一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构的制作方法

本发明涉及桥墩抗震加固领域，具体是一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构。

背景技术：

我国处在环太平洋地震带与欧亚地震带之间，是全球大陆地区地震最活跃的地区之一，发生的地震活动具有频度高、强度大、震源浅，分布广的特点。近几十年来发生的地震灾害，造成大量人员伤亡以及工程结构的破坏或倒塌；桥梁作为交通生命线的枢纽工程，一旦遭受地震破坏，不仅影响人民的正常生活，还会阻断抗震救灾的生命线，导致巨大的经济损失。

桥墩作为桥梁结构的竖向承重、水平抗力构件，对桥梁整体结构的稳定性与安全性起着极其重要的作用。传统的桥梁抗震设计准则大多基于位移以及延性设计，依据这种准则设计的桥梁在遇到较大的地震动时依靠墩底耗能产生塑性铰区域，从而避免较大的破坏，由此墩柱易发生形成弯曲塑性铰的弯剪破坏及弯曲破坏。震后为提升结构的承载能力及其安全性，势必需对受损桥墩进行加固。当前的加固结构均是对震后塑性铰区进行加固补强，使其恢复到不低于原初始抗力的状态，以期望应对下次地震。但这种加固结构，一方面因结构内部存在损伤，要恢复到原初始状态，加固增量难以确定，难度大且成本颇高。另一方面，结构抗震机理未发生改变，仍以桥墩自身抗力应对强大外部冲击力，后期势必损伤不断，易陷入“损伤-加固-损伤”的恶行循环。为寻求破解之道，可改变传统以抗对抗的抗震思路，基于不同抗震机理提供新型加固措施，给出性能更佳的抗震加固结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构。本实用新型针对震后受弯曲、弯剪破坏的混凝土桥墩，以震后破坏的塑性铰作为天然构造铰，无需强化加固，结构简单，实施便利，使加固后的桥墩不但拥有足够的轴向承载力，且能够在地震作用下摇摆自复位，同时具有较好减震耗能效果，可大幅降低后期再次地震损伤的风险，特别适用于解决震后尤其是位于地震频发地区桥梁的抗震加固问题。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是：

提供一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，包括塑性铰、弧形钢管混凝土翼柱、钢抱箍、钢垫板、钢构件、高阻尼弹簧、耗能材料；塑性铰位于桥墩底部，为桥墩震后破坏产生的天然塑性铰；钢抱箍利用螺栓连接在受损桥墩的塑性铰区域上侧；钢垫板焊接于钢抱箍外表面，弧形钢管混凝土翼柱通过焊接与钢垫板连为一体；钢构件一端与弧形翼柱连接，另一端与钢抱箍连接；高阻尼弹簧设置在弧形翼柱与基础之间；耗能材料填充在弧形翼柱与基础之间的空隙中。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本实用新型所述结构使桥墩具有更好的延性。保留并利用受损桥墩底部的塑性铰，通过桥墩底部与基础连接之间的弱化处理，放松了桥墩与基础的约束，使桥墩在地震作用下可以发生一定幅度的摇摆，提高的桥墩延性。

(2)本实用新型所述结构使桥墩具有自复位特性。墩底塑性铰区域上侧螺栓连接的悬臂弧形翼柱，使得原桥墩的重心降低，由此提高了桥墩的稳定性。同时，地震作用下，桥墩摇摆晃动，桥墩在重力、高阻尼弹簧的作用下恢复至原来位置，大大减少了结构震后永久残余变形。

(3)本实用新型所述结构具有良好的耗能特性。地震作用时，弧形翼柱下填充的耗能材料通过自身的拉伸或压缩变形为桥墩结构吸收和消耗地震能量。弧形翼柱下拥有较大空间，可填充大量耗能材料，使加固后桥墩获得较好的减震耗能能力。同时，耗能材料具有方便拆卸，易于更换的优点。

(4)本实用新型所述结构使震后桥墩的强度得到恢复。钢抱箍加固后墩柱混凝土受到有效约束，同时弧形翼柱及其下侧高阻尼弹簧协助桥墩承受竖向荷载，由此桥墩竖向承载能力得到保证。

附图说明

图1为本实用新型加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构的一种实施例的示意图。

图2为本实用新型加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构的一种实施例的钢垫板的俯视图

图3为本实用新型的自复位力学原理示意图(图中：1、桥墩；2、钢抱箍；3、螺栓；4、钢构件；5、弧形翼柱；6、钢垫板；7、耗能材料；8、塑性铰；9、高阻尼弹簧；10、基础)

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本实用新型，不限制

本技术：
权利要求的保护范围。

参见图1，本实用新型加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，包括钢抱箍2、钢构件4、弧形翼柱5、钢垫板6、耗能材料7、塑性铰8、高阻尼弹簧9。钢抱箍2利用螺栓3连接在受损桥墩1的塑性铰区域8上侧；钢垫板6焊接于钢抱箍2外表面，弧形翼柱5通过焊接与钢垫板6连为一体；钢构件4一端与弧形翼柱5连接，另一端与钢抱箍2连接；高阻尼弹簧9设置在弧形翼柱5与基础10之间；耗能材料7填充在弧形翼柱5与基础10之间的空隙中。

所述钢构件4可采用钢桁架、钢管等工程中常用的材料。

所述弧形翼柱5为弧形钢管混凝土柱，钢管直径大小为桥墩直径的60％～80％，弧形钢管的圆心角为30°～45°；

所述耗能材料7需要具备抗拉、抗压强度，可为叠层橡胶材料、其他新型减震耗能材料或减震装置；

本实用新型加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构的工作流程是：

步骤1、扶正受损桥墩1，清除塑性铰区域8破碎的混凝土，截断塑性铰区域8内严重鼓曲的钢筋，墩底塑性铰区域8灌注水泥砂浆；震后桥墩破坏位置处的塑性铰为弱化的天然构造铰，无需强化加固到等于或大于原初始抗力状态，使其保持弱化以确保能发生一定幅度的摇摆，提高的桥墩延性，减小后期地震作用对桥墩的破坏；

步骤2、将两个半圆钢抱箍2利用螺栓3连接在桥墩的塑性铰区域8上侧，用水泥浆充填缝隙，在钢抱箍2两侧焊接钢垫板6；

步骤3、在基础10上搭建临时支撑，将两个弧形钢管焊接至钢垫板6上，钢管直径大小为桥墩直径的60％～80％，弧形钢管的圆心角为30°～45°，朝弧形钢管内浇筑混凝土，利用钢构件4将弧形翼柱5与桥墩1上侧的钢抱箍2连接；

步骤4、拆除临时支撑，在弧形翼柱5与基础10之间设置高阻尼弹簧9，并填充拉压耗能材料7。

本实用新型加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构的工作原理是：

从力学角度分析，在未受地震作用时，桥墩受到支座传递的竖向荷载与重力g，基础对桥墩的支持力n，二力处在同一直线上，桥墩保持平衡状态。在地震作用下，由于桥墩墩底塑性铰的存在，桥墩开始较大幅度的摇摆，此时重力的作用线偏离支点，使重力对支点产生力矩，即抵抗力矩。同时，两侧弧形翼柱下设置的高阻尼弹簧在摇摆下一边被压缩，一边被拉伸，由此提供了抵抗倾斜的抗力f。桥墩倾斜的角度越大，重力作用线的偏移量随之增大，抗力矩随之增大。因此在地震引起的摇摆过程中，桥墩将朝着竖直的方向自复位，力学原理可参看图示3。

本实用新型未涉及之处适用于现有技术。

技术特征：

1.一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，其特征在于：该结构包括塑性铰、弧形钢管混凝土翼柱、钢抱箍、钢垫板、钢构件、高阻尼弹簧、耗能材料；塑性铰位于桥墩底部，为桥墩震后破坏产生的天然塑性铰；钢抱箍利用螺栓连接在受损桥墩的塑性铰区域上侧；钢垫板焊接于钢抱箍外表面，弧形钢管混凝土翼柱通过焊接与钢垫板连为一体；钢构件一端与弧形翼柱连接，另一端与钢抱箍连接；高阻尼弹簧设置在弧形翼柱与基础之间；耗能材料填充在弧形翼柱与基础之间的空隙中。

2.根据权利要求1所述的一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，其特征在于：所述的钢管混凝土翼柱所选用的钢管为弧形，弧形钢管的圆心角为30°～45°。

3.根据权利要求1所述的一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，其特征在于：所述弧形钢管混凝土翼柱的钢管直径为桥墩直径的60％～80％。

4.根据权利要求1所述的一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构，其特征在于：所述的耗能材料为叠层橡胶。

技术总结
本实用新型公开一种加固震后桥墩的非强化受损区融合弧形翼柱结构。包括：塑性铰、弧形钢管混凝土翼柱、钢抱箍、钢垫板、钢构件、高阻尼弹簧、耗能材料；塑性铰为桥墩震后破坏的天然塑性铰；钢抱箍栓接在受损桥墩的塑性铰区域上侧；钢垫板焊接于钢抱箍外侧，弧形钢管混凝土翼柱通过焊接至钢垫板上；钢构件将弧形翼柱与钢抱箍连接；高阻尼弹簧与耗能材料设置在弧形翼柱与基础之间。本实用新型所述结构能解决震后受弯曲、弯剪破坏桥墩承载能力不足，无法满足抗震要求的问题，使桥墩在地震作用下，利用天然损伤的塑性铰自由转动，降低对结构的二次伤害；支点偏移，形成对支点偏心抗力矩；弹性耗能材料起到减震耗能作用。

技术研发人员：黄海新;张望欣
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2019.03.01
技术公布日：2020.07.03