锁链式震损可替换耗能装置的制作方法

本发明涉及一种利用锁链式震损可恢复耗能装置实现震后桥墩快速修复技术，属于桥梁工程抗震与减震技术领域。

背景技术：

干接缝节段拼装桥墩是将墩身沿竖向分割成若干节段，纵向受力钢筋在节段接缝处断开，节段之间采用“干接缝”连接，或是在接缝处填充环氧树脂来提高桥墩的耐久性，然后采用后张预应力的方式将节段连接成整体；因具有快速施工优势，在美国非震区的高速公路桥梁以及一些包括中国港珠澳大桥和加拿大联邦大桥在内的跨江跨海大桥中得到了工程应用。通过试验和理论研究发现，干接缝节段拼装桥墩在地震激励下具有良好的自复位能力；但如不设置专门的耗能装置，则耗能能力较差，并且容易在底节段发生压碎。

将结构抗震性能向震后功能可恢复、损伤元可更换提升，是目前工程抗震与减震领域的研究热点。震后功能可恢复结构是指在预期地震作用下，主结构保持弹性或有轻微损伤，损伤集中于特定构件(损伤元)，震后通过更换损伤元使结构恢复正常使用功能。损伤元可更换性的实现条件和技术措施，成为能否实现震后功能可恢复结构的关键技术。

针对干接缝节段拼装桥墩，在充分发挥快速施工优势和自复位抗震性能的基础上，利用本发明涉及技术，实现对损伤元的方便替换，将其进一步发展成为震后功能可恢复结构，为桥梁抗震提供更多样性的技术手段，具有重要的现实意义和工程价值。

技术实现要素：

技术问题：本发明的目的是提供一种锁链式震损可替换耗能装置，用于干接缝节段拼装桥墩可以提高耗能能力，同时实现对震损耗能装置的方便替换，最终将干接缝节段拼装桥墩发展成为震后功能可恢复结构，为桥梁建设提供一种有竞争力的桥墩结构形式。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种锁链式震损可替换耗能装置，包括u型预埋接头、带开关的锁链式纽扣、顶端附有连接圆环的钢筋套筒以及耗能钢棒，其特征在于：该装置用于干接缝节段拼装桥墩中，u型预埋接头分别预埋在承台的顶部和底部第二节段的底部，通过带开关的锁链式纽扣将u型预埋接头和顶端附有连接圆环的钢筋套筒相连，耗能钢棒两端连接接头与顶端附有连接圆环的钢筋套筒相连；所述的耗能钢棒两端连接接头所设置的螺纹走向相反，转动耗能钢棒收紧整个耗能装置，使得安装完成后的耗能装置处于紧绷的状态；

所述的u型预埋接头和带开关的锁链式纽扣之间所容许发生的相对错动距离，大于桥墩产生最大设计位移时处于受拉侧的耗能钢棒对应的弹塑性拉伸长度和处于受压侧的底节段最外层混凝土对应的压缩长度之和，使得整个耗能装置在桥墩承受地震作用的过程中始终保持“抗拉不抗压”的受力特点；所述的u型预埋接头、带开关的锁链式纽扣、顶端附有连接圆环的钢筋套筒以及耗能钢棒长度之和，大于耗能装置安装完成后处于紧绷状态时对应长度与耗能钢棒两端和钢筋套筒可靠连接所需最小连接长度之和，保证转动耗能钢棒使整个耗能装置处于紧绷状态时，耗能钢筋与钢筋套筒之间通过螺纹已经建立可靠的连接。

优选的，带开关的锁链式纽扣包括缺口、缺口两侧的钢板、不可拆卸螺栓、可拆卸螺栓和螺母；所述缺口尺寸大于u型预埋接头的直径以及钢筋套筒顶端所附有连接圆环的直径，保证两者能够穿过缺口而与锁链式纽扣相连。

优选的，u型预埋接头、带开关的锁链式纽扣、钢筋套筒均由高强钢材加工得到，保证其所能传递的屈服拉力大于耗能钢棒所能传递的最大拉力，钢筋套筒所设置螺纹与耗能钢棒两端连接接头所设置螺纹相匹配。

优选的，耗能钢棒由低屈服点的钢材加工得到，其两端连接接头所能传递的屈服拉力大于耗能钢棒中间缩径段拉断时对应的极限拉力，保证耗能钢棒中间缩径段拉断时，两端连接接头仍处于完全弹性，易于在震后对耗能装置进行拆卸和替换。

有益效果：本发明对比已有技术相比，具有以下优点：

1.对中方便，对施工精度要求不高：本发明中即使上、下u型预埋接头位置因施工误差而未完全对中，因锁链式纽扣和u型预埋接头之间容许发生相对转动和错动，耗能钢棒两端连接接头仍能方便地与上、下两个钢筋套筒分别对中。

2.安装便利，通过“反丝预紧”完成安装要求：耗能钢棒两端与钢筋套筒相连时，因为耗能钢棒两端螺纹走向相反，仅旋转耗能钢棒就可以收紧整个耗能装置，无需采用其它技术手段即可完成安装工作。

3.具有“抗拉不抗压”的受力特点，能够提供稳定的耗能，同时避免反复拉压造成结构损伤：地震作用激励时，干接缝节段拼装桥墩发生往复摇摆，布置于桥墩受拉侧的本发明依靠耗能钢棒受拉发生弹塑性变形进行耗能，布置于桥墩受压侧的本发明依靠预埋接头和带开关的锁链式纽扣之间发生容许错动而使得整个耗能装置不受压力，从而保证了本发明在地震作用激励下始终只承受拉力而不承受压力，使得整个耗能装置的耗能能力更加稳定，也避免了u型预埋接头等不可替换部分承受反复拉压作用而发生结构损伤。

4.u型预埋接头受力形式合理：相比螺纹连接接头，u型预埋接头传力可靠，不易因在地震作用下发生轻微损伤而导致承载力下降，作为不可替换部分，能够在震损替换耗能钢棒等部件后，继续安全可靠地发挥作用。

5.震损替换方便：对本发明在震后进行修复时，因耗能钢棒在地震作用过程中被拉伸变长而使得整个耗能装置不再处于紧绷状态，仅利用锁链式纽扣附带的开关，就可以方便地拆下震损部分，然后换上新的部件，完成震损替换工作。

附图说明

图1是本发明实施例构造侧面示意图；

图2是本发明实施例所述带开关的锁链式纽扣细节正视图；

图3是本发明实施例所述带开关的锁链式纽扣细节侧视图；

图4是本发明实施例布置在干接缝节段拼装桥墩中的侧面示意图；

图5是本发明实施例布置在干接缝节段拼装桥墩中的截面示意图；

图中标号说明：1-u型预埋接头；2-带开关的锁链式纽扣，2.1-缺口，2.2-缺口两侧的钢板，2.3-不可拆卸螺栓，2.4-可拆卸螺栓，2.5-可拆卸螺母；3-顶端附有连接圆环的钢筋套筒，3.1-连接圆环，3.2-钢筋套筒螺纹；4-耗能钢棒，4.1-两端连接接头；4.2-耗能钢棒螺纹，4.3-中间缩径段；5-承台；6-底节段，6.1-底节段核心区，6.2-可更换混凝土板，6.3-预应力钢筋，6.4-预应力钢筋螺母，6.5-垫板；7-底部第二个节段；8-盖梁；9-无粘结预应力钢绞线；10-钢绞线配套锚具；11-锚固钢板。

具体实施方式

本发明提供的一种锁链式震损可替换耗能装置，属于桥梁工程抗震与减震领域，包括：u型预埋接头、带开关的锁链式纽扣、顶端附有连接圆环的钢筋套筒以及耗能钢棒，其中耗能钢棒由两端设有相反螺纹走向的连接接头和中间的缩径段构成。通过带开关的锁链式纽扣将u型预埋接头和顶端附有连接圆环的钢筋套筒相连。因为耗能钢棒两端螺纹走向相反，耗能钢棒两端与钢筋套筒相连时，只需转动耗能钢棒就可收紧整个耗能装置，最终使得安装完成后的耗能装置处于紧绷状态。本发明在地震作用激励下具有“抗拉不抗压”的受力特点；锁链式纽扣与预埋接头之间容许发生相对转动和错动，使得本发明在施工和修复过程中易于安装和替换。使用本发明的干接缝节段拼装桥墩，不仅具有良好的自复位能力和耗能能力，而且可以通过震后替换本发明，实现对震后桥墩的快速修复。

如图1-5所示，是本发明锁链式震损可替换耗能装置，包括u型预埋接头1、带开关的锁链式纽扣2、顶端附有连接圆环的钢筋套筒3以及耗能钢棒4，u型预埋接头1分别预埋在承台5顶部和底部第二节段7底部，通过带开关的锁链式纽扣2将u型预埋接头1和顶端附有连接圆环的钢筋套筒3相连，耗能钢棒4两端连接接头4.1与顶端附有连接圆环的钢筋套筒3相连；所述的耗能钢棒4两端连接接头4.1所设置的螺纹4.2走向相反，转动耗能钢棒4收紧整个耗能装置，使得安装完成后的耗能装置处于紧绷的状态；

所述的u型预埋接头1和带开关的锁链式纽扣2之间所容许发生的相对错动距离，应大于桥墩产生最大设计位移时处于受拉侧的耗能钢棒4对应的弹塑性拉伸长度和处于受压侧的底节段6最外层混凝土对应的压缩长度之和，使得整个耗能装置在桥墩承受地震作用的过程中始终保持“抗拉不抗压”的受力特点；

所述的u型预埋接头1、带开关的锁链式纽扣2、顶端附有连接圆环的钢筋套筒3以及耗能钢棒4长度之和，应大于耗能装置安装完成后处于紧绷状态时对应长度与耗能钢棒4两端和钢筋套筒3可靠连接所需最小连接长度之和，保证转动耗能钢棒4使整个耗能装置处于紧绷状态时，耗能钢筋4与钢筋套筒3之间通过螺纹4.2已经建立可靠的连接。

锁链式纽扣2附有的开关由缺口2.1、缺口两侧的钢板2.2、不可拆卸螺栓2.3、可拆卸螺栓2.4和螺母2.5，所述缺口2.1尺寸大于u型预埋接头1的直径以及钢筋套筒3顶端所附有连接圆环3.1的直径，保证两者能够穿过缺口2.1而与锁链式纽扣2相连。

u型预埋接头1、带开关的锁链式纽扣2、钢筋套筒3均由高强钢材加工得到，保证其所能传递的屈服拉力大于耗能钢棒4所能传递的最大拉力，钢筋套筒3所设置螺纹3.2与耗能钢棒4两端连接接头4.1所设置螺纹4.2相匹配。

耗能钢棒4由低屈服点的钢材加工得到，其两端连接接头4.1所能传递的屈服拉力大于耗能钢棒4中间缩径段4.3拉断时对应的极限拉力，保证耗能钢棒4中间缩径段4.3拉断时，两端连接接头4.1仍处于完全弹性。

安装本发明的具体实施过程如下：

步骤1：将干接缝节段拼装桥墩各节段从预制厂运至施工现场，将底节段核心区6.1和底部第二节段7沿竖向顺序放置在承台5上，校正位置使得上、下u型预埋接头1对中。

步骤2：通过带开关的锁链式纽扣2将u型预埋接头1和顶端附有连接圆环的钢筋套筒3相连，闭合锁链式纽扣2所附带的开关，利用螺母2.5将可拆卸螺栓2.4拧紧。

步骤3：将耗能钢筋4两端连接接头4.1分别于上、下钢筋套筒3对中连接，耗能钢棒4两端连接接头4.1与钢筋套筒3通过匹配的螺纹3.2和螺纹4.2连接在一起，转动耗能钢筋4，直到整个耗能装置处于紧绷状态为止。整个转动过程应尽量保证耗能钢筋4两端连接接头4.1与上、下两个钢筋套筒3具有相同的连接长度。

步骤4：将可更换混凝土板6.2放置在底节段核心区6.1四周，利用预应力钢筋6.3、螺母6.4和垫板6.5对可更换混凝土板6.2施加横向预应力，使其与底节段核心区6.1连成一体。可更换混凝土板6.2建议采用配置钢筋网的纤维混凝土制成，以提高其防压碎能力。

步骤5：将上部其余节段和盖梁8沿竖向顺序放置无误后，利用无粘结预应力钢绞线9和配套锚具10施加竖向预应力，将承台5、各节段、盖梁8等各组件连接成完整的干接缝节段预制拼装桥墩。

值得注意的是，u型预埋接头1末端焊接在锚固钢板11上，用于增加锚固强度。

震后替换本发明的具体实施过程如下：

步骤1：放松无粘结预应力钢绞线9以消除竖向预应力，放松预应力钢筋6.3以消除横向预应力，拆下在地震作用过程中已经发生损伤的可更换混凝土板6.2。

步骤2：因耗能钢棒4在地震作用过程中被拉伸变长而使得整个耗能装置在震后不再处于紧绷状态，拧松螺母2.5并将可拆卸螺栓2.4卸下，打开锁链式纽扣2所附带的开关，将钢筋套筒3连同耗能钢棒4一同拆下。

步骤3：取用新的钢筋套筒3和耗能钢棒4，安照前述的安装本发明具体实施过程，将整个耗能装置安装成紧绷状态。

步骤4：取用新的可更换混凝土板6.2，将其放置在底节段核心区6.1四周，利用预应力钢筋6.3、螺母6.4和垫板6.5对新的可更换混凝土6.2施加横向预应力，使其与底节段核心区6.1连成一体。

步骤5：利用无粘结预应力钢绞线9和配套锚具10重新施加竖向预应力，完成对干接缝节段预制拼装桥墩的震损修复工作。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上做出各种变化。