一种基于不倒翁原理的摇摆桥墩

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种基于不倒翁原理的摇摆桥墩。


背景技术：

2.桥梁在我国交通运输中起着关键作用，地震后桥梁的快速恢复应用，为迅速打通抗震救灾的生命线提供了保障；摇摆式桥墩可将地震损伤控制在摇摆界面以避免主体结构被破坏，具有较好的抗震性能和自复位能力，因此在提高结构震后恢复能力方面具有显著优势；然而目前的摇摆自复位桥墩存在一些问题：(1)在地震作用下，通过摇摆界面的提离闭合实现桥墩的摇摆，摆动过程中摇摆界面混凝土受力挤压，因此容易将接触面混凝土压碎，不便于震后快速恢复，增大了维修的难度；(2)地震作用下摇摆界面往往位移过小，耗能装置变形小，耗能能力严重不足；(3)现有摇摆桥墩由无粘结预应力钢筋连接成整体，在安装和使用过程中预应力钢筋容易发生松弛影响桥墩的自复位能力，存在严重的安全隐患。


技术实现要素：

3.为解决现有摇摆桥墩中存在的在地震作用下结构耗能能力不足、摇摆界面易被压碎、摇摆桥墩自复位能力不足的问题，本发明提出的技术方案为：一种基于不倒翁原理的摇摆桥墩，包括桥墩和承台，承台由上摆和下摆组成，承台的上摆的底部为圆弧形凸面，承台的下摆的顶部为圆弧形凹面，圆弧形凸面安装圆弧形凹面上；桥墩与承台的上摆浇筑成整体，整体为下部宽大上部细长；所述桥墩和承台的中心均开设有pvc预留孔道一，所述pvc预留孔道一内安装有无粘结预应力钢筋，所述无粘结预应力钢筋用于将桥墩和承台连接在一起；所述上摆和下摆之间通过耗能钢筋连接，所述圆弧形凸面和圆弧形凹面组成摇摆面。
4.进一步地，所述圆弧形凹面和圆弧形凸面之间设置有间隙，间隙内填充有高阻尼橡胶。
5.进一步地，所述圆弧形凹面的半径大于圆弧形凸面的半径。
6.进一步地，所述上摆和下摆上均对应地设置有pvc预留孔道二，所述耗能钢筋安装在pvc预留孔道二内，所述pvc预留孔道二和耗能钢筋均设置有多个，所述pvc预留孔道二和耗能钢筋均成圆环状分布在承台上。
7.进一步地，所述无粘结预应力钢筋的上端与桥墩顶部连接，所述无粘结预应力钢筋的下端与承台下摆连接，所述耗能钢筋的上端通过高强螺栓与承台的上摆连接，所述耗能钢筋的下端通过自锁式单向螺栓与承台下摆的底部连接，所述耗能钢筋分布在承台的两侧。
8.进一步地，所述无粘结预应力钢筋的底部设置有预应力钢筋固定端锚具，所述无粘结预应力钢筋的顶部设置有预应力钢筋张拉端锚具。
9.进一步地，所述桥墩顶部设置有凹槽一，所述下摆底部设置有凹槽二和多个凹槽三，所述无粘结预应力钢筋的上端安装在凹槽一内，所述无粘结预应力钢筋的下端安装在凹槽二内，所述耗能钢筋的下端安装在凹槽三内。
10.进一步地，所述凹槽一内设置有相匹配的钢垫板一，所述凹槽二内设置有相匹配的钢垫板二，所述凹槽三内设置有相匹配的钢垫板三。
11.本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明将摇摆面设置在承台中间，耗能钢筋布置在承台的两侧，与传统摇摆结构相比，本发明耗能钢筋可以产生足够大的变形，有效地解决了现有的摇摆结构耗能装置耗能不足的问题；(2)普通摇摆桥墩的摇摆面是两个平面相接，在摇摆过程中接触面积减小容易造成接触面混凝土被压碎，本发明通过两个圆弧构成的接触面增大了接触面积，能够有效防止混凝土被压碎，间隙处采用高阻尼橡胶填充能够减小桥墩底部的接触刚度，在桥墩受到强震作用发生摇摆时，能够减小接触面局部混凝土的损伤，起到耗散部分地震能量的作用；(3)本发明通过桥墩与承台组成的不倒翁体系结构，能够利用自身重力产生自复位能力，圆弧的接触面设计能够使桥墩在摇摆后回复初始位置，能够消除桥梁结构在震后的残余变形，有效解决了无粘结预应力钢筋因预应力损失导致张拉力不足，进而导致震后桥梁残余位移过大从而影响正常使用的问题；(4)在地震作用后，将pvc预留孔道里屈服的耗能钢筋进行拆除更换，在更换过程中不影响桥梁结构的正常使用，有利于桥梁抗震能力的快速恢复。
附图说明
12.图1为本发明整体结构示意图。
13.附图标记：1-下摆；2-上摆；3-桥墩；4-无粘结预应力钢筋；5-高阻尼橡胶；6-pvc预留孔道一；7-耗能钢筋；8-凹槽三；9-凹槽二；10-凹槽一；101-圆弧形凹面；201-圆弧形凸面。
具体实施方式
14.下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
15.实施例：如图1所示的一种基于不倒翁原理的摇摆桥墩，包括桥墩3和承台，承台由上摆2和下摆1组成，承台的上摆2的底部为圆弧形凸面201，承台的下摆1的顶部为圆弧形凹面101，圆弧形凸面201安装圆弧形凹面101上；桥墩3与承台的上摆2浇筑成整体，整体为下部宽大上部细长；桥墩3和承台的中心均开设有pvc预留孔道一6，pvc预留孔道一6内安装有无粘结预应力钢筋4，无粘结预应力钢筋4用于将桥墩3和承台连接在一起；上摆2和下摆1之间通过耗能钢筋7连接，圆弧形凸面201和圆弧形凹面101组成摇摆面；圆弧形凹面101和圆弧形凸面201之间设置有间隙，间隙内填充有高阻尼橡胶5；圆弧形凹面101的半径大于圆弧形凸面201的半径。
16.上摆2和下摆1上均对应地设置有pvc预留孔道二，耗能钢筋7安装在pvc预留孔道二内，pvc预留孔道二和耗能钢筋7均设置有多个，pvc预留孔道二和耗能钢筋7均成圆环状分布在承台上；无粘结预应力钢筋4的上端与桥墩3顶部连接，无粘结预应力钢筋4的下端与承台的下摆1连接，耗能钢筋7的上端通过高强螺栓与承台的上摆2连接，耗能钢筋7的下端通过自锁式单向螺栓与承台的下摆1的底部连接，耗能钢筋7分布在承台的两侧；无粘结预应力钢筋4的底部设置有预应力钢筋固定端锚具，无粘结预应力钢筋4的顶部设置有预应力钢筋张拉端锚具。
17.桥墩3顶部设置有凹槽一10，下摆1底部设置有凹槽二9和多个凹槽三8，无粘结预应力钢筋4的上端安装在凹槽一10内，无粘结预应力钢筋4的下端安装在凹槽二9内，耗能钢筋7的下端安装在凹槽三8内；凹槽一10内设置有相匹配的钢垫板一，凹槽二9内设置有相匹配的钢垫板二，凹槽三8内设置有相匹配的钢垫板三。
18.本发明的工作原理为：将桥梁固定安装在桥墩3上，在正常使用状态下，由于承台的上摆2宽大，承台的上摆2和下摆1接触面之间用高阻尼橡胶5填充，保证了桥墩3在正常使用过程中的稳定性，当桥梁受到轻微的震动时，在桥梁重力和无粘结预应力钢筋4的约束下，高阻尼橡胶5不会压缩，桥梁能够保持稳定状态。
19.在受到小震动时，通过无粘结预应力钢筋4和耗能钢筋7将桥墩3和承台连接在一起，保证了结构的整体性，通过桥梁自身的重力来保持稳定。
20.在受到大震动时，通过无粘结预应力钢筋4和耗能钢筋7将桥墩3和承台连接在一起，同时上摆2和下摆1之间设置成留有空隙的圆弧形，降低了接触刚度的同时便于摇摆；接触面之间设置有高阻尼橡胶5，既降低了对接触面的冲击力，减缓了接触面上的混凝土损坏，又可以消耗一定的震动能量；在桥墩3发生倾斜时，耗能钢筋7消耗掉大部分的地震能量，由于桥墩3和承台2组成了类似不倒翁的结构体系，桥墩3和承台2组成的结构利用不倒翁的原理进行自复位，搭配无粘结预应力钢筋4和桥梁自身重力提供的恢复力，极大地提高了桥梁的自复位能力，减小了震后桥梁的残余位移。