摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置。取消傳統(tǒng)節(jié)段拼裝橋墩連接裝置中的預(yù)應(yīng)力筋。采用鋼管混凝土的形式對連接區(qū)域進(jìn)行局部加固。連接的兩端鋼管混凝土鋼管分別采用直徑較大的外套管和直徑略小的內(nèi)套管。節(jié)段拼接時(shí)內(nèi)外鋼管套接，在內(nèi)鋼管和外鋼管之間打入自鎖銷，使內(nèi)外套管之間形成摩擦自鎖，保證節(jié)段之間的緊密連接。通過合理設(shè)計(jì)外套管厚度和自鎖銷坡度，可以使連接結(jié)構(gòu)在多遇地震時(shí)保持彈性，而在罕遇地震時(shí)發(fā)生滑動(dòng)摩擦，耗散地震能量。
【專利說明】摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接，適用于各種有快速建造需求的橋梁工程。
技術(shù)背景
[0002]隨著城市交通和跨海大橋建設(shè)的推進(jìn)，對有限場地內(nèi)橋梁快速建設(shè)的需求逐步增力口。而傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土橋梁建造方法不可避免地需要等待混凝土凝結(jié)，導(dǎo)致工期較長。而且現(xiàn)澆混凝土質(zhì)量受現(xiàn)場環(huán)境影響，難以保證在惡劣環(huán)境下的耐久性能。預(yù)制拼裝技術(shù)是解決這一矛盾的可行手段。目前橋梁上部結(jié)構(gòu)的預(yù)制技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，而橋梁下部結(jié)構(gòu)特別是墩柱的預(yù)制拼裝技術(shù)應(yīng)用較少。在國內(nèi)已應(yīng)用該技術(shù)的工程實(shí)例有東海大橋、杭州灣大橋等，都位于低烈度區(qū)域。由于節(jié)段連接裝置的抗震性能尚有待研究，限制了該技術(shù)在高烈度區(qū)的應(yīng)用。
[0003]對于節(jié)段拼接橋墩的抗震性能，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。研究證明合理的設(shè)計(jì)節(jié)段連接能使節(jié)段拼裝橋墩獲得常規(guī)橋墩沒有的抗震特性，其中重要的一點(diǎn)就是節(jié)段拼裝橋墩具有自我復(fù)位能力。在1995年日本阪神地震中，有約1/5的常規(guī)鋼筋混凝土橋梁損傷程度尚未達(dá)到重建的程度，但由于殘余位移過大而無法繼續(xù)使用。在阪神地震后，日本對橋梁抗震設(shè)計(jì)做了嚴(yán)格的規(guī)定:并將殘余位移與地震荷載下的最大位移一起作為驗(yàn)算要求加入到規(guī)范之中。雖然我國規(guī)范尚未將殘余位移列入驗(yàn)算要求，但是抗震性能設(shè)計(jì)已經(jīng)成為趨勢。所以預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩的自我復(fù)位能力尤為可貴。
[0004]已有的預(yù)制橋墩連接裝置基本都采用貫通墩柱全長各個(gè)節(jié)段的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋保證拼接縫在地震等水平作用力下的承載性能。而該技術(shù)使得橋墩除了承受橋梁上部結(jié)構(gòu)傳來的重力外還要承受額外的預(yù)應(yīng)力荷載。為了保證節(jié)段混凝土在抵抗地震作用時(shí)不至于被嚴(yán)重壓碎，須采用鋼管或FRP材料對整段節(jié)段進(jìn)行加固或采用高標(biāo)號特種混凝土，導(dǎo)致造價(jià)較高。而且僅設(shè)置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的節(jié)段連接耗能性能較差，為了保證連接的耗能性能通常需要保證一定數(shù)量的耗能鋼筋穿過拼接縫。但耗能鋼筋會(huì)增大殘余位移，減弱節(jié)段拼裝橋墩的自復(fù)位性能，并導(dǎo)致施工較為麻煩。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明意在提供一種有較強(qiáng)耗能性能和自復(fù)位能力兼顧施工方便和造價(jià)低廉的新型橋墩節(jié)段連接裝置。利用本發(fā)明，可以克服傳統(tǒng)連接存在的上述不足。
[0006]具體技術(shù)方案如下:
[0007]摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，包括外套管(I)、內(nèi)套管(2)、內(nèi)自鎖銷
(3)，以及外自鎖銷(4)。內(nèi)套管(2)作為預(yù)埋件澆筑于上預(yù)制節(jié)段下端，形成鋼管混凝土，外套管(I)同樣作為預(yù)埋件澆筑于下預(yù)制節(jié)段上端，且外套管(I)距端部留有一段中空與內(nèi)套管⑵套接。內(nèi)套管⑵與外套管⑴之間通過內(nèi)自鎖銷⑶和外自鎖銷⑷連接，內(nèi)自鎖銷⑶和外自鎖銷⑷之間形成摩擦自鎖。
[0008]所述的外自鎖銷(4)和內(nèi)自鎖銷(3)為高強(qiáng)度的楔形塊。
[0009]外套管(I)的厚度在5_20mm范圍內(nèi)。
[0010]內(nèi)自鎖銷(3)的坡度在在5度到40度范圍內(nèi)，外自鎖銷(4)的坡度在5度到40度范圍內(nèi)。
[0011]外套管(I)外包覆FRP材料，提高環(huán)向約束能力。
[0012]內(nèi)套管與外套管對核心混凝土起到約束作用，對本發(fā)明所述連接裝置范圍內(nèi)的節(jié)段局部加強(qiáng)。內(nèi)套管與外套管之間通過內(nèi)自鎖銷和外自鎖銷形成摩擦自鎖保證連接可靠。
[0013]有益效果
[0014]首先，發(fā)生罕遇地震時(shí)內(nèi)外自鎖銷之間發(fā)生摩擦參與耗能，耗能機(jī)制明確，設(shè)計(jì)理論簡單樸素，非常有利于投入實(shí)用。而且作為摩擦耗能裝置，由于摩擦面只在發(fā)生地震提供耗能時(shí)被壓緊，所以不存在緊固件松弛和摩擦面相互滲透導(dǎo)致耗能性能不穩(wěn)定的問題，保證裝置實(shí)際耗能性能穩(wěn)定可靠。其次，加載時(shí)耗散能量的摩擦力隨著位移的增大而增大，使滯回曲線趨于飽滿，獲得較強(qiáng)的耗能性能。同時(shí)保證連接裝置的響應(yīng)進(jìn)入非線性之后剛度始終為正，不會(huì)突然喪失承載能力。而卸載時(shí)摩擦力隨著位移趨于零點(diǎn)逐漸減小，使橋墩可以在上部結(jié)構(gòu)重力的作用下自行復(fù)位。滯回曲線趨于理想的旗幟形，殘余位移較小。再次，取消了傳統(tǒng)連接中的預(yù)應(yīng)力筋，橋墩不再同時(shí)承受上部結(jié)構(gòu)重力和豎向預(yù)應(yīng)力。僅需要針對連接區(qū)域局部加固，非連接區(qū)域的橋墩截面無需設(shè)計(jì)特殊材料和截面，一定程度上降低造價(jià)。最后，節(jié)段之間采用自鎖銷摩擦自鎖連接，除了吊裝外僅需輕便工具即可完成安裝，沒有張拉豎向預(yù)應(yīng)力筋等工序，現(xiàn)場安裝方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1本發(fā)明所述連接裝制示意圖，
[0016]圖2預(yù)制拼裝橋墩摩擦自鎖連接裝制實(shí)例縱剖面圖，
[0017]圖3預(yù)制拼裝橋墩摩擦自鎖連接裝制實(shí)例橫剖面圖。
[0018]其中，1、外套管，2、內(nèi)套管，3、內(nèi)自鎖銷，4、外自鎖銷，5上預(yù)制節(jié)段，6、下預(yù)制節(jié)段，7、縱筋，8、橡膠墊環(huán)，9、注漿管，10、密封環(huán)

【具體實(shí)施方式】
[0019]以下結(jié)合實(shí)例作進(jìn)一步詳述。具體實(shí)例如圖2、圖3所示。圖中包括外套管、內(nèi)套管、內(nèi)自鎖銷、外自鎖銷、上預(yù)制節(jié)段、下預(yù)制節(jié)段、縱筋、橡膠墊環(huán)、注漿管、密封環(huán)。為方便說明拼裝過程以下將位于正在拼裝的連接上方的預(yù)制節(jié)段稱為上預(yù)制節(jié)段，將位于正在拼裝的連接下方的預(yù)制節(jié)段稱為下預(yù)制節(jié)段。
[0020]混凝土預(yù)制節(jié)段采用圓形截面。內(nèi)套管和外套管為大口徑鋼管。澆筑混凝土上預(yù)制節(jié)段時(shí)將內(nèi)套管預(yù)埋于上預(yù)制節(jié)段下端。外套管預(yù)埋于下預(yù)制節(jié)段上端，分別形成局部鋼管混凝土構(gòu)造，加固混凝土上、下預(yù)制節(jié)段端部。上預(yù)制節(jié)段內(nèi)縱筋下端焊接于內(nèi)套管外偵牝下預(yù)制節(jié)段內(nèi)縱筋上端焊接于外套管內(nèi)側(cè)，保證連接牢固同時(shí)作為內(nèi)自鎖銷、外自鎖銷的定位措施。
[0021 ] 內(nèi)套管直徑比上預(yù)制節(jié)段外徑稍小，外套管直徑與混凝土下預(yù)制節(jié)段直徑相同。
[0022]施工時(shí)吊裝上預(yù)制節(jié)段，使內(nèi)套管與外套管套接，上預(yù)制節(jié)段的底面放置在下預(yù)制節(jié)段的頂面上。上預(yù)制節(jié)段底面上帶有的橡膠墊環(huán)具有一定彈性，使上預(yù)制節(jié)段與下預(yù)制節(jié)段在存在一定制造誤差的情況下也能保證軸線重合安裝。在完成上預(yù)制節(jié)段進(jìn)行垂直度矯正后，在外套管和內(nèi)套管之間打入多對自鎖銷，使連接牢固。然后通過注漿管向橡膠墊環(huán)內(nèi)的空腔中注入環(huán)氧樹脂砂漿找平偏差，并防止橡膠墊環(huán)在上預(yù)制節(jié)段承擔(dān)后續(xù)荷載時(shí)被壓縮使外自鎖銷和內(nèi)自鎖銷發(fā)生松動(dòng)。再用密封環(huán)封閉外套管和內(nèi)套管之間的縫隙。防止灰塵與水汽進(jìn)入污染外自鎖銷和內(nèi)自鎖銷之間的摩擦面，保證裝置耗能性能穩(wěn)定。最后用防水砂漿覆蓋外露的內(nèi)套管，填至橋墩外徑抹平，保證連接外表美觀和使用耐久性。
[0023]每對自鎖銷包含外自鎖銷和內(nèi)自鎖銷，分別貼著外套管和內(nèi)套管，朝向相對打入外套管和內(nèi)套管之間的間隙。外自鎖銷和內(nèi)自鎖銷為高強(qiáng)度的楔形塊，與外套管和套管接觸的面上橫向刻痕并淬火，保證受壓后刻入外套管和內(nèi)套管管壁不發(fā)生滑動(dòng)。外自鎖銷和內(nèi)自鎖銷之間的接觸面為設(shè)計(jì)摩擦面。
[0024]本例中外套管采用20mm厚、外徑1200mm鋼管，外粘貼5mmFRP材料提高外套管的環(huán)向約束能力，并同時(shí)解決外露外套管的防腐耐久問題。內(nèi)套管采用1mm厚、外徑1080mm鋼管。自鎖銷采用45號工具鋼并淬火，坡度為10度。
[0025]在正常使用無橫向作用時(shí)，由上預(yù)制節(jié)段的底面和下預(yù)制節(jié)段的頂面接觸傳遞豎向軸力，承載上部結(jié)構(gòu)重力。
[0026]在汽車制動(dòng)力、風(fēng)荷載和多遇地震等橫向作用下，連接裝置承受彎矩。截面受拉一側(cè)的內(nèi)自鎖銷在內(nèi)套管傳來的彎矩作用下形成向上運(yùn)動(dòng)的趨勢，但是由于內(nèi)自鎖銷和外自鎖銷之間的接觸面有一定坡度，內(nèi)自鎖銷向上的運(yùn)動(dòng)趨勢使接觸面之間產(chǎn)生接觸力增大的趨勢，阻止接觸面滑動(dòng)，形成摩擦自鎖。保證連接裝置的響應(yīng)為線性。
[0027]在罕遇地震作用下。外套管在截面受拉一側(cè)的內(nèi)自鎖銷傳來的接觸壓力下發(fā)生環(huán)向變形，截面受拉一側(cè)的內(nèi)自鎖銷在內(nèi)套管傳來的彎矩作用下向上運(yùn)動(dòng)。但是隨著滑動(dòng)距離的增大外套管的約束力增大，進(jìn)而使摩擦力隨之相應(yīng)增大。保證了連接裝置進(jìn)入非線性后剛度依然為正，不至于突然喪失承載能力。卸載時(shí)復(fù)位力會(huì)隨著位移趨于平衡位置逐漸減小，而連接裝置阻止復(fù)位的摩擦力也會(huì)隨著位移減小而減小，不會(huì)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的殘余位移，具有較強(qiáng)的自復(fù)位能力。
[0028]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同變化與修飾，都應(yīng)視為本發(fā)明方案的技術(shù)范疇，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，其特征在于:包括外套管(I)、內(nèi)套管(2)、內(nèi)自鎖銷(3),以及外自鎖銷(4),內(nèi)套管⑵置于外套管⑴內(nèi)，且內(nèi)套管⑵與外套管(I)之間通過內(nèi)自鎖銷⑶和外自鎖銷⑷連接，內(nèi)自鎖銷⑶和外自鎖銷⑷之間形成摩擦自鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，其特征在于:所述的外自鎖銷⑷和內(nèi)自鎖銷⑶為高強(qiáng)度的楔形塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，其特征在于:外套管⑴的厚度在5 - 20mm范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，其特征在于:內(nèi)自鎖銷⑶的坡度在5度到40度范圍內(nèi)，外自鎖銷⑷的坡度在5度到40度范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的摩擦自鎖式預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩連接裝置，其特征在于:外套管(I)外包覆FRP材料，提高環(huán)向約束能力。
【文檔編號】E01D19/04GK104164834SQ201410395751
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】魏贊洋, 亓路寬, 戚海洋, 時(shí)文成, 楊一舟 申請人:北京工業(yè)大學(xué)