本發(fā)明涉及中高烈度區(qū)橋梁快速施工技術(shù)和抗震設(shè)計方法，特別涉及節(jié)段拼裝技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)和利用金屬材料耗能的減震隔震技術(shù)，屬于土木工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
干接縫節(jié)段拼裝橋墩因具有快速施工的優(yōu)勢和自復(fù)位能力，在包括港珠澳大橋和加拿大聯(lián)邦大橋在內(nèi)的一些跨江跨海大橋中得到了工程應(yīng)用。這一形式的橋墩是將墩身沿豎向分割成若干節(jié)段，縱向受力鋼筋在節(jié)段接縫處斷開，節(jié)段之間采用“干接縫”連接，或是在接縫處填充環(huán)氧樹脂來提高橋墩的耐久性，然后采用后張預(yù)應(yīng)力的方式將節(jié)段連接成整體。國內(nèi)外學(xué)者通過試驗和理論研究發(fā)現(xiàn)，干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力較差，并且容易在底節(jié)段發(fā)生壓碎。為提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩的耗能能力，目前在工程實踐和科學(xué)研究中使用最多的方法是在干接縫節(jié)段拼裝橋墩中內(nèi)置耗能鋼筋。這一方法雖然可以提高橋墩的耗能能力，但同時會導(dǎo)致震后橋墩的殘余變形增加，同時內(nèi)置的耗能鋼筋在震后也不易更換。針對干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下底節(jié)段容易壓碎的問題，工程中應(yīng)用最多的方法是對底節(jié)段混凝土增加約束來提高混凝土的變形能力，包括在底節(jié)段混凝土中增加箍筋用量、使用鋼管混凝土制作底節(jié)段或是在底節(jié)段混凝土外部包裹FRP，這一方法確實能夠減輕底節(jié)段在地震激勵下的損傷程度，但損傷的混凝土也存在震后不易更換的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，利用可更換UHPC板內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料層來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，使用該結(jié)構(gòu)不僅可以提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，而且能夠通過在震后更換受損的超高性能混凝土UHPC(UltraHighPerformanceConcrete，UHPC)板和其中內(nèi)置的鋼棒阻尼器和粘彈性材料層來快速修復(fù)受損橋墩，及時恢復(fù)橋梁的使用功能。技術(shù)方案：本發(fā)明是一種內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，利用可更換UHPC板內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料層來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，該結(jié)構(gòu)在橋墩底節(jié)段四邊的外側(cè)各布置兩塊相疊合的UHPC板，橋墩底節(jié)段外側(cè)與UHPC板之間設(shè)置粘彈性材料層，兩塊相疊合的UHPC板之間預(yù)留孔道用來放置由軟鋼芯棒和圓形鋼套管組成的鋼棒阻尼器；精軋螺紋鋼筋橫向穿過所述的UHPC板與橋墩底節(jié)段，精軋螺紋鋼筋的兩端通過高強螺母和鋼墊片錨固，通過精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力將所述的UHPC板與橋墩底節(jié)段組合成整體；所述的軟鋼芯棒通過帶螺紋的鋼套筒分別與上部節(jié)段和承臺的預(yù)埋鋼筋相連；所述的橋墩底節(jié)段和UHPC板與上部節(jié)段之間需設(shè)置橡膠墊層，防止在地震作用激勵下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段損傷，上部節(jié)段在與底節(jié)段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小。所述的預(yù)留孔道直徑略大于圓性鋼套管的直徑。所述的UHPC板使用摻入微細鋼纖維的UHPC進行制作。有益效果：本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下優(yōu)點：1.該發(fā)明采用能力保護原理將易損區(qū)與受保護區(qū)進行分離，利用精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力將作為易損區(qū)的UHPC板與作為受保護區(qū)的內(nèi)部底節(jié)段組合成整體，可在震后通過精軋螺紋鋼筋的放松和重新張拉，實現(xiàn)對受損UHPC板的快速更換。2.易損區(qū)采用UHPC板，可以充分利用UHPC因摻入鋼纖維而具有的“裂而不碎”的性質(zhì)以及因結(jié)構(gòu)密實而具有的耐腐蝕的性質(zhì)。3.在橋墩底節(jié)段和UHPC板之間設(shè)置粘彈性材料，通過計算保證在地震作用激勵下僅橋墩底節(jié)段與UHPC板之間發(fā)生較小的相對位移，利用粘彈性材料發(fā)生剪切變形時能夠耗能的工作原理，增加橋墩的耗能能力。4.在橋墩底節(jié)段四邊分別設(shè)置兩塊可更換UHPC板，用于放置鋼棒阻尼器的預(yù)留孔道設(shè)置在兩塊UHPC板之間，這樣的做法既有利于震后對鋼棒阻尼器進行觀察和更換，也有利于防止鋼棒阻尼器銹蝕。5.鋼棒阻尼器的直徑要稍小于預(yù)留孔道的直徑，軟鋼芯棒的上、下端通過鋼套筒分別與上部節(jié)段和承臺的預(yù)埋鋼筋相連，既有利于震后對鋼棒阻尼器的更換，也保證了芯棒在地震作用激勵下可以自由變形。6.干接縫節(jié)段拼裝橋墩底節(jié)段和UHPC板與上部節(jié)段之間需設(shè)置橡膠墊層，防止地震作用激勵下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷，這樣就保證了橋墩可能發(fā)生的損傷只集中在可更換的UHPC板，有利于震后及時恢復(fù)橋梁的使用功能，為抗震救災(zāi)贏得時間。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例構(gòu)造剖面圖；圖2是本發(fā)明實施例構(gòu)造俯視圖；圖中標號說明：1-橋墩底節(jié)段，2-UHPC板，3-粘彈性材料層，4-預(yù)留孔道，5-軟鋼芯棒，6-圓形鋼套管，7-精軋螺紋鋼筋，8-高強螺母，9-鋼墊片，10-鋼套筒，11-上部節(jié)段、12-預(yù)埋鋼筋，13-橡膠墊層。具體實施方式本發(fā)明是一種通過利用可更換UHPC板內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料層來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要使用可更換UHPC板、粘彈性材料層、軟鋼芯棒、圓形鋼套管、精軋螺紋鋼筋、高強螺母、鋼墊片、鋼套筒、預(yù)埋鋼筋和橡膠墊層。所述的可更換UHPC板在橋墩底節(jié)段四邊分別設(shè)置兩塊，UHPC板與橋墩底節(jié)段之間設(shè)置粘彈性材料層，粘彈性材料層與UHPC板之間通過膠結(jié)連接，與橋墩底節(jié)段之間通過摩擦力傳力，兩塊UHPC板之間預(yù)留孔道，用于放置軟鋼芯棒與鋼套管組成的鋼棒阻尼器，所述的孔道以橋墩中心呈對稱分布。所述的可更換UHPC板與內(nèi)部底節(jié)段通過精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力組合成整體，通過計算得到可更換UHPC板的厚度，利用UHPC因摻入鋼纖維具有“裂而不碎”的性質(zhì)，保證震后可更換UHPC板僅發(fā)生局部損傷而不致發(fā)生大面積壓碎，同時內(nèi)部底節(jié)段仍保持完好，足夠支撐上部恒載和連接不同節(jié)段所施加預(yù)應(yīng)力，通過震后更換UHPC板可以快速恢復(fù)橋墩。所述的粘彈性材料層與橋墩底節(jié)段之間的摩擦系數(shù)應(yīng)小于UHPC板之間的摩擦系數(shù)，通過施加合適的預(yù)應(yīng)力，保證在地震作用激勵下僅橋墩底節(jié)段與UHPC板之間發(fā)生較小的相對位移，粘彈性材料層能夠發(fā)生剪切變形而產(chǎn)生耗能，兩塊UHPC板之間沒有相對位移。所述的圓形鋼套管直徑稍小于孔道的直徑，其中軟鋼芯棒的上、下端通過鋼套筒分別與上部節(jié)段和承臺的預(yù)埋鋼筋相連，干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下會在水平方向發(fā)生搖擺，使得軟鋼芯棒受到反復(fù)拉壓而發(fā)生彈塑性變形，達到耗能的目的。其中鋼棒阻尼器中的鋼套管起到防止軟鋼芯棒發(fā)生屈曲破壞的作用，鋼套管與軟鋼芯棒之間填充環(huán)氧樹脂。所述的可更換UHPC板中的孔道及鋼棒阻尼器均為12個。干接縫節(jié)段拼裝橋墩底節(jié)段和UHPC板頂部需設(shè)置橡膠墊層，防止地震作用激勵下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷。同時上部節(jié)段在與底節(jié)段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小，這樣可以保證震后依次更換UHPC板時，橋墩仍能有效地將上部恒載和預(yù)應(yīng)力傳遞給承臺。本發(fā)明提供了一種通過利用可更換UHPC板內(nèi)置鋼棒阻尼器和粘彈性材料層來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎的方法如圖1，該方法涉及橋墩底節(jié)段1、UHPC板2、粘彈性材料層3、預(yù)留孔道4、軟鋼芯棒5、圓形鋼套管6、精軋螺紋鋼筋7、高強螺母8、鋼墊片9、鋼套筒10、上部節(jié)段11、預(yù)埋鋼筋12和橡膠墊層13。所述的可更換UHPC板中的預(yù)留孔道4及鋼棒阻尼器均為12個。本發(fā)明具體實施的過程如下：步驟1：將干接縫節(jié)段拼裝橋墩各節(jié)段從預(yù)制廠運至施工現(xiàn)場，各節(jié)段在承臺上沿豎向按順序放置無誤后，上部節(jié)段11底面已經(jīng)粘結(jié)好橡膠墊層13，通過后張預(yù)應(yīng)力將各節(jié)段連接成整體；步驟2：在底節(jié)段1四邊依次放置一塊UHPC板2，粘彈性材料層3在預(yù)制廠中已粘結(jié)在UHPC板2上如圖2；步驟3：將由軟鋼芯棒5和圓形鋼套管6組成的鋼棒阻尼器放置在UHPC板2的凹槽處，并通過鋼套筒10分別與上部節(jié)段11和承臺內(nèi)的預(yù)埋鋼筋12相連；步驟4：在底節(jié)段1四邊依次放置另一塊UHPC板2如圖2，兩塊UHPC板2在預(yù)留孔道4處對齊，此時鋼棒阻尼器剛好處在預(yù)留孔道4內(nèi)；步驟5：將精軋螺紋鋼筋7穿過預(yù)留在底節(jié)段1和UHPC板2上的孔道，按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011中關(guān)于張拉精軋螺紋鋼筋7的規(guī)定，利用相關(guān)設(shè)備對精軋螺紋鋼筋7施加預(yù)應(yīng)力，并使用高強螺母8和鋼墊片9對其錨固。在本實施例中，步驟2所述的UHPC板2由摻入微細鋼纖維的UHPC制作而成，UHPC板2厚度由計算得到，以保證內(nèi)部底節(jié)段1不發(fā)生損傷為計算原則。在本實施例中，步驟3所述的UHPC板2中預(yù)留孔道4及鋼棒阻尼器均為12個，預(yù)留孔道4直徑略大于圓形鋼套管6的直徑，當(dāng)干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下發(fā)生水平變形時，整個鋼棒阻尼器能夠自由變形，充分發(fā)揮耗能能力。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上做出各種變化。