專(zhuān)利名稱(chēng)：外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于橋梁工程領(lǐng)域。特別涉及由外置耗能組件進(jìn)行抗震耗能，由彈性復(fù)位組件進(jìn)行殘余變形控制的一種外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
近期頻發(fā)的強(qiáng)烈地震對(duì)我國(guó)造成重大財(cái)產(chǎn)損失并嚴(yán)重的威脅了人民百姓的生命安全，而橋梁作為交通樞紐生命線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在抗震救災(zāi)中擔(dān)任著運(yùn)輸援救物資、搶救生命的重大責(zé)任，研究橋梁新型抗震體系的意義重大。然而，在汶川地震、玉樹(shù)地震這樣強(qiáng)震作用下，許多既有橋梁因抗震結(jié)構(gòu)體系的局限導(dǎo)致抗震能力不足而倒塌，部分未倒塌橋梁震后殘余變形過(guò)大，無(wú)法通過(guò)震后有限的修復(fù)重新投入使用，而需要被拆除，給恢復(fù)交通生命線，快速救災(zāi)搶險(xiǎn)以及降低經(jīng)濟(jì)損失帶來(lái)了諸多不便。近年來(lái)，基于性能設(shè)計(jì)的橋梁抗震研究和設(shè)計(jì)越來(lái)越多地著眼于提升橋梁結(jié)構(gòu)震后性能，以保證交通生命線的暢通，以期通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的巧妙設(shè)計(jì)，最大限度地減少地震損失。與上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)承臺(tái)相比，橋墩體系的抗震設(shè)計(jì)和性能表現(xiàn)顯得尤為重要。過(guò)去基于延性的橋墩設(shè)計(jì)主要著眼于確保結(jié)構(gòu)在遭遇極端荷載的情形下(如地震)的結(jié)構(gòu)安全，并沒(méi)有對(duì)短暫的極端荷載作用過(guò)后的結(jié)構(gòu)性能給予足夠的重視。在地震過(guò)后，即便結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，也會(huì)因?yàn)榘l(fā)生了過(guò)大的不可恢復(fù)的塑性殘余變形，而最終仍然需要被拆除、重建。例如在Hyogo-ken Nanbu (日本兵庫(kù)縣南部地震)地震中，大約250座鋼筋混凝土橋墩柱和20座鋼橋墩柱在強(qiáng)震中倒塌；100余座橋墩因?yàn)槎罩鶅A斜超過(guò)1°或者頂部偏移超過(guò)1. 75%，影響了繼續(xù)服役的性能需求而被拆除， 造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失；類(lèi)似的情形也出現(xiàn)在了我國(guó)汶川等地震災(zāi)區(qū)中。在過(guò)去基于延性設(shè)計(jì)的混凝土墩柱或者鋼墩柱中，預(yù)設(shè)的截面延性變形機(jī)制主要通過(guò)墩柱的結(jié)構(gòu)材料如鋼材或者混凝土的屈服形成截面塑性鉸來(lái)實(shí)現(xiàn)，在中等地震強(qiáng)度的情況下就會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致不可忽略的殘余變形，帶來(lái)了 4點(diǎn)不足1、截面延性變形過(guò)大且難以局部恢復(fù)，導(dǎo)致被整體拆除；2、即便延性變形在限值以?xún)?nèi)，設(shè)計(jì)截面的承載力和剛度都出現(xiàn)了明顯的下降，對(duì)繼續(xù)服役造成不利的影響；3、對(duì)于交通生命線上的橋墩拆除和重建會(huì)阻礙交通恢復(fù)通行；4、直接造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在這樣的現(xiàn)實(shí)狀況下，工程界需要尋求更加先進(jìn)的設(shè)計(jì)方案以及更為嚴(yán)格的橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范準(zhǔn)則。發(fā)明人的理論和試驗(yàn)研究表明，本發(fā)明所涉及的自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系能夠有效地將彈性復(fù)位組件(如預(yù)應(yīng)力組件)與耗能組件(如耗能鋼筋)結(jié)合起來(lái)，共同工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的外置耗能_抗震_更換修復(fù)、彈性_復(fù)位的抗震自復(fù)位機(jī)制。本發(fā)明所涉及的自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系擁有穩(wěn)定的耗能能力，并且能夠顯著地控制殘余變形。本發(fā)明由無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋與外置耗能組件共同組成，其受力特點(diǎn)為1、分布在墩柱外側(cè)四周或者兩端 (簡(jiǎn)化起見(jiàn)，圖中僅示兩端)的外置屈服耗能組件保證了截面具有足夠的延性耗能能力；2、 貫穿于全墩柱軸心位置的預(yù)應(yīng)力鋼束將原本分開(kāi)澆筑的墩柱與基座夾緊連接，地震荷載作用過(guò)后，由于預(yù)應(yīng)力鋼筋的線彈性特性，可以產(chǎn)生恢復(fù)力，使得該節(jié)點(diǎn)重新回到初始位形， 而不產(chǎn)生殘余變形。近期頻發(fā)的強(qiáng)烈地震對(duì)我國(guó)造成重大財(cái)產(chǎn)損失并嚴(yán)重的威脅了人民百姓的生命安全，而橋梁作為交通樞紐中的關(guān)鍵，在抗震救災(zāi)中擔(dān)任著運(yùn)輸援救物資、搶救生命的重大責(zé)任，研究橋梁抗震的意義重大。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系由橋梁墩柱1、橋臺(tái)2、具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋3、橋墩預(yù)埋件4、橋臺(tái)預(yù)埋件5以及外置耗能器6組成，橋梁墩柱1與橋臺(tái)2靠具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋組件3及外置耗能器6連接，具有能夠有效減小殘余變形并保證足夠耗能能力的橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系；在橋臺(tái)預(yù)制施工時(shí)，預(yù)留無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔洞，并同時(shí)預(yù)埋橋臺(tái)預(yù)埋件5，預(yù)應(yīng)力鋼筋孔應(yīng)與上面的橋梁墩柱的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔嚴(yán)格對(duì)齊，以保證無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋3能順利穿過(guò)橋梁墩柱的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔及橋臺(tái)孔，并有效張拉，沒(méi)有彎折。所述橋臺(tái)預(yù)埋件5由兩塊大小相等的上方鋼板10和下方鋼板9、四根角鋼15以及四片連接板14組裝而成，上方鋼板10置于橋臺(tái)2頂面，與橋梁橋墩接觸，橋臺(tái)預(yù)埋件上面的上方鋼板10與橋墩預(yù)埋件4 一起克服因橋梁墩柱與橋臺(tái)間因擺動(dòng)而產(chǎn)生夾角，保護(hù)混凝土，為橋墩提供了足夠的延性，減緩了混凝土柱及橋臺(tái)在橋梁墩柱1柱腳處的接觸破壞，改善了結(jié)構(gòu)的局部承壓性能；此外，橋臺(tái)預(yù)埋件下方鋼板9與四個(gè)角鋼15 —起，起到支撐、分壓的作用，以防止后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨固端部產(chǎn)生過(guò)大的局部壓力而壓潰混凝土。所述橋臺(tái)預(yù)埋件5的上方鋼板10和下方鋼板9需在施工時(shí)在相應(yīng)位置氣割孔洞， 以穿過(guò)預(yù)應(yīng)力鋼筋，孔洞在豎直方向上應(yīng)嚴(yán)格對(duì)齊，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋3穿過(guò)橋臺(tái)預(yù)埋件5 的上方鋼板10和下方鋼板9后截?cái)?，并與下方鋼板9焊接。所述橋梁墩柱柱底部及四周包有由鋼板制成的橋墩預(yù)埋件4，此橋墩預(yù)埋件4與橋梁墩柱混凝土一起澆注，橋墩預(yù)埋件4在橋梁墩柱柱兩側(cè)伸出的耳板7與外置耗能器6 連接。所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)橋梁墩柱可以采用現(xiàn)澆或者預(yù)制施工，如采用常規(guī)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)形式，預(yù)留有無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔，橋梁墩柱內(nèi)按照受力配以相應(yīng)的縱筋及箍筋，鋼筋遇預(yù)埋件斷開(kāi)并與預(yù)埋件焊接，橋梁墩柱不與橋臺(tái)相連，在橋梁墩柱底部及四周包有由鋼板制成的橋墩預(yù)埋件，此橋墩預(yù)埋件與橋墩混凝土一起澆注，橋墩預(yù)埋件在橋梁墩柱兩側(cè)伸出的耳板與外置耗能器連接，此外，由于橋墩預(yù)埋件包裹橋梁墩柱柱腳，對(duì)柱腳起到了保護(hù)作用，防止由于局部壓力過(guò)大而導(dǎo)致的混凝土壓潰和破碎情況，提高了柱腳抗側(cè)力性能；(2)橋臺(tái)可采用現(xiàn)澆或者預(yù)制的方式施工。若采用常規(guī)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)形式，橋臺(tái)內(nèi)預(yù)留有無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔；(3)橋臺(tái)預(yù)埋件由鋼板制成，一方面起到了支撐、分壓的作用，以防止后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨固端部產(chǎn)生過(guò)大的局部壓力而壓潰混凝土，一方面起到了連接外置耗能器的作用；(4)外置耗能器通過(guò)螺栓一端與橋墩預(yù)埋件相連，另一端與橋臺(tái)預(yù)埋件相連，在橋梁墩柱承受反復(fù)地震荷載的時(shí)候通過(guò)鋼板張拉進(jìn)行耗能，為防止屈曲，外置耗能器中部耗能芯可制成為十字形，并在外部套有鋼管，中間密實(shí)填充環(huán)氧樹(shù)脂或砂漿等填充料，提供對(duì)耗能芯的有效支撐；(5)將外置耗能器與預(yù)埋件用螺栓連接完成后，在橋梁墩柱和橋臺(tái)上，從預(yù)留的預(yù)應(yīng)力孔內(nèi)張拉無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，并用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固好，預(yù)應(yīng)力鋼筋初張拉力不宜過(guò)小，否則起不到自復(fù)位的作用，也不應(yīng)過(guò)大，以使得預(yù)應(yīng)力鋼筋在受力過(guò)程中一直保持彈性性能，故張拉力為極限拉力的30%至50%之間；
(6)通過(guò)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在受力過(guò)程中始終保持彈性的特征，實(shí)現(xiàn)墩柱節(jié)點(diǎn)的自恢復(fù)功能；(7)通過(guò)連接橋墩和橋臺(tái)的外置耗能器實(shí)現(xiàn)墩柱節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定的耗能能力。本發(fā)明的有益效果和突出優(yōu)勢(shì)是與傳統(tǒng)墩柱節(jié)點(diǎn)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)彈性復(fù)位組件，如貫穿于全墩柱軸心位置的預(yù)應(yīng)力鋼束可以產(chǎn)生恢復(fù)力，使得該節(jié)點(diǎn)重新回到初始位形，而不產(chǎn)生殘余變形；(2)分布在墩柱外部的外置耗能器保證了截面具有足夠的延性耗能能力；耗能器本身可靈活選取，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)外部耗能的機(jī)制；(3)易安裝、易拆卸、易更換。外置耗能的機(jī)制保證了震后的快速修復(fù)。地震作用后，由于彈性復(fù)位組件很好控制了殘余變形，橋梁墩柱的殘余變形小，這時(shí)候可通過(guò)快速更換已經(jīng)被抗震耗能削弱的舊外置耗能器，完全恢復(fù)橋梁墩柱的抗震耗能能力；這點(diǎn)對(duì)于抗震救災(zāi)，快速恢復(fù)交通生命線，以及應(yīng)對(duì)震后頻發(fā)的余震，保證橋梁體系的安全具有重要意義；(4)可采用現(xiàn)澆或者預(yù)制方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所涉及的耗能-抗震、彈性-復(fù)位的抗震自復(fù)位機(jī)制。若采用預(yù)制方式，則所有構(gòu)件采用預(yù)制加工方法，現(xiàn)場(chǎng)拼裝方便，施工簡(jiǎn)單、快速。
圖1為發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為墩柱橫截面示意圖。圖3為墩柱預(yù)留孔洞及墩柱預(yù)埋件示意圖。圖4為外置阻尼器示意圖。圖5為橋臺(tái)預(yù)埋件示意6為橋臺(tái)預(yù)埋件、墩柱預(yù)埋件及外置阻尼器拼裝并張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供一種外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)方法，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳述。如圖1所示，所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系由橋梁墩柱1、橋臺(tái)2、具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋3、橋墩預(yù)埋件4、橋臺(tái)預(yù)埋件5以及外置耗能器6組成，橋梁墩柱1與橋臺(tái)2靠具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋3及外置耗能器6連接，具有能夠有效減小殘余變形并保證足夠耗能能力的橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系橋臺(tái)施工時(shí)，預(yù)留無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔洞，并同時(shí)預(yù)埋橋臺(tái)預(yù)埋件5。橋臺(tái)預(yù)埋件5的上方鋼板10和下方鋼板9需在施工時(shí)在相應(yīng)位置氣割孔洞，以穿過(guò)彈性復(fù)位組件(無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋)3，孔洞在豎直方向上應(yīng)嚴(yán)格對(duì)齊，彈性復(fù)位組件3穿過(guò)橋臺(tái)預(yù)埋件5的上方鋼板10和下方鋼板9后截?cái)?，并與下方鋼板9焊接，并彈性復(fù)位組件3實(shí)現(xiàn)有效張拉，沒(méi)有彎折。橋臺(tái)預(yù)埋件5的詳細(xì)構(gòu)造見(jiàn)圖5 所述橋臺(tái)預(yù)埋件5由兩塊大小相等的上方鋼板 10和下方鋼板9、四根角鋼15以及四片連接板14組裝而成(如圖5所示)，上方鋼板10置于橋臺(tái)2頂面，與橋梁橋墩接觸，橋臺(tái)預(yù)埋件上面的上方鋼板10與橋墩預(yù)埋件一起克服因橋梁墩柱與橋臺(tái)間因擺動(dòng)而產(chǎn)生夾角，保護(hù)混凝土，為橋墩提供了足夠的延性，減緩了混凝土柱及橋臺(tái)在橋梁墩柱1柱腳處的接觸破壞，改善了結(jié)構(gòu)的局部承壓性能；此外，橋臺(tái)預(yù)埋件下方鋼板9與四個(gè)角鋼15—起，起到支撐、分壓的作用，以防止后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨固端部產(chǎn)生過(guò)大的局部壓力而壓潰混凝土 如圖3所示，橋梁墩柱采用常規(guī)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)形式，預(yù)留有無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔，橋梁墩柱內(nèi)按照受力配以相應(yīng)的縱筋及箍筋8(如圖1、2所示)，但不與橋臺(tái)相連。在橋梁墩柱底部及四周包有由鋼板制成的橋墩預(yù)埋件4(如圖3所示)，此預(yù)埋件與橋墩混凝土一起澆注，橋墩預(yù)埋件在柱兩側(cè)伸出的耳板7起到了連接外置耗能器6的作用，此外，由于預(yù)埋件包裹橋梁墩柱柱腳，對(duì)橋梁墩柱柱腳起到了保護(hù)作用，防止由于局部壓力過(guò)大而導(dǎo)致的混凝土壓潰、破碎等情況，提高了柱腳抗側(cè)力性能。 外置耗能器6 (如圖4所示)，它由鋼板11、薄壁套管12以及十字形翼緣13組成。 鋼板11是主要的耗能裝置，它的一端與橋墩預(yù)埋件4相連，另一端與橋臺(tái)預(yù)埋件5相連，起到了連接橋梁墩1與橋臺(tái)2的作用，鋼板11中部細(xì)長(zhǎng)部分用于耗能，為防止其受壓后屈曲， 在鋼板11中部增加了十字形翼緣13，并在鋼板11中部外側(cè)套有薄壁套管12，薄壁套管12 需要兩半拼接對(duì)焊，在十字形翼緣13與薄壁套管12的空隙區(qū)域還需填充環(huán)氧樹(shù)脂或密實(shí)砂漿，以增大阻尼系數(shù)、并防止屈曲。將橋臺(tái)2與橋梁墩1對(duì)接好后(如圖1、6所示)，用外置耗能器將二者連接，外置耗能器通過(guò)螺栓與二者相連，待擰緊螺栓后，從預(yù)留的預(yù)應(yīng)力孔內(nèi)張拉無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋， 并用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固好，預(yù)應(yīng)力鋼筋初張拉力應(yīng)適中，使得預(yù)應(yīng)力鋼筋既能夠具有良好的自復(fù)位性能，又能始終處于彈性階段，不進(jìn)入塑性階段，以防止剛度減少或產(chǎn)生殘余變形，甚至是鋼絞線發(fā)生斷裂。本發(fā)明外置耗能器及預(yù)埋件均可采用Q235或以上等級(jí)的常規(guī)鋼材，所有型鋼焊縫均為雙面焊縫，外置耗能器十字形鋼板與圓形管壁間采用環(huán)氧樹(shù)脂或自密實(shí)砂漿填充； 本發(fā)明無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋可采用高強(qiáng)鋼絞線，強(qiáng)度等級(jí)在1320-1860N/mm2之間，直徑在 8. 6-15. 2mm之間；本發(fā)明張拉方法采用后張法，用專(zhuān)用油脂涂在預(yù)應(yīng)力鋼筋表面制成無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線；本發(fā)明中螺栓宜采用M16至M30級(jí)高強(qiáng)螺栓，根據(jù)螺栓不同的直徑，施加預(yù)拉力。本發(fā)明突破傳統(tǒng)橋墩設(shè)計(jì)思路，設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)受力明確，能夠使得橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系具有良好的自復(fù)位性能以及穩(wěn)定的耗能能力，并且能快速更換，滿(mǎn)足控制殘余變形、震后快速更新修復(fù)等要求。本發(fā)明可以采用現(xiàn)澆或者屬預(yù)制構(gòu)件體系，只需現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)拼裝，施工清晰、簡(jiǎn)便。本發(fā)明所涉及的外置耗能器可以方便更換，保證了此墩柱結(jié)構(gòu)體系的耐用性和震后可修復(fù)性能，是對(duì)傳統(tǒng)墩柱節(jié)點(diǎn)體系的突破和發(fā)展。本發(fā)明能夠很好的解決了傳統(tǒng)橋墩在地震荷載過(guò)后具有較大不易恢復(fù)殘余變形的問(wèn)題，并且同時(shí)保證足夠的耗能能力。本發(fā)明設(shè)計(jì)靈活，結(jié) 構(gòu)受力明確，橋梁通過(guò)外置耗能器完成耗能，彈性復(fù)位組件(如貫穿于整根橋墩的預(yù)應(yīng)力鋼筋)自復(fù)位，且能夠保證橋墩具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
權(quán)利要求
1.一種外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系由橋梁墩柱(1)、橋臺(tái)(2)、具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(3)、橋墩預(yù)埋件(4)、橋臺(tái)預(yù)埋件(5)以及外置耗能器(6)組成，橋梁墩柱(1)與橋臺(tái)(2)靠無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(3)及外置耗能器(6)連接，具有能夠有效減小殘余變形并保證足夠耗能能力的橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系。具體實(shí)現(xiàn)可采用現(xiàn)澆或者預(yù)制方式，在預(yù)制橋臺(tái)施工時(shí)，預(yù)留無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔洞， 并同時(shí)預(yù)埋橋臺(tái)預(yù)埋件(5)，無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔應(yīng)與上面的橋梁墩柱的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔嚴(yán)格對(duì)齊，以保證無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(3)能順利穿過(guò)橋梁墩柱的預(yù)應(yīng)力鋼筋孔及橋臺(tái)孔，并有效張拉，沒(méi)有彎折。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述橋臺(tái)預(yù)埋件(5)由兩塊大小相等的上方鋼板(10)和下方鋼板(9)、四根角鋼(15)以及四片連接板 (14)組裝而成，上方鋼板(10)置于橋臺(tái)(2)頂面，與橋梁橋墩接觸，橋臺(tái)預(yù)埋件上面的上方鋼板(10)與橋墩預(yù)埋件一起克服因橋梁墩柱與橋臺(tái)間因擺動(dòng)而產(chǎn)生夾角，保護(hù)混凝土，為橋墩提供了足夠的延性，減緩了混凝土柱及橋臺(tái)在橋梁墩柱(1)柱腳處的接觸破壞，改善了結(jié)構(gòu)的局部承壓性能；此外，橋臺(tái)預(yù)埋件下方鋼板(9)與四個(gè)角鋼(15) —起，起到支撐、 分壓的作用，以防止后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨固端部產(chǎn)生過(guò)大的局部壓力而壓潰混凝土。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述橋臺(tái)預(yù)埋件(5)的上方鋼板(10)和下方鋼板(9)需在施工時(shí)在相應(yīng)位置氣割孔洞，以穿越預(yù)應(yīng)力鋼筋，孔洞在豎直方向上應(yīng)嚴(yán)格對(duì)齊，預(yù)應(yīng)力鋼筋(3)穿過(guò)橋臺(tái)預(yù)埋件(5)的上方鋼板(10) 和下方鋼板(9)后截?cái)?，并與下方鋼板(9)焊接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述橋梁墩柱柱底部及四周包有由鋼板制成的橋墩預(yù)埋件(4)，此橋墩預(yù)埋件(4)與橋梁墩柱混凝土一起澆注，橋墩預(yù)埋件(4)在橋梁墩柱柱兩側(cè)伸出的耳板(7)與外置耗能器(6)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系，其特征在于，所述外置耗能器(6)由鋼板(11)、薄壁套管(12)以及十字形翼緣(13)組成。鋼板(11)是主要的耗能裝置，它的一端與橋墩預(yù)埋件(4)相連，另一端與橋臺(tái)預(yù)埋件(5)相連，起到了連接橋梁墩(1)與橋臺(tái)(2)的作用，鋼板(11)中部細(xì)長(zhǎng)部分用于耗能，為防止其受壓后屈曲，在鋼板(11)中部增加了十字形翼緣(13)，并在鋼板(11)中部外側(cè)套有薄壁套管(12)，薄壁套管(12)需要兩半拼接對(duì)焊，在十字形翼緣(13)與薄壁套管(12)的空隙區(qū)域還需填充環(huán)氧樹(shù)脂或密實(shí)砂漿，以增大阻尼系數(shù)、并防止屈曲。
6.一種權(quán)利要求1所述外置耗能自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于， 具體實(shí)現(xiàn)步驟如下(1)橋梁墩柱可采用現(xiàn)澆或者預(yù)制方式施工。若采用常規(guī)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)形式，預(yù)留有無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔，橋梁墩柱內(nèi)按照受力配以相應(yīng)的縱筋及箍筋，鋼筋遇預(yù)埋件斷開(kāi)并與預(yù)埋件焊接，橋梁墩柱不與橋臺(tái)相連，在橋梁墩柱底部及四周包有由鋼板制成的橋墩預(yù)埋件，此橋墩預(yù)埋件與橋墩混凝土一起澆注，橋墩預(yù)埋件在橋梁墩柱兩側(cè)伸出的耳板與外置耗能器連接，此外，由于橋墩預(yù)埋件包裹橋梁墩柱柱腳，對(duì)柱腳起到了保護(hù)作用，防止由于局部壓力過(guò)大而導(dǎo)致的混凝土壓潰和破碎情況，提高了柱腳抗側(cè)力性能；(2)橋臺(tái)可采用現(xiàn)澆或者預(yù)制方式施工。若采用常規(guī)的預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)形式，橋臺(tái)內(nèi)預(yù)留有無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋孔；(3)橋臺(tái)預(yù)埋件由鋼板 制成，一方面起到了支撐、分壓的作用，以防止后張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋在錨固端部產(chǎn)生過(guò)大的局部壓力而壓潰混凝土，一方面起到了連接外置耗能器的作用；(4)外置耗能器通過(guò)螺栓一端與橋墩預(yù)埋件相連，另一端與橋臺(tái)預(yù)埋件相連，在橋梁墩柱承受反復(fù)地震荷載的時(shí)候通過(guò)鋼板張拉進(jìn)行耗能，為防止屈曲，外置耗能器中部為十字形，并在外部套有鋼管，期間填充環(huán)氧樹(shù)脂或砂漿；(5)將外置耗能器與預(yù)埋件用螺栓連接完成后，在橋梁墩柱和橋臺(tái)上，從預(yù)留的預(yù)應(yīng)力孔內(nèi)張拉無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，并用錨具將預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固好，預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉力不宜過(guò)小， 否則起不到自復(fù)位的作用，也不應(yīng)過(guò)大，以使得預(yù)應(yīng)力鋼筋在受力過(guò)程中一直保持彈性性能，故初張拉力為極限拉力的30%至50%之間；(6)通過(guò)彈性復(fù)位組件如無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力在受力過(guò)程中始終保持彈性的特征，實(shí)現(xiàn)墩柱節(jié)點(diǎn)的自恢復(fù)功能；(7)通過(guò)連接橋墩和橋臺(tái)的外置耗能器實(shí)現(xiàn)墩柱節(jié)點(diǎn)穩(wěn)定的耗能能力。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于橋梁工程領(lǐng)域的一種外置耗能組件的自復(fù)位橋梁墩柱結(jié)構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)方法。所述結(jié)構(gòu)體系主要由橋梁墩柱、橋臺(tái)、具有彈性復(fù)位功能的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋、外置耗能器、橋墩預(yù)埋件以及橋臺(tái)預(yù)埋件組成，橋梁墩柱與橋臺(tái)靠無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋和外置耗能器連接，能夠有效減小殘余變形并保證足夠耗能能力。本發(fā)明設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)受力明確，通過(guò)位于墩柱軸心位置的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋，可以產(chǎn)生自復(fù)位的恢復(fù)力，能夠很好的解決傳統(tǒng)橋墩在地震荷載作用后具有較大殘余變形，無(wú)法繼續(xù)服役的問(wèn)題。并保證橋墩具有足夠的強(qiáng)度和剛度?？刹捎矛F(xiàn)澆或者預(yù)制的方法實(shí)現(xiàn)，施工簡(jiǎn)單，是一種先進(jìn)實(shí)用，可實(shí)現(xiàn)震后快速更換、修復(fù)的新型橋梁墩柱體系。
文檔編號(hào)E01D21/00GK102304892SQ201110215479
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者何銘華, 辛克貴, 郭佳 申請(qǐng)人:清華大學(xué)