一种消能自复位桥墩节点结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种消能自复位桥墩节点结构，包括桥梁墩柱和桥台，桥梁墩柱的底端和桥台的顶面为分体结构；嵌合式上接头的上摩擦凸面与嵌合式下接头的下摩擦凹面接触配合形成桥墩节点，将桥梁墩柱和桥台配合安装在一起实现消能自复位。结构受荷时的最大弯矩可以达到整体固连设计的墩柱端部截面的屈服弯矩，因此有效保证了结构整体抗弯刚度不下降。嵌入式的接头设计有助于墩柱施工定位接合，限制了横向位置增强体系稳定性；提供了更为可靠的横向剪力传递机制，保护了高张拉应力状态下的预应力钢束不会在墩柱端面与基础顶面的横向错动中遭受破坏。
【专利说明】
一种消能自复位桥墩节点结构
技术领域
[0001]本实用新型属于桥梁工程领域，涉及桥墩节点结构，具体涉及一种消能自复位桥墩节点结构。
【背景技术】
[0002]在地震防灾体系中，桥梁系统为重要的生命线，连结维护生命财产安全所需的许多重要建筑物，如医院、消防站、学校和公共避难场所等，扮演交通枢纽的角色。因此，在地震作用下，桥梁系统需维持应有的运输功能。若桥梁于地震中受损而丧失交通运输功能，除了造成生命伤亡与财产损失外，也将影响救灾重建工作。因而有必要提出新的桥梁设计理念，既方便施工又经济安全，而且在强烈地震作用下桥梁毫无损伤，以满足地震灾后的运输需求。目前传统桥梁抗震设计为延性设计和隔震设计。在延性设计理论中，桥梁结构系统根据强梁弱柱原则来设计，以桥墩塑性铰的延性来消耗地震能量。借助塑铰区钢筋屈服与混凝土的滞回变形达到所需的延性。然而，这些非弹性变形在地震过后也将造成永久残余变形。残余变形所造成的轻微损坏或许可以修复但修复后的桥墩承载力很难预测。而严重损坏的桥梁则需重建，这既费时耗力又使交通瘫痪。而隔震设计的主要原理为延长结构体系的自振周期以隔离地震能量，再将输入的地震能量用消能装置吸收，以降低主结构体的地震需求，使桥梁免于地震损害。这些隔减震构件大都安置于桥墩顶端，即上下部结构的交接处，但是隔震元件造价比较昂贵，且施工安装不太方便。在大震中，现在的设计方法虽然保证了桥墩的不倒，但其残余变形大，承载力性能难以保证，不能满足继续使用的功能。又因桥墩在桥梁结构抗震中的作用决定了桥墩现在还不能采用“硬碰硬”的方式来抵抗地震作用，故提出既能确保桥墩在地震作用后有可以接受的残余变形，使得桥梁结构基本无损伤，震后可以维持原有功能，又可以减少或者不使用昂贵的隔震元件并保证结构稳定安全的新型自复位消能结构的需求非常迫切。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种消能自复位桥墩节点结构，解决桥梁在经过地震后，残余变形大，承载力性能难以保证，不能满足继续使用的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现:
[0005]一种消能自复位桥墩节点结构，包括桥梁墩柱和桥台，桥梁墩柱的底端和桥台的顶面为分体结构；
[0006]所述的桥梁墩柱底端预埋有凸出桥梁墩柱底端的嵌合式上接头，所述的嵌合式上接头包括埋入桥梁墩柱底端的上固定件，上固定件上固结有上摩擦凸面，上摩擦凸面凸出桥梁墩柱底端；
[0007]所述的桥台内预埋有凹入桥台顶面的嵌合式下接头，所述的嵌合式下接头包括埋入桥台内的下钢板，下钢板通过竖向角钢与下摩擦凹面固定连接，下摩擦凹面凹入桥台顶面；
[0008]嵌合式上接头的上摩擦凸面与嵌合式下接头的下摩擦凹面接触配合形成桥墩节点，将桥梁墩柱和桥台配合安装在一起实现消能自复位。
[0009]本实用新型还包括如下区别技术特征:
[0010]所述的嵌合式上接头采用球入式上接头，所述的嵌合式下接头采用球入式下接头。
[0011]所述的桥梁墩柱的外壁上预制有连接耳座，桥台的顶面上预制有连接板，连接板上固结有连接底座，粘滞阻尼器的一端与连接耳座相连，粘滞阻尼器的另一端与连接底座相连。
[0012]所述的桥梁墩柱内预制有纵筋及箍筋。
[0013]所述的连接耳座与纵筋及箍筋固结在一起，所述的连接板与摩擦凹面一体化固结在一起。
[0014]所述的桥梁墩柱和桥台中还打孔预制有无粘结预应力钢筋，所述的无粘结预应力钢筋贯穿嵌合式上接头和嵌合式下接头。
[0015]所述的无粘结预应力钢筋的一端锚接在桥梁墩柱的顶端上，无粘结预应力钢筋的另一端锚接在桥台的底面上。
[0016]所述的无粘结预应力钢筋的一端锚接在桥梁墩柱的顶端上，无粘结预应力钢筋的另一端焊接在桥台内的下钢板上。
[0017]本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果:
[0018](I)本实用新型设计应用灵活，墩柱高度较小的情况下采用贯穿式的预应力施加方式;墩身高度大，则采用柱端局部式来施加无粘接预应力钢筋，限制墩柱节点预应力钢束仅分布在局部墩身。局部式施加预应力降低了对墩柱稳定性的要求，对墩柱高度变化不敏感，适用性更强。
[0019]( Π )墩柱节点端部接头可采用高性能钢材制作，满足端部接头接触不均匀的局部承压要求，避免混凝土接头的局部压溃导致的预设变形机制失效，同时增强施工的便利性。
[0020](m)合理设计后，结构受荷时的最大弯矩可以达到整体固连设计的墩柱端部截面的屈服弯矩，因此有效保证了结构整体抗弯刚度不下降。
[0021](IV)嵌入式的接头设计有助于墩柱施工定位接合，限制了横向位置增强体系稳定性;提供了更为可靠的横向剪力传递机制，保护了高张拉应力状态下的预应力钢束不会在墩柱端面与基础顶面的横向错动中遭受破坏。
[0022](V)嵌合式接头接触面采用摩擦消能以及分布在墩柱外侧四周或两端的附加粘滞阻尼器滞回消能保证了截面具有足够的延性耗能能力。
[0023](VI)本实用新型的自复位消能桥墩受力明确，结构合理，震后残余变形小，震后弹性承载力基本不下降，能够很好的满足对桥梁结构抗震性能的更高要求。
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型的整体结构示意图。
[°°25]图2是图1的A-A截面结构示意图。
[0026]图3是桥台的结构示意图。
[0027]图中各个标号的含义为:1-桥梁墩柱，2-桥台，3-嵌合式上接头，(3-1)-上固定件，(3-2)-上摩擦凸面，4-嵌合式下接头，(4-1)-下钢板，(4-2)竖向角钢，(4-3)-下摩擦凹面，5-连接耳座，6-连接板，7-连接底座，8-粘滞阻尼器，9-纵筋及箍筋，I O-无粘结预应力钢筋。
[0028]以下结合附图对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。
【具体实施方式】
[0029]以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。
[0030]实施例:
[0031]遵从上述技术方案，如图1至图3所示，本实施例给出一种消能自复位桥墩节点结构，包括桥梁墩柱I和桥台2，桥梁墩柱I的底端和桥台2的顶面为分体结构；
[0032]所述的桥梁墩柱I底端预埋有凸出桥梁墩柱I底端的嵌合式上接头3，所述的嵌合式上接头3包括埋入桥梁墩柱I底端的上固定件3-1，上固定件3-1上固结有上摩擦凸面3-2，上摩擦凸面3-2凸出桥梁墩柱I底端；
[0033]所述的桥台2内预埋有凹入桥台2顶面的嵌合式下接头4，所述的嵌合式下接头4包括埋入桥台2内的下钢板4-1，下钢板4-1通过竖向角钢4-2与下摩擦凹面4-3固定连接，下摩擦凹面4-3凹入桥台2顶面；
[0034]嵌合式上接头3的上摩擦凸面3-2与嵌合式下接头4的下摩擦凹面4-3接触配合形成桥墩节点，将桥梁墩柱I和桥台2配合安装在一起实现消能自复位。
[0035]嵌合式上接头3采用球入式上接头，所述的嵌合式下接头4采用球入式下接头。
[0036]桥梁墩柱I的外壁上预制有连接耳座5，桥台2的顶面上预制有连接板6，连接板6上固结有连接底座7，粘滞阻尼器8的一端与连接耳座5相连，粘滞阻尼器8的另一端与连接底座7相连。
[0037]桥梁墩柱I内预制有纵筋及箍筋9。
[0038]连接耳座5与纵筋及箍筋9固结在一起，所述的连接板6与摩擦凹面4-3—体化固结在一起。
[0039]桥梁墩柱I和桥台中2还打孔预制有无粘结预应力钢筋10，所述的无粘结预应力钢筋10贯穿嵌合式上接头3和嵌合式下接头4。
[0040]无粘结预应力钢筋10的一端锚接在桥梁墩柱I的顶端上，无粘结预应力钢筋10的另一端锚接在桥台2的底面上。
[0041]无粘结预应力钢筋10的一端锚接在桥梁墩柱I的顶端上，无粘结预应力钢筋10的另一端焊接在桥台2内的下钢板4-1上。
[0042]本实用新型为了避免接头被压溃导致预设变形机制失效，常采用高性能钢材(如HPS50W，HPS70W甚至HPS90W来制作镶嵌接头，使得预设变形机制能够得到有效保证和实现，使结构更加安全可靠。
[0043]无粘接预应力钢筋的强度等级在1320-186(^/臟2之间，直径在8.6?15.2臟之间。
[0044]本实用新型的钢板采用Q235或以上等级的常规钢材，所有型钢焊缝均为双面焊缝;附加粘滞阻尼器钢板与圆形管壁间采用环氧树脂或者自密实砂浆填充。
[0045]本实用新型张拉法采用后张拉法，用专用油脂涂在预应力钢筋表面制成无粘接预应力钢绞线。
[0046]经过本实用新型的理论和实验研究，本实用新型的自复位效能桥墩结构体系可以有效地将自复位组件(如嵌合式接头和预应力组件无粘结预应力钢筋)与消能组件(如附加的粘滞阻尼器和接触面摩擦消能)结合起来实现弹性-自复位-外置耗能-抗震-更换修复机制，其具有稳定的耗能能力并且可以有效地控制残余变形，其受力特点为:(A)嵌合式接头限制体系位置而预应力组件无粘结预应力钢筋将原本分开浇筑的桥梁墩柱与桥台加紧连接，地震荷载作用过后，无粘结预应力钢筋将产生恢复力使结构在嵌合式接头处更容易重新回到初始位置而不产生残余变形。(B)嵌合式接头接触面在地震荷载作用时转动摩擦以及分布在墩柱外侧四周或两端的附加粘滞阻尼器保证了截面具有足够的延性耗能能力。
[0047]桥台2施工时，预留无粘接预应力钢筋10的孔洞，并同时预埋嵌合式下接头4，预埋嵌合式下接头4施工时需在相应位置气割孔洞，以穿过无粘接预应力钢筋10，孔洞在竖直方向上应严格对齐，无粘接预应力钢筋10穿过嵌合式下接头4的下摩擦凹面4-3和下钢板4-1后截断，并与下钢板4-1焊接，或者直接贯穿桥台2，在桥台2的底面锚接。
[0048]嵌合式上接头3的上摩擦凸面3-2与嵌合式下接头4的下摩擦凹面4-3接触配合形成桥墩节点，将桥梁墩柱I和桥台2配合安装在一起，当桥梁墩柱I与桥台2因受到地震荷载而产生摆动时，上摩擦凸面3-2相对于下摩擦凹面4-3运动摩擦耗能，为桥梁墩柱I提供了足够的延性并保证预留无粘接预应力钢筋10的弹性复位。下钢板4-1与竖向角钢4-2—起产生支撑分压的作用，以防止后张拉预应力钢筋在锚固端部产生过大的局部压力而压溃混凝土。嵌合式上接头3和嵌合式下接头4实现了剪力传递、保护无粘结预应力钢筋10，保证桥梁墩柱I定位限位。如果无粘结预应力钢筋10的有效长度太长，例如贯穿式布置，则可能无法复位，因此必须限制无粘结预应力钢筋10的锚固端间的长度如采用柱端局部式来保证足够的刚度。
[0049]上摩擦凸面3-2与下摩擦凹面4-3除了摩擦消能外还对桥梁墩柱I的柱脚起到了保护作用，防止由于局部压力过大而导致的混凝土压溃破碎等情况，提高了柱脚抗侧力性能。
[0050]将桥台2和桥梁墩柱I对接好后，用附加的粘滞阻尼器8通过螺栓将二者连接，待拧紧螺栓后从预留的预应力孔内张拉无粘接预应力钢筋10，并用锚具将无粘接预应力钢筋10锚固好，无粘接预应力钢筋10初张拉力应适中，使得无粘接预应力钢筋10既能具有良好的自复位性能又能始终处于弹性阶段，不进入塑性阶段，以防止刚度减少或产生残余变形，甚至是钢绞线发生断裂。
[0051]本实用新型设计应用灵活，嵌合式的接头设计有助于墩柱施工定位接合，限制了横向位置增强体系稳定性;提供了更为可靠的横向剪力传递机制，保护了高张拉应力状态下的预应力钢束不会在墩柱端面与基础顶面的横向错动中遭受破坏。嵌合式接头接触面采用摩擦消能以及分布在墩柱外侧四周或两端的附加粘滞阻尼器滞回消能保证了截面具有足够的延性耗能能力。
【主权项】
1.一种消能自复位桥墩节点结构，包括桥梁墩柱(I)和桥台(2)，其特征在于:桥梁墩柱(1)的底端和桥台(2)的顶面为分体结构； 所述的桥梁墩柱(I)底端预埋有凸出桥梁墩柱(I)底端的嵌合式上接头(3)，所述的嵌合式上接头(3)包括埋入桥梁墩柱(I)底端的上固定件(3-1)，上固定件(3-1)上固结有上摩擦凸面(3-2)，上摩擦凸面(3-2)凸出桥梁墩柱(I)底端； 所述的桥台(2)内预埋有凹入桥台(2)顶面的嵌合式下接头(4)，所述的嵌合式下接头(4)包括埋入桥台(2)内的下钢板(4-1)，下钢板(4-1)通过竖向角钢(4-2)与下摩擦凹面(4-3)固定连接，下摩擦凹面(4-3)凹入桥台(2)顶面； 嵌合式上接头(3)的上摩擦凸面(3-2)与嵌合式下接头(4)的下摩擦凹面(4-3)接触配合形成桥墩节点，将桥梁墩柱(I)和桥台(2)配合安装在一起实现消能自复位。2.如权利要求1所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的嵌合式上接头(3)采用球入式上接头，所述的嵌合式下接头(4)采用球入式下接头。3.如权利要求1所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的桥梁墩柱(I)的外壁上预制有连接耳座(5)，桥台(2)的顶面上预制有连接板(6)，连接板(6)上固结有连接底座(7)，粘滞阻尼器(8)的一端与连接耳座(5)相连，粘滞阻尼器(8)的另一端与连接底座(7)相连。4.如权利要求3所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的桥梁墩柱(I)内预制有纵筋及箍筋(9)。5.如权利要求4所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的连接耳座(5)与纵筋及箍筋(9)固结在一起，所述的连接板(6)与摩擦凹面(4-3)—体化固结在一起。6.如权利要求1所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的桥梁墩柱(I)和桥台中(2)还打孔预制有无粘结预应力钢筋(10)，所述的无粘结预应力钢筋(10)贯穿嵌合式上接头(3)和嵌合式下接头(4)。7.如权利要求6所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的无粘结预应力钢筋(10)的一端锚接在桥梁墩柱(I)的顶端上，无粘结预应力钢筋(10)的另一端锚接在桥台(2)的底面上。8.如权利要求6所述的消能自复位桥墩节点结构，其特征在于:所述的无粘结预应力钢筋(10)的一端锚接在桥梁墩柱(I)的顶端上，无粘结预应力钢筋(10)的另一端焊接在桥台(2)内的下钢板(4-1)上。
【文档编号】E01D19/04GK205421008SQ201620205853
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】杜冬利, 郁小冠, 刘毅
【申请人】长安大学