一种震损可原位快速修复的箱型钢桥墩的制作方法

本发明涉及一种钢桥墩的抗震构造，具体涉及一种震损可原位快速修复的箱型钢桥墩。

背景技术：

城市发展的智能化和可持续性对建筑工业化和工程结构抗震性能提出了新的要求和挑战，其中，实现结构震害快速修复和建筑功能快速恢复是“可恢复功能城市”的基本要求和重要研究方向。可恢复性能结构一般指结构遭遇地震后不需要修复或适度修复即可恢复其性能的建筑结构，可恢复性能结构的研发和推广应用，不仅可显著减少直接震害损失，而且可显著缩短震后修复周期，为最终实现可恢复城市提供基本技术支持。

钢结构由于钢材有良好的韧性、延性和高强度等优点，在地震多发的国家中应用广泛。尤其在地震多发的美国日本等先进国家,利用钢材的延性在城市高架桥建设中,出现了钢结构桥墩。但并不是钢材有良好的延性，钢结构构件就具有良好的抗震性能。在1995年日本阪神大地震中，不但混凝土结构的桥墩遭到了严重损坏，钢结构桥墩也发生了严重屈曲和倒塌。为此,钢结构桥墩的抗震性能得到学者的关注，抗震思路也从只考虑桥墩的极限承载力转向桥墩的延性、地震能量吸收以及减小桥墩的残余变形方向。常用的加固方法有钢桥墩填充混凝土、加劲肋补强和增加低屈服强度能量吸收节段等，这些加固方法均体现出提高构件的延性而不显著增加其强度的设计思想。目前国内外对桥墩震后自复位、控制残余变形的试验研究多集中在钢筋混凝土桥墩上，对钢桥墩的自复位性能研究尚少。鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

技术实现要素：

本发明提供了一种抗震性能较好且震后可快速修复的震损可原位快速修复的箱型钢桥墩。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种震损可原位快速修复的箱型钢桥墩，包括中空结构的桥墩主体，搁置在承台上，桥墩主体包括四块呈矩形结构连接的钢板，还包括：

中空结构的钢套，置于桥墩主体内并安装在承台上，钢套包括四块呈矩形结构连接的侧面板，四块侧面板分别与四块钢板平行；

连接在钢板和侧面板之间的阻尼器，包括竖直放置并与钢板和侧面板垂直的软钢板；

柔性预应力拉杆装置，包括竖直设置的钢丝束、位于钢套上方的定位板、均匀围绕定位板四周间隔设置的多根拉杆，拉杆连接在钢板与定位板之间以吊住定位板，所述承台内设有预埋钢板，预埋钢板上连接有轴套，轴套上端向上伸出承台，钢丝束下端穿过轴套与预埋钢板连接，上端连接定位板。

当发生小地震时，桥墩主体、钢套、阻尼器和柔性预应力拉杆装置共同作用，桥墩主体、钢套、阻尼器和柔性预应力拉杆装置均处于弹性状态；当发生强地震时，软钢板由于塑性相对较好，可产生剪切屈服，吸收大部分的地震能量，很好地保护桥墩主体不发生破坏，抗震性能较好，同时，当阻尼器软钢板进入塑性阶段后柔性预应力拉杆装置仍然处于弹性阶段，在箱型钢桥墩一端抬起的时候，预应力拉杆装置为桥墩提供竖向的回复力，很好地提高了钢桥墩自复位和抗倾覆的能力；另外，由于阻尼器是可拆卸，在强地震后，可将被损坏的阻尼器取下更换完好的阻尼器，实现震后快速修复。

一较佳实施例之中：所述软钢板上设有沿水平方向延伸的长槽，所述长槽的数量是多个并竖直间隔布置。长槽可在满足结构刚度需求的前提下实现良好的耗能能力。

一较佳实施例之中：所述阻尼器还包括端板和连接板，端板与所述侧面板平行并通过螺栓连接，连接板与所述钢板垂直并焊接，软钢板的一侧与连接板通过螺栓连接，另一侧与端板焊接。

一较佳实施例之中：所述钢套还包括呈井字结构的加劲肋，加劲肋外侧端部与侧面板内表面连接。井字结构的加劲肋可提高钢套的平面外刚度，增加钢套抵抗局部失稳的能力。

一较佳实施例之中：所述钢套还包括中部镂空的下面板，侧面板的下底面与下面板的上表面焊接，下面板与所述预埋钢板通过螺栓连接。

一较佳实施例之中：所述定位板底部设置有井字型加劲肋，上表面的边缘位置设有梯形肋板，所述梯形肋板竖直设置，所述梯形肋板通过螺栓与所述拉杆连接。井字型加劲肋可提高定位板的平面外刚度，增加定位板抵抗局部失稳的能力。梯形肋板有利于拉杆的可拆卸安装。

一较佳实施例之中：所述钢板的内表面设有安装板，安装板上设有三角形肋板，三角形肋板与梯形肋板平行，所述三角形肋板通过螺栓与所述拉杆连接。

一较佳实施例之中：所述钢丝束一端通过锚具与所述预埋钢板连接，另一端通过锚具与所述定位板连接。

一较佳实施例之中：所述桥墩主体还包括中部镂空的下底板，钢板的下底面与下底板的上表面焊接，下底板支撑在承台上；所述桥墩主体还包括多块支撑板，支撑板竖直设置并连接钢板外表面和下底板上表面。支撑板可提高钢桥墩的平面外刚度，增加钢桥墩抵抗局部失稳的能力。下底板可以传递竖向荷载作用下产生的轴力。

一较佳实施例之中：所述钢板上设有检修口，钢板内表面在检修口下方设有爬梯。施工人员可通过检修口进入桥墩内部进行所述软钢板和端板的替换。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1绘示了本发明箱型钢桥墩的纵向剖视示意图。

图2绘示了本发明箱型钢桥墩的横向剖视示意图。

具体实施方式

请参照图1和图2，本发明的一种震损可原位快速修复的箱型钢桥墩，包括中空结构的桥墩主体10、中空结构的钢套20、连接桥墩主体和钢套的阻尼器30、用于对桥墩主体10施加预应力的柔性预应力拉杆装置40。

所述桥墩主体10搁置在承台50上。所述承台50是混凝土结构。所述桥墩主体10包括四块呈矩形结构连接的钢板12，桥墩主体10横截面的外轮廓呈矩形。所述钢套20置于桥墩主体10内并安装在承台50上，钢套20包括四块呈矩形结构连接的侧面板22，钢套20横截面的外轮廓呈矩形，四块侧面板22分别与四块钢板12平行。所述阻尼器30连接在钢板12和侧面板22之间的，其包括竖直放置并与钢板和侧面板垂直的软钢板32。所述柔性预应力拉杆装置40包括竖直设置的钢丝束42、设置在桥墩主体10内并位于钢套20上方的定位板44、均匀围绕定位板44四周间隔设置的多根拉杆46。拉杆46连接在钢板12与定位板44之间以吊住定位板44。所述承台50内水平设有预埋钢板52，预埋钢板52上连接有轴套54，轴套54上端向上伸出承台50，钢丝束42下端穿过轴套54与预埋钢板52连接，上端连接定位板44。所述钢丝束42一端通过锚具48与所述预埋钢板52连接，另一端通过锚具48与所述定位板44连接。

所述软钢板32上设有沿水平方向延伸的长槽322，所述长槽322的数量是多个并竖直间隔布置。所述阻尼器30还包括端板34和连接板36，端板34与所述侧面板22平行并通过高强摩擦型螺栓连接在一起，连接板36与所述钢板12垂直并焊接在一起，软钢板32的一侧与连接板36通过高强摩擦型螺栓连接，另一侧与端板34焊接在一起。

所述钢套20还包括呈井字结构的加劲肋24，加劲肋24外侧端部与侧面板22内表面焊接连接形成整体。所述钢套20还包括中部镂空的下面板26，侧面板22的下底面与下面板26的上表面焊接，下面板26与所述预埋钢板52通过高强摩擦型螺栓连接。

所述定位板44底部设置有井字型加劲肋442，上表面的边缘位置对应拉杆设有梯形肋板444，所述梯形肋板444竖直设置，所述梯形肋板444通过高强摩擦型螺栓与所述拉杆46一端连接。所述钢板12的内表面设有安装板14，安装板14上设有三角形肋板142，三角形肋板142与梯形肋板444平行，所述三角形肋板142通过高强摩擦型螺栓与所述拉杆46另一端连接。

所述桥墩主体10还包括中部镂空的下底板16，钢板12的下底面与下底板16的上表面焊接，下底板16支撑在承台50上。所述桥墩主体10还包括多块支撑板18，支撑板18竖直设置并连接钢板12外表面和下底板16上表面。所述钢板12上设有检修口122，钢板12内表面在检修口下方设有爬梯124。

本实施例的震损可原位快速修复的箱型钢桥墩，其可更换部件(即阻尼器)在正常情况下构成了结构柱体的组成部分。在竖向荷载作用下，轴力通过钢桥墩传递至承台，阻尼器不参与受力；在水平荷载作用下，通过钢桥墩产生的侧向倾斜，由钢桥墩带动阻尼器的软钢板产生竖向平面内的剪切变形，提供钢桥墩的抗弯承载力，通过软钢板屈服产生塑性变形，吸收并耗散大部分的地震能量，保护钢桥墩不受损坏。

当发生小地震时，桥墩主体、钢套、阻尼器和柔性预应力拉杆装置共同作用，桥墩主体、钢套、阻尼器和柔性预应力拉杆装置均处于弹性状态。当发生强地震时，作为阻尼器耗能板的软钢板由于塑性相对较好，可产生剪切屈服，吸收大部分的地震能量，很好地保护箱型钢桥墩不发生破坏，抗震性能较好，同时，当阻尼器软钢板进入塑性阶段后拉杆装置仍然处于弹性阶段，在箱型钢桥墩一端抬起的时候，柔性预应力拉杆装置为钢桥墩提供竖向的回复力，很好地提高了钢桥墩自复位和抗倾覆的能力；另外，由于阻尼器上的软钢板和端板是可拆卸的，在强地震后，可将被损坏的软钢板和端板取下换成完好的阻尼器，实现震后快速修复。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。