一种横向装配式自复位型抗震挡块的制作方法

本实用新型涉及一种桥梁抗震结构，具体涉及一种横向装配式自复位型抗震挡块。

背景技术：

我国中小跨径钢筋混凝土梁式桥多采用直接搁置型的板式橡胶支座，即支座上下表面与梁底和盖梁均无锚固措施，主梁在强地震作用下会产生较大水平位移，因此，在桥墩盖梁和桥台台帽上设置混凝土横向挡块是有必要的。2008年汶川地震中有大量横向挡块破坏的现象发生，实际上挡块破坏在一定程度上约束了主梁在横桥向进一步的位移，不仅能起到保护支座的作用，还能起到防落梁的作用。根据能力保护设计的思想，混凝土抗震挡块通常被要求设计成“牺牲构件”或“保险丝单元”，美国加州桥梁抗震规范对桥台处混凝土抗震挡块最大水平承载力做出了相应的规定，以确保下部的桥台和基础不受地震破坏。然而，我国现行的桥梁抗震设计规范尽管提出了宜采用挡块防止横向落梁的措施要求，但并没有对抗震挡块的构造和配筋做出详细要求。

造成抗震挡块设计困难的原因之一是当前国内外采用的挡块结构形式多为整体式，即先在盖梁两端预留一定量的锚固钢筋，再通过现浇混凝土的形式将挡块与盖梁连成整体。设计这种整体式混凝土挡块时多按构造进行配筋，在横向地震力作用下的挡块的破坏机理复杂且受力模式不明确，难以设计成理想的“保险丝单元”形式，也难以满足多水准设防的要求。

为了解决上述存在的问题，相关学者和设计单位提出一些不同形式的挡块结构，包括滑移型挡块、摩擦型挡块、橡胶挡块、钢挡块和带阻尼挡块等等。这些新型挡块结构都能在一定程度上改善传统挡块的性能，但往往存在造价过高、施工工艺复杂或耐久性不足等问题而没能大面积推广使用。此外，专利申请人通过阅读大量国内外文献和规范发现，现有的各种挡块结构与盖梁或台帽之间的空间位置关系多为上下布置，即挡块所承担的横向水平力需要通过挡块与盖梁之间复杂的构造配筋或竖向预应力来实现，普通构造钢筋会导致挡块受力特征和传力途径并不明确，竖向预应力钢筋因长度太短而存在预应力损伤过大的问题，这也是造成挡块设计困难的原因之一。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种横向装配式自复位型抗震挡块，它在小震作用下具有牢固的横向限位能力，在大震作用下能通过挡块的转动耗能保护下部结构，具有较强的自复位功能，并且结构简单，施工方便。

为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：一种横向装配式自复位型抗震挡块，包括挡块本体，所述挡块本体横向设置在端盖梁的一端部，所述端盖梁的另一端连接中盖梁，所述挡块本体与端盖梁之间、端盖梁与中盖梁之间均通过横向榫卯拼接的方式连接，并分别设置了横向预应力钢筋和张拉锚具进行锚固，挡块本体、端盖梁和中盖梁为相互独立的构件，设计成横向卯榫连接构造，便于进行快速装配式施工，减小环境污染；预应力钢筋的数量由实际桥梁结构的横向地震力决定，以实现小震保护支座(指的是支承上部结构的传力装置，它不仅要传递很大的荷载，还要保证其支撑的上部结构按设计要求能产生一定的变位)、大震保护桥梁下部结构(包括桥墩、桥台和桩基)的功能，预应力钢筋表面采用环氧树脂等进行保护；张拉锚具为可实现二次张拉的锚具张拉系统，以减小预应力损失，必要时可调整挡块装配式施工时的预应力度，以满足各种抗震性能的需求；所述挡块本体与端盖梁之间的连接为可动性装配式连接，保证挡块本体在大震作用下可以向外转动；所述端盖梁与中盖梁之间的连接为永久性装配式连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述挡块本体和端盖梁均为超高性能混凝土结构(UHPC)，可以实现工厂预制养护成型，具有超强韧性和抗拉性，具有较高的承载能力，所述中盖梁为普通混凝土结构(NC)，经济性较好；中盖梁为标号C40或C50的普通混凝土。

进一步的，所述挡块本体上设有凸隼A；所述端盖梁一侧设有与凸隼A配套使用的凹槽A，另一侧设有凸隼B；所述中盖梁上设有与凸隼B配套使用的凹槽B。

进一步的，所述凸隼A和凸隼B分别为梯形结构、曲面结构、锯齿结构、矩形结构或波浪形结构中的任何一种。

进一步的，所述挡块本体的上部为斜腹板结构或直腹板结构。

进一步的，所述挡块本体和端盖梁均为相互独立的预制构件，所述中盖梁为现浇筑或预制构件，中盖梁中应预留有预应力管和锚具安装孔。

进一步的，所述挡块本体与端盖梁之间采用无粘结横向预应力钢束进行锚固，挡块本体锚固预应力张拉完成后采用钢板或橡胶块作为可拆卸式封锚处理，周边采用环氧树脂胶进行密封；挡块本体、端盖梁和中盖梁内均预留有预应力筋孔道A，预应力筋孔道A为PVC管或无缝钢管，拼接完成后管道内无需注浆，形成无粘结预应力体系；所述端盖梁与中盖梁之间采用有粘结横向预应力钢束进行锚固，端盖梁与中盖梁内预留有相应的预应力筋孔道B，预应力筋孔道B可以为塑料波纹管，预应力筋孔道B与预应力钢筋之间设有灌浆，灌浆过程在张拉完预应力以后进行，并采用真空压浆法进行注浆。

进一步的，所述挡块本体的抗拉强度为15MPa～30MPa、抗压强度为150MPa～200MPa。

上述横向装配式自复位型抗震挡块的施工方法，包括以下步骤：

a：桥梁下部结构墩柱的施工：根据桥梁结构设计图纸完成下部结构墩柱的施工，并预留中盖梁锚固钢筋；

b：中盖梁的施工：在墩柱顶部现场浇浇筑中盖梁，或者吊装预制好的中盖梁，中盖梁内预留有预应力筋孔道B；

c：端盖梁的预制与拼装施工：根据设计要求配置出端盖梁的混合料，然后在工厂预制模板内浇注端盖梁构件，端盖梁内预留有预应力筋孔道B，端盖梁采用榫卯连接方式与中盖梁之间进行拼装施工，张拉相应的横向预应力钢筋并进行管道灌浆和永久性封锚处理；

d：挡块本体的预制与拼装施工：根据设计要求配置出挡块本体的混合料，然后在工厂预制模板内浇注挡块本体构件，挡块本体内预留有预应力筋孔道A，挡块本体采用榫卯连接方式与端盖梁之间进行拼装施工，张拉相应的横向预应力钢筋并进行封锚处理；

e：接缝部位密封：在所有接缝部位采用环氧树脂进行密封。

进一步的，步骤c中的端盖梁和步骤d中的挡块本体均为超高性能混凝土结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块通过将挡块本体、端盖梁和中盖梁横向榫卯拼接的方式连接设置，并使用横向预应力钢筋和张拉锚具使上述三者之间具有较大的预应力，既可使挡块本体在小震作用下具有有效的横向限位功能以保护支座，又能利用其装配式横向预应力连接的特点，实现在大震和罕遇地震作用下的挡块本体与端盖梁间的反复离合(转动)耗能以保护桥梁下部结构的安全，保证大震可控或不倒；

2、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块采用挡块本体的横向布置，形成横向的预应力体系，还可利用横向预应力钢筋的抗拉极限强和弹性模量高的特点，实现挡块本体在震后的自复位功能，减小震后的残余变形和相应的修复费用；

3、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块使挡块本体与端盖梁之间采用无粘结预应力体系，可有效保证在巨震作用下挡块本体严重破坏时不会破坏端盖梁和中盖梁的整体性，后期维修阶段仅需更换挡块本体并重新张拉预应力即可，可实现桥梁结构震后的快速修复；

4、本实用新型与传统上下布置型挡块相比，构造简单，传力途径十分明确，可实现多水准设防，有利于桥梁结构的性能抗震设计；并可利用超高性能混凝土结构制成的挡块本体和端盖梁的超强韧性和抗拉性的特点，保证横向限位功能较好，使用寿命较长；

5、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块的施工过程简单，挡块本体、端盖梁和中盖梁三者为完全独立的构件，可以实现现场拼装，挡块本体、端盖梁可以实现工厂预制，中盖梁可以工厂预制，也可以现场浇筑，施工过程用时较少，还能有效节省劳力；

6、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块由于挡块本体、端盖梁和中盖梁三者为完全独立的构件，挡块本体若损坏时，更换也比较方便，成本较低，可保证施工后期的维护方便、经济；

7、本实用新型的横向装配式自复位型抗震挡块中的挡块本体、端盖梁均可在工厂预制并在桥梁施工现场完成装配施工，可减小现浇施工带来的环境污染。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型在大震作用下挡块本体的转动示意图(图中箭头方向为地震力的作用方向)；

图3是本实用新型实施例1中的挡块本体的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1中的端盖梁的结构示意图；

图5是本实用新型实施例1中的中盖梁的结构示意图；

图6是本实用新型实施例2中的挡块本体的结构示意图；

图7是本实用新型实施例3中的挡块本体的结构示意图。

图例说明：

1、挡块本体；11、凸隼A；2、端盖梁；21、凹槽A；22、凸隼B；3、中盖梁；31、凹槽B；4、预应力钢筋；5、张拉锚具；6、预应力筋孔道A；7、预应力筋孔道B；8、墩柱。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

实施例1：

如图1至图5所示，一种横向装配式自复位型抗震挡块，包括挡块本体1，挡块本体1横向设置在端盖梁2的一端部，端盖梁2的另一端连接中盖梁3，挡块本体1与端盖梁2之间、端盖梁2与中盖梁3之间均通过横向榫卯拼接的方式连接，并分别设置了横向预应力钢筋4和张拉锚具5进行锚固，预应力钢筋4为公称直径15.2mm的高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值fpk＝1860Mpa，弹性模量E＝195000MPa；挡块本体1与端盖梁2之间的连接为可动性装配式连接；端盖梁2与中盖梁3之间的连接为永久性装配式连接。

本实施例中，挡块本体1和端盖梁2均为超高性能混凝土结构，中盖梁3为普通混凝土结构。

本实施例中，挡块本体1上设有凸隼A11；端盖梁2一侧设有与凸隼A11配套使用的凹槽A21，另一侧设有凸隼B22；中盖梁3上设有与凸隼B22配套使用的凹槽B31。

本实施例中，凸隼A11为梯形结构，凸隼B22为矩形结构，施工时方便进行拼接，且能保证地震作用下能适应挡块本体1的刚性转动。

本实施例中，挡块本体1的上部为斜腹板结构。

本实施例中，挡块本体1和端盖梁2均为相互独立的预制构件，中盖梁3为现浇筑或预制构件。

本实施例中，挡块本体1与端盖梁2之间采用无粘结横向预应力钢束进行锚固，挡块本体1、端盖梁2和中盖梁3内均预留有预应力筋孔道A6；端盖梁2与中盖梁3之间采用有粘结横向预应力钢束进行锚固，端盖梁2与中盖梁3内预留有相应的预应力筋孔道B7，预应力筋孔道B7与预应力钢筋4之间设有灌浆。

本实施例中，挡块本体1的抗拉强度为15MPa～30MPa、抗压强度为150MPa～200MPa。

本实施例中，上述的横向装配式自复位型抗震挡块的施工方法包括以下步骤：

a：桥梁下部结构墩柱8的施工：根据桥梁结构设计图纸完成下部结构墩柱8的施工，并预留中盖梁3锚固钢筋；

b：中盖梁3的施工：在墩柱8顶部现场浇浇筑中盖梁3，或者吊装预制好的中盖梁3，中盖梁3内预留有预应力筋孔道B7；

c：端盖梁2的预制与拼装施工：根据设计要求配置出端盖梁2的混合料，然后在工厂预制模板内浇注端盖梁2构件，端盖梁2内预留有预应力筋孔道B7，端盖梁2采用榫卯连接方式与中盖梁3之间进行拼装施工，张拉相应的横向预应力钢筋4并进行管道灌浆和永久性封锚处理；

d：挡块本体1的预制与拼装施工：根据设计要求配置出挡块本体1的混合料，然后在工厂预制模板内浇注挡块本体1构件，挡块本体1内预留有预应力筋孔道A6，挡块本体1采用榫卯连接方式与端盖梁2之间进行拼装施工，张拉相应的横向预应力钢筋4并进行封锚处理；

e：接缝部位密封：在所有接缝部位采用环氧树脂进行密封。

本实施例中，步骤c中的端盖梁2和步骤d中的挡块本体1均为超高性能混凝土结构。

实施例2：

如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：凸隼A11为弧形结构，挡块本体1的上部为直腹板结构，其余结构与实施例1的相同。

实施例3：

如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于：凸隼A11为锯齿形结构，其余结构与实施例1的相同。