一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构的制作方法

本发明涉及悬索桥抗震领域，具体来讲涉及高烈度地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的一种合理的抗震新体系结构。

背景技术：

悬索桥是一种具有良好抗震性能的柔性结构，在高烈度地震区采用钢筋混凝土桥塔时，虽然经济耐久但地震响应大，其抗震难以满足要求，特别是跨径较大而桥塔较高时，钢筋混凝土桥塔的应用受到制约。目前国外高烈度地震区千米级的悬索桥桥塔往往采用质量较轻的钢塔，以满足抗震需求，但钢塔造价较高且在运输不便的山区难以应用。

依托雅安至康定高速公路泸定大渡河特大桥设计项目，对强震区千米级悬索桥的钢筋混凝土桥塔抗震问题进行综合研究，突破了以往采用钢塔的限制，使得在高烈度地震区的超大跨悬索桥采用混凝土桥塔成为可能。

技术实现要素：

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，创新运用波折钢腹板组合横梁、塔梁间粘滞阻尼器+缆梁间耗能型中央扣所形成的保护系统，改善桥塔抗震性能，协调匹配桥梁各构件的刚度，主动消耗地震能量，以达到提高全桥的综合抗震性能的目的，从而拓展了高烈度区地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的领域。

本发明是这样实现的，构造一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：采用波折钢腹板组合横梁、塔梁间粘滞阻尼器、缆梁间耗能型中央扣所形成的保护系统，改善桥塔抗震性能，协调匹配桥梁各构件的刚度，主动消耗地震能量，以达到提高全桥的综合抗震性能的目的，从而拓展了高烈度区地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的领域。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：在悬索桥主跨跨中设置3对中央扣，以尽量分散中央扣作用于主梁的集中力；同时在塔梁间设置纵向粘滞阻尼器。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：纵向粘滞阻尼器分别与桥塔和主梁相连。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：采用耗能杆件作为中央扣的主体构件，耗能杆件是一种位移相关型消能器，例如各种形式的防屈曲支撑杆件，具有稳定饱满的滞回耗能性能，要求其在受拉受压时都能达到全截面屈服，支撑受压承载力与受拉承载力相当，从而充分发挥钢材的滞回耗能作用。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：耗能杆件的上端与对应主缆的索夹铰接，下端与钢桁梁耳板铰接连接。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：耗能杆件包括双叉耳、薄螺母、调整螺母、吊耳、材芯、zh砂浆、约束套管；约束套管包裹在zh砂浆的外侧形成耗能杆件的约束单元，使材芯始终近似处于轴向拉压状态。在zh砂浆内设置材芯，材芯一般由低屈服点钢材制成，形成耗能杆件的主体结构,并在该主体结构的两端通过薄螺母和调整螺母设置双叉耳，在该主体结构的外侧设置吊耳；约束单元与材芯之间设置无粘结涂层形成滑动机制单元。

根据本发明所述一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构，其特征在于：横梁采用波形钢腹板与预应力混凝土顶底板的组合结构，在这一结构中用波形钢腹板取代了通常的混凝土箱形梁的混凝土腹板，从而使横梁自重减轻，同时由于波形钢腹板的褶皱效应，大大减小了横梁的轴向和弯曲刚度，从而可延长结构自振周期，减小地震力。

本发明具有如下优点：本专利发明了一种高烈度地震区合理的悬索桥多点分散的减隔震体系和约束体系，创新运用波折钢腹板组合横梁、塔梁间粘滞阻尼器+缆梁间耗能型中央扣所形成的保护系统，改善桥塔抗震性能，协调匹配桥梁各构件的刚度，主动消耗地震能量，以达到提高全桥的综合抗震性能的目的，从而拓展了高烈度区地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的领域。

采用塔梁间粘滞阻尼器+缆梁间耗能型中央扣的有益效果是，两者的组合使用既可以降低中央扣及加劲梁的应力峰值，又能充分利用无中央扣时地震作用下主梁受力较富裕的特性，加强缆梁塔的耦合作用从而改善索塔抗震性能。通过对主梁与索塔在地震需求和结构能力两者之间的合理匹配，可达到物尽其用、经济合理的目的。

采用组合横梁的有益效果是解决桥塔横向抗震问题，将组合设计思想引入桥塔横梁设计中，充分利用了波形钢腹板与预应力混凝土顶底板两者的结构特点和受力特征，塔柱—横梁连结构造也得以大大简化，克服了混凝土横梁和钢横梁在抗震方面存在的不足。桥塔横向作为框架结构，抗震设计的思路是“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”，对于砼横梁无法实现强柱弱梁、强剪弱弯，钢横梁无法实现强节点弱构件（钢砼结合部受力难以通过），波形钢腹板组合箱形横梁的抗弯刚度较低，而抗剪能力则较强，因此真正实现了上述的抗震理念，是高烈度地震区大跨径悬索桥桥塔理想的横向联结方式。

附图说明

图1是全桥约束体系布置图；

图2是纵向粘滞阻尼器对应位置示意图；

图3主桥平面图；

图4铰接式耗能型中央扣布置图；

图5-图6铰接式耗能型中央扣杆件；

图7是图5中a-a断面示意图；

图8是图5中b-b断面示意图；

图9-图11索塔减震组合横梁示意图；

图12阻尼器安装图；

图13是图12中a-a示意图；

图14是图12中b-b示意图。

其中：纵向粘滞阻尼器1，中央扣2，横向抗风支座3，竖向拉压支座4，耗能杆件5，主缆6，索夹7，双叉耳8，薄螺母9，调整螺母10，吊耳11，材芯12，zh砂浆13，约束套管14，波形钢腹板15，预应力混凝土顶底板16。

具体实施方式

下面将结合附图1-图14对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种高烈度地震区悬索桥合理抗震新体系结构；采用波折钢腹板组合横梁、塔梁间粘滞阻尼器1、缆梁间耗能型中央扣2所形成的保护系统，改善桥塔抗震性能，协调匹配桥梁各构件的刚度，主动消耗地震能量，以达到提高全桥的综合抗震性能的目的，从而拓展了高烈度区地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的领域。

另外，在悬索桥主跨跨中设置3对中央扣2，以尽量分散中央扣作用于主梁的集中力；同时在塔梁间设置纵向粘滞阻尼器1。

其中，采用耗能杆件5作为中央扣2的主体构件，耗能杆件是一种位移相关型消能器，例如各种形式的防屈曲支撑杆件，具有稳定饱满的滞回耗能性能，要求其在受拉受压时都能达到全截面屈服，支撑受压承载力与受拉承载力相当，从而充分发挥钢材的滞回耗能作用。耗能杆件5的上端与对应主缆6的索夹7铰接，下端与钢桁梁耳板铰接连接。

其中，耗能杆件5包括双叉耳8、薄螺母9、调整螺母10、吊耳11、材芯12、zh砂浆13、约束套管14；约束套管14包裹在zh砂浆13的外侧形成耗能杆件的约束单元，使材芯12始终近似处于轴向拉压状态。在zh砂浆13内设置材芯12，材芯12一般由低屈服点钢材制成，形成耗能杆件的主体结构,并在该主体结构的两端通过薄螺母9和调整螺母10设置双叉耳8，在该主体结构的外侧设置吊耳11；约束单元与材芯之间设置无粘结涂层形成滑动机制单元。

其中，横梁采用波形钢腹板15与预应力混凝土顶底板16的组合结构，在这一结构中用波形钢腹板取代了通常的混凝土箱形梁的混凝土腹板，从而使横梁自重减轻，同时由于波形钢腹板的褶皱效应，大大减小了横梁的轴向和弯曲刚度，从而可延长结构自振周期，减小地震力。

本专利发明了一种高烈度地震区合理的悬索桥多点分散的减隔震体系和约束体系，创新运用波折钢腹板组合横梁、塔梁间粘滞阻尼器+缆梁间耗能型中央扣所形成的保护系统，改善桥塔抗震性能，协调匹配桥梁各构件的刚度，主动消耗地震能量，以达到提高全桥的综合抗震性能的目的，从而拓展了高烈度区地震区大跨径悬索桥采用钢筋混凝土桥塔的领域。

本发明技术解决技术问题所采用的技术方案如下：

（1）如图1所示，在主跨跨中设置3对中央扣，以尽量分散中央扣作用于主梁的集中力；同时在塔梁间设置纵向粘滞阻尼器。基于延性的抗震设计理念，采用耗能杆件作为中央扣的主体构件，耗能杆件是一种位移相关型消能器，例如各种形式的防屈曲支撑杆件，具有稳定饱满的滞回耗能性能，要求其在受拉受压时都能达到全截面屈服，支撑受压承载力与受拉承载力相当，从而充分发挥钢材的滞回耗能作用。组合采用阻尼器+耗能型中央扣的有益效果是解决桥梁纵向抗震问题，静力荷载和e1地震作用下，中央扣处于弹性状态，向主体结构提供足够刚度，从而保证结构满足正常作用要求；在e2地震作用下，中央扣耗能杆件和粘滞阻尼器耗散地震中大部分的能量，并迅速衰减结构动力反应，保护主体结构不出现塑性。相对于单独使用中央扣而言，两者的组合使用既可以降低中央扣及加劲梁的应力峰值，又能充分利用无中央扣时地震作用下主梁受力较富裕的特性，加强缆梁塔的耦合作用从而改善索塔抗震性能。通过对主梁与索塔在地震需求和结构能力两者之间的合理匹配，可达到物尽其用、经济合理的目的。采用此技术可减少桥塔纵向地震力达25%以上。

（2）如图9-图11所示，横梁采用波形钢腹板与预应力混凝土顶底板的组合结构，在这一结构中用波形钢腹板取代了通常的混凝土箱形梁的混凝土腹板，从而使横梁自重减轻，由于波形钢腹板的褶皱效应，大大减小了横梁的轴向和弯曲刚度。由这些特点衍生出了桥塔抗震性能好、施工简便、经济性较好等一系列优点。

采用组合横梁的有益效果是解决桥梁横向抗震问题，将组合设计思想引入桥塔横梁设计中，充分利用了波形钢腹板与预应力混凝土顶底板两者的结构特点和受力特征，塔柱—横梁连结构造也得以大大简化，克服了混凝土横梁和钢横梁在抗震方面存在的不足。桥塔横向作为框架结构，抗震设计的思路是“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件”，对于砼横梁无法实现强柱弱梁、强剪弱弯，钢横梁无法实现强节点弱构件（钢砼结合部受力难以通过），波形钢腹板组合箱形横梁的抗弯刚度较低，而抗剪能力则较强，因此真正实现了上述的抗震理念，是高烈度地震区大跨径悬索桥桥塔理想的横向联结方式。采用此技术可减少桥塔横向地震力达20%以上。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。