适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造的制作方法

本发明涉及桥梁工程、地震工程领域，尤其是涉及一种适适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造。

背景技术：

在地震作用下，主梁、桩基、承台往往作为能力保护构件，按能力保护原则进行设计，而桥墩往往设计为延性构件，使墩柱形成整体延性机制。但是当桥墩的截面尺寸较大(如铁路桥墩)，地震作用下桥墩难以进入延性，从而导致桥梁基础和承台承受较大的地震力，见图3、图4，图3、图4为日本神户地震中桩基的破坏图片。因此，通过采用合理的构造，通过减小桥墩的屈服弯矩，从而减小桥梁基础和承台所受到的地震力是大截面桥墩延性抗震设计的关键所在。

为了保护基础，有研究学者提出可以采用提离式桩基，见图5。其构造形式为，在承台与桩基交接处设缝，从而达到桩基与承台之间的作用为仅受压弹簧，释放拉力与弯矩。但是此类构造在地震作用下，承台与桩头往往产生碰撞，造成桩头的破坏；承台与基础无可靠连接，结构较柔，地震作用下结构位移反应较大；另外桥墩较高时，在强震作用下此类桥墩还存在倾覆问题，不适用于高墩，而且该构造复杂，造价高，且作为隐蔽工程，其震后检查修复存在困难。

技术实现要素：

本发明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适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造，该构造可以减小大尺寸截面桥墩的屈服弯矩，从而减小承台和基础受力，在不影响桥梁正常使用的前提下，能有效控制地震作用下的桥墩的屈服弯矩，降低桥墩传至承台、基础的地震力。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造，可同时在桥梁横桥向和纵桥向发挥作用，包括套筒、截断钢筋、连接钢筋及砂浆垫层，所述桥墩置于承台上，所述截断钢筋锚固于桥墩内，所述连接钢筋下端伸入并锚固于承台内，上端伸入并锚固于桥墩内，所述连接钢筋将桥墩与承台连接，在所述桥墩与承台的连接处，在所述连接钢筋的外侧浇筑砂浆垫层，所述套筒在桥墩与承台交接处包裹住连接钢筋，隔绝连接钢筋与混凝土的接触，以避免连接钢筋应力集中。

进一步地，所述连接钢筋在桥墩横截面上布置于截断钢筋的内侧，所述截断钢筋在桥墩内沿桥墩的周围布设，所述截断钢筋距离桥墩纵桥向与横桥向的端部留有一间距。

即连接钢筋和截断钢筋之间存在内收距离，该内收距离根据正常使用荷载工况以及多遇地震荷载工况确定，墩底截面抗弯强度应满足正常使用荷载和多遇地震下钢筋在弹性范围的要求。在设计和罕遇地震作用下由于连接钢筋内收，可以有效减小墩底的屈服弯矩从而减小承台和桩基础的受力。

进一步地，连接钢筋的内收距离根据正常使用荷载工况以及多遇地震荷载工况确定，墩底截面抗弯强度应满足正常使用荷载和多遇地震下钢筋在弹性范围的要求。一般连接钢筋和截断钢筋在桥墩长度方向之间的内收距离为桥墩长度的20-30％，连接钢筋和截断钢筋在桥墩宽度方向之间的内收距离为桥墩宽度的20-30％，且对应的桥墩底部截面抗弯强度应满足正常使用荷载和多遇地震下钢筋在弹性范围的要求，一般大于240mpa。

所述连接钢筋的内收，可以使桥墩底部的屈服弯矩减少40-50％，从而减小桥墩、承台以及桩基的内力，起到抗震作用。

进一步地，所述截断钢筋的下端距离承台的上表面留有一间距。即截断钢筋在承台上方适当距离截断。

进一步地，所述连接钢筋伸入桥墩的长度为桥墩纵横向截面最大尺寸的90-120％，对于圆形桥墩为桥墩直径,伸入承台长度为规范规定锚固长度，为连接钢筋直径的30-35倍，以连接承台与桥墩。

进一步地，所述套筒的长度为连接钢筋直径的5-10倍，并且不影响连接钢筋在承台与桥墩内的锚固。

进一步地，所述套筒材料包括塑料、橡胶或软木的一种或几种。

进一步地，所述截断钢筋在承台上方15-20cm截断。

进一步地，所述连接钢筋的下端向外折弯，以充分锚固于承台。

进一步地，所述砂浆垫层位于承台上方的桥墩内，所述砂浆垫层的浇筑面积根据桥墩的目标性能确定，为桥墩截面面积的40-50％，厚度为5-10cm。

在罕遇地震作用下，墩底截面外侧砂浆垫层发生破坏，有效截面由连接钢筋所围面积构成，截面面积减小，刚度下降，因此，可以有效减小罕遇地震作用下桥墩底部的弯矩，从而降低承台、桩基的内力。

所述承台和桩基等构件作为能力保护构件。

正常使用荷载和多遇地震作用工况下，该构造满足正常的传力需求。承台与桥墩连接钢筋的数量、锚固长度、砂浆垫层面积占截面总面积的比值均应满足正常使用荷载与多遇地震作用工况，其墩底截面抗弯强度要满足正常使用荷载和多遇地震作用下钢筋在弹性范围的要求。

在设计于罕遇地震荷载作用下，半铰构造进入屈服状态，达到减小地震力的目的，从而保护其它能力保护构件。

本发明公开了一种构造简单、施工方便、安装及维修成本低廉的、适用于我国桥墩截面尺寸较大的简支梁式桥或刚构桥梁的半铰构造。该装置可在不影响桥梁正常使用的前提下，有效合理控制地震作用下的桥墩底或墩顶的屈服弯矩，减小承台、基础及其它能力保护构件的地震力需求，同时降低地震作用下结构位移，较之提离式桩基，该构造更适用于高墩桥梁。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)设计于罕遇地震作用下桥墩进入屈服状态，有效地降低下部承台和基础的地震需求，保护其他能力保护构件；

(2)构造简单，成本低廉，可操作性强，震后方便检查修复；

(3)该半铰构造在半铰处形成塑性铰后，桥墩可提供稳定可靠的滞回耗能能力，可充分利用材料的性能，有效降低结构的地震响应，同时能降低结构位移，使其在容许范围内。

附图说明

图1为适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造主视结构示意图；

图2为图1中a-a面剖视结构示意图；

图中标识为：套筒1，截断钢筋2，连接钢筋3，砂浆垫层4

图3为日本神户地震中桩基的破坏示意图一；

图4为日本神户地震中桩基的破坏示意图二；

图5为提离桩基示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1和2所示，一种适用于减小地震作用下桥墩、承台与基础受力的半铰构造，可同时在桥梁横桥向和纵桥向发挥作用，包括套筒1、截断钢筋2、连接钢筋3及砂浆垫层4，所述桥墩5置于承台6上，所述截断钢筋2锚固于桥墩5内，所述连接钢筋3下端伸入并锚固于承台6内，上端伸入并锚固于桥墩5内，所述连接钢筋3将桥墩5与承台6连接，在所述桥墩5与承台6的连接处，在所述连接钢筋3的外侧浇筑砂浆垫层4，所述套筒1在桥墩5与承台6交接处包裹住连接钢筋3，隔绝连接钢筋3与混凝土的接触，以避免连接钢筋3应力集中。

本实施例中，所述连接钢筋3在桥墩5横截面上布置于截断钢筋2的内侧，所述截断钢筋2在桥墩5内沿桥墩5的周围布设，所述截断钢筋2距离桥墩5纵桥向与横桥向的端部留有一间距。

即连接钢筋3和截断钢筋2之间存在内收距离，该内收距离根据正常使用荷载工况以及多遇地震荷载工况确定，墩底截面抗弯强度应满足正常使用荷载和多遇地震下钢筋在弹性范围的要求。在设计和罕遇地震作用下由于连接钢筋内收，可以有效减小墩底的屈服弯矩从而减小承台和桩基础的受力。

本实施例中，所述内收距离根据正常使用荷载工况以及多遇地震荷载工况确定，一般连接钢筋3和截断钢筋2在桥墩长度方向之间的内收距离为桥墩长度的20-30％，连接钢筋3和截断钢筋2在桥墩宽度方向之间的内收距离为桥墩宽度的20-30％，且对应的桥墩底部截面抗弯强度应满足正常使用荷载和多遇地震下钢筋在弹性范围的要求，一般大于240mpa。

所述连接钢筋的内收，可以使桥墩底部的屈服弯矩减少40-50％，从而减小桥墩、承台以及桩基的内力，起到抗震作用。

本实施例中，所述截断钢筋2的下端距离承台6的上表面留有一间距。即截断钢筋2在承台6上方适当距离截断。

本实施例中，所述截断钢筋2在承台上方15-20cm截断。

本实施例中，所述连接钢筋3伸入桥墩5的长度为桥墩5纵横向截面最大尺寸的90-120％，对于圆形桥墩为桥墩直径，伸入承台6长度为规范规定锚固长度，为连接钢筋3直径的30-35倍，以连接承台5与桥墩6。

本实施例中，所述套筒1的长度为连接钢筋3直径的5-10倍，并且不影响连接钢筋3在承台与桥墩内的锚固。

本实施例中，所述套筒1材料包括塑料、橡胶或软木的一种或几种。

本实施例中，所述连接钢筋3的下端向外折弯，以充分锚固于承台。

本实施例中，所述砂浆垫层4位于承台6上方的桥墩5内，所述砂浆垫层4的浇筑面积根据桥墩的目标性能确定，为桥墩截面面积的40-50％，厚度为5-10cm。

在罕遇地震作用下，墩底截面外侧砂浆垫层发生破坏，有效截面由连接钢筋所围面积构成，截面面积减小，刚度下降，因此，可以有效减小罕遇地震作用下桥墩底部的弯矩，从而降低承台、桩基的内力。

所述承台和桩基等构件作为能力保护构件。

正常使用荷载和多遇地震作用工况下，该构造满足正常的传力需求。承台与桥墩连接钢筋的数量、锚固长度、砂浆垫层面积占截面总面积的比值均应满足正常使用荷载与多遇地震作用工况，其墩底截面抗弯强度要满足正常使用荷载和多遇地震作用下钢筋在弹性范围的要求。

在设计于罕遇地震荷载作用下，半铰构造进入屈服状态，达到减小地震力的目的，从而保护其它能力保护构件。

本发明公开了一种构造简单、施工方便、安装及维修成本低廉的、适用于我国桥墩截面尺寸较大的简支梁式桥或刚构桥梁的半铰构造措施。该装置可在不影响桥梁正常使用的前提下，有效合理控制地震作用下的桥墩底或墩顶的屈服弯矩，减小承台、基础及其它能力保护构件的地震力需求，同时降低地震作用下结构位移，较之提离式桩基，该构造更适用于高墩桥梁。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。