一种新型圆钢管桥墩的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及土木工程领域钢桥墩耗能结构形式，具体指一种根部设置防屈曲耗能壳体的圆钢管桥墩，属于桥梁工程中钢桥墩技术领域。
【背景技术】
[0002]国内外历次震害经验表明，桥梁在地震作用下是易损的。桥墩是桥梁结构的主要承重结构，其损坏与否对桥梁结构整体的损伤乃至破坏起着举足轻重的作用。桥墩的严重破坏可能引起桥梁的倒塌，且在震后难以及时修复使用，给震后抢险救灾带来麻烦，造成的损失往往十分巨大。
[0003]现阶段，国内外的桥墩一般都采用钢筋混凝土结构形式，这种形式的桥墩抗压性能好，但延性差，在历次地震中都遭受严重破坏。混凝土桥墩的破坏主要源于设计和构造两方面的缺陷:1)桥墩抗弯设计不足，主要是横向约束箍筋配置不足等；2)桥墩设计抗剪强度不足，致使剪切破坏先于延性的弯曲破坏。为了弥补钢筋混凝土桥墩的缺陷，提高桥梁的抗震性能，在一些地震多发地区，如美国、日本、以及我国的台湾地区，已逐渐采用钢桥墩作为下部支撑结构。与钢筋混凝土桥墩相比，钢桥墩不仅具有良好的抗震性能，还具有自重轻、占地少、施工快捷方便、震后易修复等优点。在探索新的桥墩结构形式过程中，圆钢管桥墩在各个方向均有较好的抗弯性能，具有抗压能力强、外观美观等优点，已成为颇有发展潜力的结构形式之一。但在实际地震中圆钢管桥墩根部壳板易发生局部屈曲变形，致使圆钢管桥墩的延性和耗能能力急剧恶化。
[0004]耗能减震技术是一种有效、安全、经济的工程减震技术，这项技术已日渐成熟，是一种极具发展前景的抗震措施。低屈服点钢的力学特点是屈服强度低，屈服应变小，强度稳定，变形能力强。低屈服点钢有非常强的耗能能力，并且有很长的低周循环疲劳寿命，可焊性好等优点。用低屈服点钢材制成的耗能装置可减少中震后的修复工作，并能显著降低大震下结构的损伤。因此低屈服点钢的应用成为增强结构变形耗能的一个重要途径。我国用于建筑抗震领域的低屈服点钢，现已开发出屈服强度为lOOMPa、160MPa、225MPa三种级别。这为我国开展低屈服点钢在建筑耗能减震领域的应用研宄提供了必要的物质基础条件。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种抗震性能好、便于震后损伤检测及快速修复的新型圆钢管桥墩。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种新型圆钢管桥墩，包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体、横隔板、防屈曲耗能壳体和底板；上述防屈曲耗能壳体的外形呈与上述圆钢管桥墩本体的形状相吻合的中空圆柱形，上述防屈曲耗能壳体包括若干块高强钢弧形板和若干块低屈服点钢弧形板，上述高强钢弧形板与上述低屈服点钢弧形板交替分布围成上述防屈曲耗能壳体，上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间可拆卸连接在一起，且上述低屈服点钢弧形板的外表面与上述高强钢弧形板的外表面相切；每一上述低屈服点钢弧形板的内外两侧还分别锁固有内约束弧形钢板和外约束弧形钢板，上述内、外约束弧形钢板的弧度与上述低屈服点钢弧形板的弧度相同。
[0008]上述高强钢弧形板的高度是上述圆钢管桥墩本体横截面直径的1.0-1.2倍；上述高强钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8 ;上述高强钢弧形板的厚度/fs，式中，4为上述圆钢管桥墩本体的壁板的屈服强度；为上述圆钢管桥墩本体的壁板的厚度；?.β为上述高强钢弧形板的材料屈服强度。
[0009]上述低屈服点钢弧形板的横截面弧长为上述圆钢管桥墩本体横截面周长的1/8，上述低屈服点钢弧形板与上述横隔板和桥墩下部基础顶面之间均留有20mm-30mm距离。
[0010]上述低屈服点钢弧形板与上述高强钢弧形板之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起；或者，上述低屈服点钢弧形板、上述内约束弧形钢板、上述外约束弧形钢板和上述高强钢弧形板四者之间采用高强摩擦型螺栓连接在一起。
[0011]上述低屈服点钢弧形板与上述内、外约束弧形钢板之间通过穿透三者的螺栓或预应力螺栓连接；上述内、外约束弧形钢板上开有椭圆型孔以便螺栓穿过且有足够的滑移空间。
[0012]采用上述方案后，本发明具有以下优点和积极效果:
[0013](I)充分发挥高强钢的材料力学性能。高强钢弧形板具有较大的极限弹性应变值，为低屈服点钢弧形板的屈服耗能提供保证；且高强钢弧形板起到受力骨架作用，可提供足够的承载能力和刚度。
[0014](2)充分发挥低屈服点钢的剪压屈服耗能能力。通过在低屈服点钢弧形板的内外两侧表面加设弧形约束钢板的形式，可以有效防止薄壁低屈服点钢弧形板发生弯曲屈曲，形成合理的受力区格，充分发挥低屈服点钢弧形板剪压屈服耗能能力。
[0015](3)震后可快速检测评定圆钢管桥墩的抗震性能，迅速修复补强圆钢管桥墩的抗震能力，确保作为生命线工程的桥梁保持畅通，对震后紧急救援和灾后重建具有至关重要作用。
[0016](4)施工工期短，施工快捷。圆钢管桥墩各部件，包括低屈服点钢弧形板、横隔板等均可在工厂内加工制作，现场仅需吊装。对于城市交通流量大的路段，采用此圆钢管桥墩可大幅缩短交通管制时间，也可以大大加快地震与突发事故后的道路修复速度。
[0017](5)本发明提供的新型圆钢管桥墩具有抗震性能好、延性高、耗能能力强等优点。
【附图说明】
[0018]图1为本发明新型圆钢管桥墩的立面示意图。
[0019]图2为本发明中防屈曲耗能壳体的第一种结构的横截面示意图。
[0020]图3为本发明中低屈服点钢弧形板与内、外约束弧形钢板的连接示意图。
[0021]图4为本发明中横隔板的结构示意图。
[0022]图5为本发明中底板的结构示意图。
[0023]图6为本发明中防屈曲耗能壳体第二种结构的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0025]本发明提供一种新型圆钢管桥墩，如图1所示，包括从上到下依次焊固在一起的圆钢管桥墩本体100、横隔板200、防屈曲耗能壳体300和底板400。
[0026]防屈曲耗能壳体300的外形呈与圆钢管桥墩本体100的形状相吻合的中空圆柱形，横隔板200为与圆钢管桥墩本体100外形相吻合的圆形板，圆钢管桥墩本体100和防屈曲耗能壳体300通过横隔板200焊固在一起，横隔板200可保证圆钢管桥墩本体100与防屈曲耗能壳体300传力顺畅，形成整体共同抵抗外部荷载作用；为减轻自重和方便使用阶段检修维护，如图4所示，横隔板200中间设置圆形孔洞21。
[0027]如图2所示，防屈曲耗能壳体300包括若干块高强钢弧形板31和若干块低屈服点钢弧形板32，各高强钢弧形板31与各低屈服点钢弧形板32交替分布围成中空圆柱形的防屈曲耗能壳体300。低屈服点钢弧形板32与高强钢弧形板31可拆卸连接在一起，且低屈服点钢弧形板32的外表面与尚强钢弧形板31的外表面相切。具体地:尚强钢弧形板31外侧壁的两侧端部上分别凹设有沿低屈服点钢弧形板32的高度方向延伸的，并供低屈服点钢弧形板32的侧端部叠设于内的安装凹陷，低屈服点钢弧形板32的侧端部通过若干高强摩擦型连接螺栓500锁固在此安装凹陷内。连接螺栓500由螺杆、螺母、钢垫片组成，为防止长期使用过程中连接螺栓松动，采用双螺帽连接形式。
[0028]高强钢弧形板31的高度是圆钢管桥墩本体100横截面直径的1.0-1.2倍；高强钢弧形板31的横截面弧长为圆钢管桥墩本体100横截面周长的1/8 ;高强钢弧形板31的厚度、=2f# /fs，式中，f||为圆钢管桥墩本体100的壁板的屈服强度；t#为圆钢管桥墩本体100的壁板的厚度Js为高强钢弧形板31的材料屈服强度(采用390MPa、420MPa或460MPa