雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁工程領(lǐng)域。特別涉及由無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和耗能組件控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和殘余變形的一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]我國地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，國土的大部分地區(qū)為地震區(qū)，特別是我國的西部地區(qū)多為強震區(qū)，地震活動頻繁。橋梁是交通生命線的樞紐工程，其建設(shè)成本高，一旦遭到地震破壞，將會導致巨大的經(jīng)濟損失，且震后修復(fù)極其困難。直接發(fā)生在橋梁上的傷亡人數(shù)并不多，但是由于交通生命線損毀、中斷而造成的經(jīng)濟損失和人員傷亡不可估量，造成救援人員不能及時到位，很多人因為沒有得到及時救援而加劇地震災(zāi)害。同時，遭受破壞的大型橋梁修復(fù)起來比較困難，嚴重影響災(zāi)區(qū)生產(chǎn)生活和災(zāi)后的重建工作。
[0003]目前橋梁抗震設(shè)計方法主要是圍繞延性抗震理念逐步發(fā)展的，即將鋼筋混凝土橋墩設(shè)計成延性構(gòu)件，并與重要的能力保護構(gòu)件形成強度安全等級差異。延性橋墩構(gòu)件的抗震機制是利用選定適合的塑性鉸區(qū)域，利用該區(qū)域彈塑性變形來耗散地震能量，并延長橋梁結(jié)構(gòu)基本周期，從而減小橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。通過合理延性抗震設(shè)計的橋梁結(jié)構(gòu)可以滿足在地震中防止橋梁結(jié)構(gòu)倒塌，保護人們的生命財產(chǎn)安全。但是對于中矮橋墩，其在地震中易發(fā)生彎剪破壞，為了滿足延性抗震需求，需配置大量箍筋和縱向鋼筋，嚴重增大工程投資成本。更重要的是延性抗震設(shè)計方法不可避免地使橋墩發(fā)生損傷，尤其在強震作用下橋墩塑性鉸區(qū)域損傷將非常嚴重，并產(chǎn)生較大側(cè)向殘余位移，致使橋梁下部結(jié)構(gòu)在震后需要完全或部分重建才能提供交通運輸功能。這些拆除、更換和修復(fù)工作致使交通中斷間接造成的經(jīng)濟損失更是難以估計。采用隔震支座和阻尼裝置的減隔震設(shè)計方法可以有效解決延性設(shè)計橋梁結(jié)構(gòu)在地震中不可避免損傷和震后修復(fù)耗費巨大等問題，并在近十年逐漸被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中。目前的減隔震方法最大缺點在于結(jié)構(gòu)位移需要與支座系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。在可能出現(xiàn)的最大地震荷載作用下，尤其是近場地震特性比較顯著的情況下，減隔震結(jié)構(gòu)提供的設(shè)計位移將非常大，可能導致上部結(jié)構(gòu)脫離支座，而當上部結(jié)構(gòu)位移超過蓋梁或橋臺提供的支撐長度時，會發(fā)生落梁。因此，采用減隔震支座的橋梁結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下有可能會發(fā)生橋梁嚴重破壞、甚至落梁和倒塌。而目前常用的隔震支座為疊層鋼板橡膠類支座(鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等)，其設(shè)計使用年限為50年，而橋梁工程設(shè)計壽命一般為100年，疊屋鋼板橡膠類性能耐久性差，而支座更換極其困難，現(xiàn)有橋梁隔震支座很難解決此類問題，因此橋梁全生命周期成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述存在的缺陷，本發(fā)明提供一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，在保證足夠強度和剛度的前提下，降低結(jié)構(gòu)承受的地震力，提供有效耗能能力和自復(fù)位能力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴重破壞和大殘余變形，以滿足抗震要求高的橋梁結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，其特性在于:所述雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系主要由橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)、鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、承臺(3)、粧基礎(chǔ)(4)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)、外置軟鋼阻尼器(6)、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)、橡膠墊層(12)、承臺預(yù)埋帶半球凸槽的鋼墊板(13)、鋼管混凝土銷栓(15)、形狀記憶合金環(huán)形物
(17)以及軟鋼環(huán)形物(18)組成，橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)的下面有并排的兩段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)，每段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)的下面為鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)，每段鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的下面為承臺(3)，每個承臺(3)的下面為并排的兩個粧基礎(chǔ)(4);
[0006]橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)與鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)之間通貫穿橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)與鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)部的四根平行的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)連接；所述橋梁上部結(jié)構(gòu)
(1)底部四根平行的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)之間通過鋼罩(16)預(yù)留圓柱形孔洞，圓柱形孔洞內(nèi)放置鋼管混凝土銷栓(15)，在鋼罩(16)與鋼管混凝土銷栓(15)之間布置有焊接在鋼管混凝土銷栓(15)上的形狀記憶合金空心圓柱物(17)和軟鋼空心圓柱物(18)，形狀記憶合金空心圓柱物(17)和軟鋼空心圓柱物(18)為上下關(guān)系；形狀記憶合金空心圓柱物(17)的中心軸和軟鋼空心圓柱物(18)的的中心軸與鋼管混凝土銷栓(15)的中心軸垂直；鋼管混凝土銷栓(15)的一端放置在鋼罩(16)，另一端位于鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)，位于鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)部的鋼管混凝土銷栓(15)段的外表面設(shè)有剪力栓釘。
[0007]鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(3)之間存在空間，鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(3)采用鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)連接；鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的上端插入鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)，且在此段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)的外側(cè)表面有剪力栓釘，端部有鋼法蘭；承臺(3)的上表面設(shè)有圓臺孔洞，圓臺孔洞的上頂面面積大于下底面面積，圓臺孔洞底部為帶半球形凸起的鋼墊板(13)，帶半球形凸起的鋼墊板(13)的周邊有剪力栓釘且?guī)О肭蛐瓮蛊鸬匿搲|板(13)的周邊預(yù)埋在承臺(3)內(nèi)；圓臺孔洞側(cè)壁布置有一層橡膠墊層(12);鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的下端位于圓臺孔洞內(nèi)，鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)下端端口為帶有凹槽的鋼板，凹槽與鋼墊板(13)的半球形凸起貼合在一起；在鋼管混凝土橋墩節(jié)段
(5)外鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(3)之間還有多個獨立的外置軟鋼阻尼器；無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)貫穿鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)和承臺(3)。
[0008]進一步鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)中的鋼管內(nèi)部焊接有十字肋(21)，將鋼管內(nèi)部分為四部分，鋼管內(nèi)部表面每部分設(shè)有短肋，同時無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)均均分布在四部分中。
[0009]所述鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的1/3長度的上部澆筑在鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)。
[0010]所述外置軟鋼阻尼器(6)由軟鋼內(nèi)芯(23)和高強金屬外套管(24)組成，軟鋼內(nèi)芯(23)兩端通過錨桿(22)連接承臺(3)與鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5);
[0011]所述無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)依次穿過承臺(3)、帶半球形凸槽的鋼墊板(13)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)、鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、鋼管混凝土銷栓(15)以及橋梁上部結(jié)構(gòu)
(1)，兩端分別通過錨具(9)錨固在在承臺(3)底部和橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)的上面。
[0012]無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋具有自復(fù)位功能。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明的雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，在地震作用下減隔震效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾點:
[0015]1.由于橋墩-承臺和橋墩-上部結(jié)構(gòu)僅由無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，接觸部分可以發(fā)生提離，因此，地震中橋墩上下端部彎矩可得到有效釋放，減小橋墩損傷，降低橋梁結(jié)構(gòu)所承受的地震力，并通過橋墩搖擺來耗散地震能量，有效控制橋墩在地震中的反應(yīng)。
[0016]2.在承臺頂部與橋墩截面變化處布置的軟鋼阻尼器起到耗散地震能量的作用，有效控制橋墩塑性變形的發(fā)展，使損傷集中于軟鋼阻尼器，起到保護橋墩的作用，且軟鋼阻尼器在震后較容易更換。
[0017]3.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)以及形狀記憶合金圈的采用提供橋梁結(jié)構(gòu)自復(fù)位能力，有效控制橋墩殘余變形，保證橋梁結(jié)構(gòu)震后交通服務(wù)功能，減少震后修復(fù)工作。
[0018]4.本發(fā)明在橋墩和上部結(jié)構(gòu)之間不設(shè)置支座，可避免地震中支座脫落和主梁位移過大而引起的落梁；同時也避免了支座由于耐久性問題需要定期檢測以及失效后更換的問題。
[0019]5.本發(fā)明對現(xiàn)有常規(guī)橋墩的設(shè)計改動較小，容易實現(xiàn)，適用范圍廣，可減少橋墩的設(shè)計截面和配筋用量；震后破壞集中在軟鋼阻尼器，稍加修復(fù)便可使用，確保交通生命線不中斷，減少震后的修復(fù)成本和災(zāi)區(qū)重建時間。因此，本發(fā)明具有良好社會經(jīng)濟效益，值得推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0020]圖1為雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的外部示意圖。
[0021]圖2為圖1中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的A-A截面示意圖。
[0022]圖3為圖1中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的B-B截面示意圖。
[0023]圖4為圖2中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的D-D截面示意圖。
[0024]圖5為圖3中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的F-F截面示意圖。
[0025]圖6為雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的外置軟鋼阻尼器構(gòu)造示意圖。