预应力筋可更换的双柱式预制摇摆桥墩多重减震结构体系

1.本实用新型涉及桥梁领域，尤其是涉及一种预应力筋可更换的双柱式预制摇摆桥墩多重减震结构体系。


背景技术：

2.预制桥墩是桥梁快速施工中新的研究热点，但其整体性差，构件的抗震性能较弱，在历次大地震中震害严重。采用减隔震支座可以有效降低桥墩的动力响应，但是在强震作用下存在墩梁位移失控的问题。现有技术人员通过研究采用摇摆－自复位新型桥梁墩柱体系，验证了在预应力作用下，桥墩能够通过摇摆降低地震响应，并在地震后具备自复位功能，但是这些研究多数基于单墩试验，摇摆桥墩应用到实际工程还需要解决几个问题。首先，作为关键构件的无粘结预应力筋非常关键，现有的预应力在桥墩内通常采用高强螺纹钢筋直束布置或钢绞线u型束布置，预应力张拉对施工空间要求较高，后者预应力束的弯曲半径对桥墩尺寸有很高的限制。其次，预应力筋存在松弛现象，会带来预应力损失，严重影响摇摆-自复位桥墩的性能。此外，对摇摆－自复位结构开展的研究大多针对单墩或墩梁节点，针对双柱墩体系进行的研究工作较少。然而为解决城市交通拥堵问题，以双柱式桥墩作为主要承重构件的高架桥在城市桥梁建设中占有较大比重，双柱墩的减震问题也亟待考虑。最后，目前提出的摇摆体系都不涉及支座，墩梁常常采用剪力键连接或者固接，不适用于装配式小箱梁或t梁的情形，单纯采用摇摆体系同样存在强震作用下墩底摇摆角过大稳定性不足的隐患。综上所述，目前的减隔震支座体系和预制摇摆桥墩体系均不能够满足一些实际工程的抗震要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预应力筋可更换的双柱式预制摇摆桥墩多重减震结构体系。
4.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
5.一种预应力筋可更换的双柱式预制摇摆桥墩多重减震结构体系，包括上部桥体、承台、多个锚垫板、两个预制桥墩、多个预应力钢束和多个桩基，所述的桩基的顶面与承台的底面固定连接，所述的预制桥墩竖直设于承台上，所述的预制桥墩的顶面与上部桥体的底面固定连接，
6.所述的锚垫板预埋于预制桥墩的中部，所述的锚垫板的端部伸出预制桥墩形成锚固位，所述的锚固位下方设有多个竖直预应力管道，所述的承台内设有多个转向预应力管道，所述的竖直预应力管道与转向预应力管道首尾连通形成u型预应力管道，所述的预应力钢束的一端与一个锚垫板的锚固位固定连接，另一端依次穿过竖直预应力管道、转向预应力管道、竖直预应力管道后与另一个锚垫板的锚固位固定连接，所述的预制桥墩与承台的接触面间形成摇摆界面。
7.优选地，所述的结构体系还包括剪力销，所述的剪力销设于预制桥墩与承台的接
触面间，所述的承台的顶面设有剪力销孔，所述的剪力销的顶部与预制桥墩连接，所述的剪力销的底部设于剪力销孔内。
8.优选地，所述的结构体系包括四个预应力钢束，所述四个预应力钢束的端部分别与锚垫板的锚固位连接。
9.优选地，所述的锚固位开设有预应力穿孔，所述的预应力钢束的端部向上穿过预应力穿孔后与锚垫板锚固连接。
10.优选地，所述的预应力钢束为无粘结预应力钢束。
11.优选地，所述的结构体系还包括防护罩，所述的防护罩罩设于锚固位上。
12.优选地，所述的上部桥体包括主梁、预制盖梁，所述的预制盖梁的底面分别与两个预制桥墩的顶面固定连接，所述的主梁设于预制盖梁上。
13.优选地，所述的上部桥体还包括拉索减震支座，所述的拉索减震支座设于主梁、预制盖梁间。
14.优选地，所述的拉索减震支座包括支座顶板、支座底板、支座芯体和多个拉索，所述的支座芯体的顶面与支座顶板固定连接，所述的支座芯体的底面与支座底板固定连接，所述的拉索的一端与支座顶板的侧面固定连接，另一端与支座底板的侧面固定连接。
15.优选地，所述的预制桥墩为钢筋混凝土结构，所述的预制桥墩包括竖直设置的钢筋、箍设于钢筋周侧的箍筋和浇灌后形成混凝土主体。
16.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
17.1)本实用新型基于拉索减震支座、并设置摇摆界面配合实现多重减震效果，确保结构体系具有足够强度和刚度的前提下，降低结构承受的地震作用，并提供有效耗能能力和自复位能力，可解决传统双柱式桥墩结构体系在地震作用后损伤破坏严重、残余变形大的问题，有效应用于双柱墩的桥梁场景，随着地震强度增加，本实用新型能通过拉索减震支座进行减震、并通过摇摆界面使桥墩进入摇摆状态进行多重减震，有效提高减震效果，提高桥梁的抗震性能并易于震后修复，而且扩大了拉索减震支座和摇摆桥墩的应用范围，施工难度低，经济效益好；
18.2)本实用新型设置墩外的u型预应力钢束，设于预制桥墩侧面、承台内，降低对桥墩尺寸的要求，不用在预制桥墩内通长配筋，减少钢束用量，不增加桥墩的占地宽度，不影响高架桥下道路通行空间的利用，设置在桥墩两侧，便于施工、检修、补张拉以及更换。
附图说明
19.图1为本发明的横桥向侧面示意图；
20.图2为本发明的纵桥向侧面示意图；
21.图3为本发明的预制摇摆桥墩剖面结构示意图；
22.图4为本发明的拉索减震支座的结构示意图。
23.其中，1、主梁，2、拉索减震支座，21、支座顶板，22、支座底板，23、支座芯体，24、拉索，3、预制盖梁，4、预制桥墩，5、剪力销，6、承台，7、预应力钢束，8、摇摆界面，9、防护罩，10、锚垫板，11、桩基，12、钢筋，13、混凝土，14、箍筋，15、竖直预应力管道，16、转向预应力管道。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。
25.实施例
26.为了解决双柱式预制桥墩4抗震能力不足，摆桥墩体系和减隔震支座体系不能完全满足抗震要求的问题，本实用新型提供一种预应力筋可更换的双柱式预制摇摆桥墩多重减震结构体系，可以确保结构体系具有足够强度和刚度的前提下，降低结构承受的地震作用，并提供有效耗能能力和自复位能力，可解决传统双柱式桥墩结构体系在地震作用后损伤破坏严重、残余变形大的问题，并且本发明中的u型预应力束施工方便，对墩柱尺寸没有太大要求，且震后方便检测，快速维修更换，实现抗震韧性。
27.具体地，如图1～3所示，本实用新型的结构体系包括上部桥体、承台6、剪力销5、多个锚垫板10、两个预制桥墩4、多个预应力钢束7、多个桩基11。主体结构上，桩基11的顶面与承台6的底面固定连接，预制桥墩4竖直设于承台6上，预制桥墩4的顶面与上部桥体的底面固定连接，本实施例中预应力钢束7采用无粘结预应力钢束，预制桥墩4为钢筋混凝土结构，预制桥墩4包括竖直设置的钢筋12、箍设于钢筋12周侧的箍筋14和浇灌后形成混凝土13主体，本实施例中，预制桥墩4的截面为矩形，也可以根据实际情况选取圆形等其他形状。
28.具体地，为了实现预应力钢束7的可更换安装，锚垫板10预埋于预制桥墩4的中部，锚垫板10的端部伸出预制桥墩4形成锚固位，锚固位下方设有多个竖直预应力管道15，承台6内设有多个转向预应力管道16，转向预应力管道16的两端设于承台6的上表面，转向预应力管道16的主体在承台6内转向形成转角，竖直预应力管道15与转向预应力管道16首尾连通形成u型预应力管道，预应力钢束7的一端与一个锚垫板10的锚固位固定连接，另一端依次穿过竖直预应力管道15、转向预应力管道16、竖直预应力管道15后与另一个锚垫板10的锚固位固定连接，预制桥墩4与承台6的接触面间形成摇摆界面8，剪力销5设于预制桥墩4与承台6的接触面间，承台6的顶面设有剪力销孔，剪力销5的顶部与预制桥墩4连接，剪力销5的底部设于剪力销孔内。
29.另外，本实施例中设置四个预应力钢束7，对应安装四套u型预应力管道，设置八个锚垫板10，锚固位开设有预应力穿孔，四个预应力钢束7的两端分别两个预制桥墩4墩身侧面的锚垫板10的锚固位对应连接，连接方式为预应力钢束7的端部向上穿过预应力穿孔后与锚垫板10锚固连接。
30.本实施例中，为了对预制桥墩4外的预应力钢束7进行保护，结构体系还包括防护罩9，防护罩9罩设于锚固位上。
31.基于上述预应力钢束7的安装方式、结构形式，从设计、施工方面来看，本实用新型提出的结构体系可以扩大后张预应力连接桥墩的应用范围，而并没有增加额外的设计、施工难度，具有工程可行性，主要体现在以下几点：
32.1、u型的预应力钢束7的两端分别锚固在两个预制桥墩4内，转角曲率半径较大，可减少预应力损失，降低对预制桥墩4尺寸的要求；
33.2、u型的预应力钢束7锚固在预制桥墩4的墩身底部两侧，不用在预制桥墩4内通长配筋，减少钢束用量；
34.3、u型的预应力钢束7锚固在墩身两侧，不增加预制桥墩4的占地宽度，不影响高架桥下道路通行空间的利用；
35.4、桥墩与承台6采用的剪力销5等方面的技术较为成熟，并不会额外增加施工难度。
36.另外，如图1、4所示，为了提高本实用新型的抗震性能，上部桥体包括主梁1、预制盖梁3、拉索减震支座2，预制盖梁3的底面分别与两个预制桥墩4的顶面固定连接，主梁1设于预制盖梁3上，拉索减震支座2设于主梁1、预制盖梁3之间。具体地，拉索减震支座2包括支座顶板21、支座底板22、支座芯体23和多个拉索24，支座芯体23的顶面与支座顶板21固定连接，支座芯体23的底面与支座底板22固定连接，拉索24的一端与支座顶板21的侧面固定连接，另一端与支座底板22的侧面固定连接。本实施例的主梁1采用小箱梁结构，在本实用新型的其他实施方式中，也可以是t梁、整体箱梁等形式。
37.为了提高拉索减震支座2的性能，拉索24自由行程可以根据允许的墩梁位移得到，减震支座芯体23可以采用铅芯支座、摩擦摆支座、组合橡胶支座等，根据实际工程确定。
38.本实用新型的工作原理为：
39.在正常使用状态，采用拉索减震支座2可以释放温度位移，可满足正常使用状态温度变化引起的变形需求，减小预制桥墩4内力。
40.在小震、中震作用下，拉索减震支座2屈服降低地震响应，主梁1位移主要由拉索减震支座2提供，减小传至下部结构的水平惯性力，桥墩保持弹性。
41.随着地震强度增大，拉索减震支座2位移增大至拉索24自由行程，拉索24拉紧，拉索减震支座2位移不再增长，限制墩梁位移进一步发展，避免墩梁位移过大引起的梁体碰撞、伸缩缝损坏甚至落梁破坏等问题；拉索24拉紧引起下部结构内力增大，直至墩底弯矩超过临界弯矩，使得桥墩进入摇摆状态，进一步延长桥梁结构周期，隔绝地震能量的输入，从而实现了多重减震功能。
42.地震作用后可以通过预应力筋和结构自重提供复位能力，减小残余位移。桥墩墩身基本保持弹性，拉索减震支座2复位简单，锚固在墩身的u型无粘结预应力钢束的检测、补张拉和更换也很方便，因此实现了震后快速修复。本实用新型在正常使用状态和地震作用下均有良好的工作性能，值得在实际工程中推广使用。
43.上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。