一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新型橋梁結(jié)構(gòu)體系，特別涉及利用預(yù)應(yīng)力筋、高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)和鋼板耗能裝置的薄壁空心橋墩。
【背景技術(shù)】
[0002]薄壁空心橋墩廣泛應(yīng)用于高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)，屬于交通生命線工程的“咽喉”，一旦震后發(fā)生損壞，將造成極為嚴(yán)重的損失。薄壁空心橋墩的抗震薄弱點(diǎn)集中體現(xiàn)在:(I)由于薄壁空心橋墩一般為高墩，即使很小的殘余位移角，也能引起很大的墩頂側(cè)向變形，因此控制此類結(jié)構(gòu)的震后殘余位移極為重要。(2)薄壁空心橋墩抗剪、抗扭能力弱，地震下易發(fā)生剪切及扭轉(zhuǎn)破壞，且薄壁結(jié)構(gòu)易發(fā)生局部及整體失穩(wěn)破壞。(3)大量薄壁空心橋墩底部位于水下，地震作用下一旦開(kāi)裂，會(huì)對(duì)橋墩耐久性造成嚴(yán)重影響，且震后修復(fù)極為困難。
[0003]綜上可以看出，薄壁空心橋墩具有較高的地震危險(xiǎn)性，采取必要的設(shè)計(jì)手段和方法，以提高這種結(jié)構(gòu)的抗震能力，減少薄壁空心橋墩的地震損傷破壞，對(duì)保證高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全具有十分重要的意義?？刂票”诳招臉蚨盏卣饟p傷破壞，是非常具有應(yīng)用前景的技術(shù)。
[0004]目前鋼筋混凝土橋墩地震損傷控制的手段主要為采用減隔震支座等裝置，但高墩大跨橋梁結(jié)構(gòu)一般采用連續(xù)剛構(gòu)形式，空心墩頂與主梁固結(jié)，不設(shè)置支座。因此對(duì)這種橋墩的地震損傷控制較為困難。2008年汶川大地震中，廟子坪大橋的薄壁空心橋墩發(fā)生開(kāi)裂破壞，由于部分橋墩位于水下，耐久性得不到滿足而必須進(jìn)行修復(fù)，花費(fèi)代價(jià)巨大。因此，采用合適的地震損傷控制設(shè)計(jì)方法以減輕薄壁空心橋墩的地震損傷破壞，一直是工程師們追求的目標(biāo)，也是沒(méi)有解決好的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提出一種能夠有效控制地震損傷的新型薄壁空心橋墩結(jié)構(gòu)體系。
[0006]為達(dá)到以上目的，通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系，包括:橋墩底座，設(shè)置于橋墩底座上端面的薄壁空心墩，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和鋼耗能件；
[0008]高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面設(shè)置于薄壁空心墩下部?jī)?nèi)側(cè)和外側(cè)；
[0009]薄壁空心墩內(nèi)部沿墩高通過(guò)螺栓和鋼墊板固定有大于等于I個(gè)鋼耗能件；
[0010]無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下部錨固于橋墩底座，上部錨固于由下至上第一個(gè)鋼耗能件的中心;
[0011]鋼耗能件為縱向截面“H”型鋼材，其中鋼耗能件中心平板與外側(cè)垂直壁之間設(shè)置有加勁肋；
[0012]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，薄壁空心墩下部豎向設(shè)置無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋提供橋墩震后的自復(fù)位能力，可大大減少橋墩震后殘余位移和混凝土殘余裂縫寬度；
[0013]薄壁空心墩底部位置內(nèi)、外兩側(cè)設(shè)置高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面，減少了薄壁空心墩底部截面軸壓比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗彎能力；
[0014]同時(shí)，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面具有顯著的抗開(kāi)裂能力，裂縫寬度會(huì)非常小，進(jìn)一步保護(hù)了薄壁空心墩免于外部水分、氯離子侵蝕造成的危害；可大大提高薄壁空心墩的耐久性；
[0015]鋼耗能件的數(shù)量根據(jù)薄壁空心墩的高度設(shè)置，且由下至上均勻設(shè)置可大大提高薄壁空心墩的抗扭強(qiáng)度；另外，鋼耗能件自身帶有加勁肋，地震作用下相當(dāng)于彎曲型耗能板，提高了薄壁空心墩的耗能能力；
[0016]鋼耗能件通過(guò)螺栓和鋼墊板與薄壁空心墩連結(jié)，震后損壞的鋼耗能件可快速替換，提高了薄壁空心墩的震后可修復(fù)性。
[0017]綜上，本發(fā)明具有4個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，其一是新型薄壁空心橋墩具有很好的抑制開(kāi)裂能力，由于豎向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力提供的恢復(fù)力，橋墩混凝土震后殘余裂縫寬度會(huì)非常小，同時(shí)高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面的設(shè)置將進(jìn)一步減輕混凝土的開(kāi)裂破壞。其二，由于底部的豎向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力提供的恢復(fù)力，新型薄壁空心橋墩具有明顯的自復(fù)位能力，震后殘余位移會(huì)非常小。其三，沿墩高設(shè)置的鋼耗能件將大大增加薄壁空心橋墩的抗扭和耗能能力，并且震后損壞的鋼耗能件可快速替換，實(shí)現(xiàn)了重大橋梁工程的震后可修復(fù)性。第四，薄壁空心墩底部設(shè)置的高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面將極大的增加薄壁空心墩的抗剪和抗彎強(qiáng)度，進(jìn)一步增加了薄壁空心墩的抗震能力。
[0018]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明共4幅附圖，其中:
[0020]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的單體鋼耗能件裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明的鋼耗能件縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明的鋼耗能件俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖中:1、橋墩底座，2、薄壁空心墩，3、高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面，4、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋，5、鋼耗能件，6、螺栓，7、加勁肋，8、鋼墊板。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1至圖4所示的一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系，包括；橋墩底座1，設(shè)置于橋墩底座上端面的薄壁空心墩2，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面3，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4和鋼耗能件5 ;
[0026]高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面3設(shè)置于薄壁空心墩2下部?jī)?nèi)側(cè)和外側(cè)；
[0027]薄壁空心墩2內(nèi)部通過(guò)螺栓6和鋼墊板8沿墩高固定有大于等于I個(gè)鋼耗能件5 ;
[0028]無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4下部錨固于橋墩底座1，上部錨固于由下至上第一個(gè)鋼耗能件5的中心；
[0029]鋼耗能件5為縱向截面“H”型鋼材，其中鋼耗能件5中心平板與外側(cè)垂直壁之間設(shè)置有加勁肋7 ;
[0030]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，薄壁空心墩2下部豎向設(shè)置無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4提供橋墩震后的自復(fù)位能力，可大大減少橋墩震后殘余位移和混凝土殘余裂縫寬度；
[0031]薄壁空心墩2底部位置內(nèi)、外兩側(cè)設(shè)置高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面，減少了薄壁空心墩底部截面軸壓比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗彎能力；
[0032]同時(shí)，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面具有顯著的抗開(kāi)裂能力，裂縫寬度會(huì)非常小，進(jìn)一步保護(hù)了薄壁空心墩免于外部水分、氯離子侵蝕造成的危害；可大大提高薄壁空心墩的耐久性；
[0033]鋼耗能件的數(shù)量根據(jù)薄壁空心墩高度設(shè)置，且由下至上均勻設(shè)置可大大提高薄壁空心墩的抗扭強(qiáng)度；另外，鋼耗能件自身帶有加勁肋，地震作用下相當(dāng)于彎曲型耗能板，提高了薄壁空心墩的耗能能力；
[0034]鋼耗能件通過(guò)螺栓和鋼墊板與薄壁空心墩連結(jié)，震后損壞的鋼耗能件可快速替換，提高了薄壁空心墩的震后可修復(fù)性。
[0035]綜上，本發(fā)明具有4個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，其一是新型薄壁空心橋墩具有很好的抑制開(kāi)裂能力，由于豎向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力提供的恢復(fù)力，橋墩混凝土震后殘余裂縫寬度會(huì)非常小，同時(shí)高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面的設(shè)置將進(jìn)一步減輕混凝土的開(kāi)裂破壞。其二，由于底部的豎向無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力提供的恢復(fù)力，新型薄壁空心橋墩具有明顯的自復(fù)位能力，震后殘余位移會(huì)非常小。其三，沿墩高設(shè)置的鋼耗能件將大大增加薄壁空心橋墩的抗扭和耗能能力，并且震后損壞的鋼耗能件可快速替換，實(shí)現(xiàn)了重大橋梁工程的震后可修復(fù)性。第四，薄壁空心墩底部設(shè)置的高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(ECC)擴(kuò)大截面將極大的增加薄壁空心墩的抗剪和抗彎強(qiáng)度，進(jìn)一步增加了薄壁空心墩的抗震能力。
[0036]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上訴揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系，其特征在于:包括，橋墩底座(1)，設(shè)置于橋墩底座上端面的薄壁空心墩(2)，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面(3)，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋(4)和鋼耗能件(5); 所述高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面(3)設(shè)置于每一個(gè)薄壁空心墩(2)下部?jī)?nèi)側(cè)和外側(cè)； 所述薄壁空心墩(2)的內(nèi)部通過(guò)螺栓(6)和鋼墊板(8)固定有大于等于I個(gè)鋼耗能件(5)； 所述無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋(4)下部錨固于橋墩底座(1)，上部錨固于由下至上第一個(gè)鋼耗能件(5)的中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系，其特征在于:所述鋼耗能件(5)為縱向截面“H”型鋼材，其中鋼耗能件(5)中心平板與外側(cè)垂直壁之間設(shè)置有加勁肋(7)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種新型薄壁空心橋墩地震損傷控制體系，包括：橋墩底座，設(shè)置于橋墩底座上端面的薄壁空心墩，高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋和鋼耗能件，以提高薄壁墩的抗扭強(qiáng)度和耗能能力；高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面設(shè)置于薄壁空心墩下部?jī)?nèi)側(cè)和外側(cè)；薄壁空心墩內(nèi)部沿墩高設(shè)置一系列的鋼耗能件；無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋下部錨固于橋墩底座，上部錨固于由下至上第一個(gè)鋼耗能件的中心；無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋提供橋墩震后的自復(fù)位能力，并減少橋墩的震后裂縫寬度；高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料擴(kuò)大截面，減少了薄壁空心墩底部截面軸壓比，增加了薄壁空心墩的抗剪和抗彎能力；鋼耗能件作為可快速更換件設(shè)置，增加震后可修復(fù)性。
【IPC分類】E01D22-00, E01D19-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104674649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510138386
【發(fā)明人】孫治國(guó), 王東升, 石巖
【申請(qǐng)人】大連海事大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月26日