FRP约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构的制作方法

本发明属于建筑结构技术领域，具体涉及frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构。

背景技术：

在强震作用下，传统抗震桥梁的桥墩端部会发生破坏，该破坏的修复较为耗时，严重影响了震后的交通恢复。为了解决上述问题，近年来，研究人员提出了一类自复位摇摆式桥墩。该桥墩在发生较大侧向位移后仍能实现自我复位，震后基本没有损伤。但对于普通的钢筋混凝土自复位桥墩，桥墩的边缘混凝土容易在摇摆过程中发生破坏，导致预应力大量损失，大大减弱了桥墩的自复位能力。

技术实现要素：

本发明所要解决的主要技术问题是提供一种自复位摇摆式桥墩结构，能够防止桥墩边缘混凝土的破碎，使得震后桥墩的自复位能力基本保持不变。

为了解决上述的技术问题，本发明提供了frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构，包括：frp-混凝土-钢双壁空心柱，后张预应力筋，软钢，锚固钢筋，帽梁，锚固装置以及基础；

所述frp-混凝土-钢双壁空心柱连接在基础和帽梁之间，所述后张预应力筋的一端与帽梁上表面预留的孔道固定，另一端穿过frp-混凝土-钢双壁空心柱后与基础下表面固定；所述软钢设置在frp-混凝土-钢双壁空心柱与基础、帽梁的之间；所述锚固钢筋焊接在软钢的圆环面上，并嵌入设置在帽梁和基础内部；所述锚固装置位于帽梁上端和基础下端，用于锚固后张预应力筋；

所述frp-混凝土-钢双壁空心柱包括同轴心嵌套设置的钢管和frp管，以及填充在二者之间的混凝土；

所述软钢的屈服强度低于200mpa，在软钢屈服时，frp管约束的混凝土仍未达到其峰值强度，防止了桥墩受压边缘混凝土的破碎，使得震后桥墩的自复位能力基本保持不变；

所述后张预应力筋是指采用了后张法施加预应力的钢筋，具有较高的屈服强度，保证了结构拥有足够的自复位能力。

在一较佳实施例中：所述基础留有人孔，所述人孔是一个通道以便工人进入基础以进行锚固后张预应力筋。

在一较佳实施例中：所述混凝土为轴心抗压强度150mpa以上的超高强混凝土。

在一较佳实施例中：所述软钢的厚度为桥墩摇摆时桥墩下底面上离转动点最远端点的竖直移动距离的6倍及以上。

在一较佳实施例中：所述后张预应力筋的布置数量为至少一个，当桥墩摇摆到最大角度时，后张预应力筋的拉力小于其屈服强度。

在一较佳实施例中：所述软钢的形状为空心圆柱，其内圆直径小于钢管的内直径，外圆直径大于frp管的外直径。

在一较佳实施例中：所述软钢嵌入基础和帽梁。

在一较佳实施例中：所述软钢的嵌入深度为软钢厚度的2/3。

在一较佳实施例中：所述frp管为一种由纤维材料与基体材料按一定比例混合后形成的高性能材料，用于约束混凝土，使约束后的混凝土轴心抗压强度达到200mpa以上。

本发明还提供了上述桥墩结构的施工方法，包括以下步骤：

第一步：在软钢的下表面焊上钢筋，预制frp-混凝土-钢双壁空心柱，预制嵌有软钢的帽梁并预留安装后张预应力筋的孔道。

第二步：预留基础中安装后张预应力筋的孔道，定位软钢的位置，浇筑基础。

第三步：待基础混凝土凝固与软钢结为一体后，将预制的frp-混凝土-钢双壁空心柱放置在软钢上，其下底面同心圆圆心应与软钢上底面同心圆圆心重合。

第四步：将预制的帽梁放置在frp-混凝土-钢双壁空心柱上，其带有软钢的一侧朝下与空心柱接触，软钢下底面同心圆圆心应与空心柱上底面同心圆圆心重合。

第五步：将后张预应力筋穿过预留的孔道，施加预应力，并在帽梁上端和基础下端锚固后张预应力筋。

本发明相对于现有技术本发明具有以下优点及突出效果：

1、该结构连接更简单，其简化的施工技术和较多可预制的构件加快了桥梁施工；

2、塑性良好的软钢大大增加了能量耗散；

3、该结构采用150mpa以上的超高强混凝土，并采用frp管进行约束，使约束后的混凝土强度达到200mpa以上。在软钢屈服时，混凝土仍未达到其峰值强度，防止了桥墩边缘混凝土的破碎，使得震后桥墩的自复位能力基本保持不变

3、该结构无需设置额外阻尼器，节省了使用阻尼器而产生的高额费用。

附图说明

图1为frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构的立体图；

图2为frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构的正视图；

图3为frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构的正视刨面图；

图4为frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构的左视图；

图5为软钢立体图；

图6为软钢正视图。

图中：1－frp-混凝土-钢双壁空心柱；1.1－frp管；1.2－混凝土；1.3－钢管；2－后张预应力筋；3－软钢；4－锚固钢筋；5－帽梁；6－锚固装置；7－基础；7.1－人孔。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方法作进一步描述。

frp约束混凝土空心自复位-软钢挤压耗能桥墩结构，包括frp-混凝土-钢双壁空心柱1，后张预应力筋2，软钢3，锚固钢筋4，帽梁5，锚固装置6以及基础7。

所述frp-混凝土-钢双壁空心柱1连接在基础7和帽梁5之间，所述后张预应力筋2的一端与帽梁5上表面预留的孔道固定，另一端穿过frp-混凝土-钢双壁空心柱1后与基础7下表面固定；所述软钢3设置在frp-混凝土-钢双壁空心柱1与基础7、帽梁5之间；锚固钢筋4焊接在软钢3的圆环面上，并嵌入帽梁5和基础7内部；锚固装置6位于帽梁5上端和基础7下端，用于锚固后张预应力筋2；

所述frp-混凝土-钢双壁空心柱1包括同轴心嵌套设置的钢管1.3和frp(纤维增强复合材料)管1.1，以及填充在二者之间的混凝土1.2；

所述frp管1.1为一种由纤维材料与基体材料(树脂)按一定比例混合后形成的高性能材料，用于约束混凝土1.2，使约束后的混凝土1.2轴心抗压强度达到200mpa以上。

所述软钢3是一种含碳量较低，塑性较好的钢材，能承受较大变形，增加能量耗散，并且其软钢3屈服强度低于200mpa，在软钢3屈服时，frp管1.1约束的混凝土1.2仍未达到其峰值强度，防止了桥墩受压边缘混凝土1.2的破碎，使得震后桥墩的自复位能力基本保持不变。

所述后张预应力筋2是指采用了后张法施加预应力的钢筋，具有较高的屈服强度，保证了结构拥有足够的自复位能力。

所述锚固钢筋4焊接性能良好，焊接于软钢3下底面上，具体位置为以同心圆圆心为圆心，直径为两个同心圆直径之和的一半的圆上，所述锚固钢筋4拥有足够的锚固长度，保证软钢3与帽梁5，软钢3与基础7间拥有足够的粘结力。

所述帽梁5内设置有软钢3，其软钢3嵌入帽梁5的下底面。所述锚固装置6位于帽梁5上端和基础7下端，用于锚固后张预应力筋2。在桥墩摇摆过程中，所述锚固装置6不发生较大变形或破坏，且与后张预应力筋2连接牢固，保证了后张预应力筋2的张力有效传递到帽梁5和基础7上，使得桥墩成功实现自我复位。

所述基础7留有人孔7.1，所述人孔7.1是一个通道以便工人进入基础7进行锚固后张预应力筋2。所述基础7及所述帽梁5都应预留安装后张预应力筋2的孔道。

本发明的部分组件安装尺寸及其他考虑如下：

1、软钢3厚度应为桥墩摇摆时桥墩下底面上离转动点最远端点的竖直移动距离的6倍及以上，以保证软钢3的较大变形幅度(软钢3的伸长率一般为24％～36％)。

2、后张预应力筋2布置为1个及以上，其中安装2个及以上的后张预应力筋2较好，当桥墩摇摆到最大角度时，其拉力不应达到其屈服强度。

3、软钢3形状为空心圆柱，其内圆直径小于钢管1.3的内直径，外圆直径大于frp管1.1的外直径。软钢3应被嵌入基础7和帽梁5，嵌入深度为2/3乘以软钢3厚度。

4、锚固钢筋4为4个及以上。

本发明的施工方法包括以下步骤：

第一步：在软钢3的下表面焊上钢筋，预制frp-混凝土-钢双壁空心柱1，预制嵌有软钢3的帽梁5并预留安装后张预应力筋2的孔道。

第二步：预留基础7中安装后张预应力筋2的孔道，定位软钢3的位置，浇筑基础7。

第三步：待基础7混凝土1.2凝固与软钢3结为一体后，将预制的frp-混凝土-钢双壁空心柱1放置在软钢3上，其下底面同心圆圆心应与软钢3上底面同心圆圆心重合。

第四步：将预制的帽梁5放置在frp-混凝土-钢双壁空心柱1上，其嵌有软钢3的一侧朝下与空心柱接触，软钢3下底面同心圆圆心应与空心柱上底面同心圆圆心重合。

第五步：将后张预应力筋2穿过预留的孔道，施加预应力，并在帽梁5上端和基础7下端锚固后张预应力筋2。

上文所述，仅为本发明较佳的实施范例，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。