挡块内的杯口钢筋。
17.进一步地，所述的杯口挡块内设有波纹管，所述的外伸钢筋位于波纹管内部。
18.进一步地，所述的杯口挡块与承台之间通过杯口预应力筋穿插锚固连接；所述的杯口挡块和承台内设有用于预埋杯口预应力筋的预埋预应力筋管道。
19.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
20.(1)本发明中，杯口挡块的尺寸根据强度和刚度需求确定，设计灵活，杯口挡块和缓冲垫块不影响桥墩和承台的连接，因此不增加设计和施工难度；
21.(2)本发明中，在地震荷载作用下，节段拼装摇摆桥墩的墩底能发生提离，绕着墩底边缘发生摇摆，降低地震能量输入，并通过内置、耗能装置的弹塑性变形耗散输入能量，摇摆发生在桥墩墩底的钢封板和承台顶部的预埋钢板之间，进一步减小摇摆界面损伤；
22.(3)本发明中，在大震作用下，杯口挡块的内壁会给桥墩提供强力的侧向约束，避免摇摆继续发展，从而避免桥墩侧倾失效，桥墩的外钢板会挤压缓冲垫块避免刚性碰撞，缓冲垫块的变形能进一步耗散地震能量；
23.(4)本发明中，由于杯口挡块的约束，桥墩可以在挡块高度接触处一定范围发展新的塑性铰，即进一步提高耗能和位移能力，避免桥墩变形仅集中在摇摆界面，能更充分地发挥桥墩的抗震能力；
24.(5)本发明中，在地震结束后，后张无粘结预应力筋和缓冲垫块会提供自复位能力，减小桥墩的残余位移；震后损伤集中在内置、耗能装置和缓冲垫块，外置耗能装置、缓冲垫块震后的检视和更换都非常方便。
附图说明
25.图1为本发明中摇摆桥墩结构立面简图；
26.图2为本发明中摇摆桥墩结构俯视简图；
27.图3为本发明中摇摆桥墩结构的摇摆变形示意图；
28.图4为实施例1中杯口挡块与承台的连接示意图；
29.图5为实施例1中杯口挡块与承台的连接示意图；
30.图6为实施例1中杯口挡块与承台的连接示意图；
31.图7为实施例1中杯口挡块与承台的连接示意图；
32.图中标号所示：承台1、桥墩2、外钢板21、填充混凝土22、预应力筋3、耗能装置4、钢封板5、杯口挡块7、缓冲垫块8、预埋钢板6、外伸钢筋9、套筒11、波纹管12、杯口预应力筋13、预埋预应力筋管道14。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不
限于下述的实施例。
34.为了公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明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发明的技术方案范畴。
35.一种防侧倾的节段拼装摇摆桥墩结构，该结构包括承台1、节段拼装摇摆桥墩2、预应力筋3、耗能装置4、杯口挡块7和缓冲垫块8；桥墩2位于承台 1上方，承台1和桥墩2通过预应力筋3锚固穿插连接；杯口挡块7固设在承台1外侧，缓冲垫块8贴合在杯口挡块7内侧，并位于杯口挡块7和桥墩2 之间；耗能装置4连接于承台1和桥墩2之间。
36.桥墩2包括外钢板21、填充混凝土22和位于底部的钢封板5；承台1顶部设有预埋钢板6，该预埋钢板6与钢封板5抵接。耗能装置4包括内置钢筋和/或外置耗能器，内置钢筋穿插连接于承台1和桥墩2内部，外置耗能器弹性连接于承台1和桥墩2外部表面。承台1和桥墩2内设有用于预埋预应力筋 3的预应力筋管道。
37.如图1-2所示，主要的制作流程为：节段拼装摇摆桥墩2和承台1运输到现场后，将桥墩2的墩底钢封板5和承台1的顶部预埋钢板6直接接触，不采取任何粘结措施。后张无粘结预应力筋3穿过承台1中和桥墩2中的预埋预应力筋管道，并张拉锚固，完成桥墩2和承台1的可靠连接。耗能装置4包括内置钢筋和外置耗能器，前者是贯穿摇摆接缝的连续钢筋，后者的两端与桥墩2 的外钢板21和承台1的预埋钢板6连接。
38.桥墩2和承台1可靠连接后，在桥墩2的四周布置若干个杯口挡块7，挡块7内壁与桥墩2的间距根据桥墩2的最大允许摇摆角和满足更换外置的耗能装置4的操作空间来决定，挡块7的尺寸根据强度和刚度决定。
39.最后，将缓冲垫块8与挡块7内壁采用化学黏合剂或者预埋螺栓等物理连接方式实现可靠连接，缓冲垫块8可以完全采用高阻尼橡胶制成，也可以采用其他的实现方式，如在橡胶内部填充若干个不同级配的金属混合物或者在橡胶内部填充铅等容易屈服的材料，通过摩擦或者滞回提高耗能能力，还可以在内部预埋弹簧进一步提高震后自复位能力。
40.如图3所示，在地震作用下，桥墩2会绕着墩底边缘发生提离摇摆，从而减小地震能量输入，摇摆界面为桥墩2的墩底钢封板5和承台1的顶部预埋钢板6，内置、外置耗能装置4发生弹塑性变形提供耗能能力。在大震作用下，当节段拼装摇摆桥墩2的摇摆角度接近设计转角时，即墩顶位移接近允许位移，杯口挡块7会给桥墩2提供强力的侧向约束，避免摇摆继续发展，从而避免桥墩侧倾失效，桥墩2的外钢板21会挤压缓冲垫块8，避免桥墩2和杯口挡块7的刚性碰撞，缓冲垫块8的变形能进一步提高耗能能力。由于挡块7 的约束作用，桥墩2在挡块高度处的墩身可以发展新的塑性铰，进一步提高耗能和位移能力，避免将变形集中在摇摆接缝处。相较于传统的摇摆桥墩体系，本发明提出的防侧倾的节段拼装摇摆桥墩体系具有更大的位移能力，能够更充分地利用摇摆桥墩的抗震性能，避免过早地发生侧倾破坏。
41.在地震结束后，后张无粘结预应力筋3和缓冲垫块8会提供自复位能力，减小桥墩2的残余位移；外置的耗能装置和缓冲垫块震后的检视和更换都非常方便。
42.综上，本发明并没有增加较多的设计和施工难度，提高了桥墩的抗震性能而且震后易修复，进而确保交通生命线不中断，减少震后维修成本，具有良好的社会经济效益，具
有很高的推广应用价值。
43.实施例1
44.本实施例中，杯口挡块7与承台1之间穿插设预埋外伸钢筋9，如图4，具体做法为：在杯口挡块7对应的承台1处预埋外伸钢筋9，在桥墩2和承台 1可靠连接后，设置模板现浇形成杯口挡块7。
45.实施例2
46.本实施例中，杯口挡块7与承台1之间穿插设预埋外伸钢筋9，并且杯口挡块7内设有预埋套筒11，外伸钢筋9位于预埋套筒11内部下方，预埋套筒11内部上方设有穿插在杯口挡块7内的杯口钢筋10，如图5，具体做法为：工厂预制杯口挡块7后，通过套筒连接杯口挡块7与承台1，具体做法为：在杯口挡块7对应的承台1处预埋外伸钢筋9，在工厂预制杯口挡块7并在其中预埋套筒11，套筒11上端连接杯口钢筋10，在桥墩2和承台1可靠连接后，将外伸钢筋9插入套筒11内，再压浆，形成挡块与承台之间的可靠连接。
47.实施例3
48.本实施例中，杯口挡块7与承台1之间穿插设预埋外伸钢筋9，并且杯口挡块7内设有波纹管12，外伸钢筋9位于波纹管12内部，如图6，具体做法为：工厂预制杯口挡块7后，通过波纹管连接杯口挡块7与承台1，具体做法为：在杯口挡块7对应的承台1处预埋外伸钢筋9，在工厂预制杯口挡块7并在其中预埋竖向贯穿杯口的波纹管12，在桥墩2和承台1可靠连接后，外伸钢筋9插入波纹管12内，再倒浆，形成挡块与承台之间的可靠连接。
49.实施例4
50.本实施例中，杯口挡块7与承台1之间通过杯口预应力筋13穿插锚固连接；杯口挡块7和承台1内设有用于预埋杯口预应力筋13的预埋预应力筋管道14，如图7，具体做法为：在承台1预埋预应力筋管道14，在工厂预制杯口挡块7并在其中预埋预应力筋管道14，在桥墩2和承台1可靠连接后，将承台1和杯口挡块7的预埋管道14对齐，然后将杯口无粘结预应力筋13穿入预埋管道14中并张拉锚固，后压浆形成挡块和承台之间的可靠连接。
51.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。