本實用新型涉及橋梁抗震技術領域，特別涉及一種用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構。

背景技術：

對于高架橋的雙柱式橋墩，常在兩墩橫向間設置一道或兩道柱狀橫系梁，不僅僅起到增加墩的整體穩(wěn)定性，還使地震發(fā)生時橋墩間因橫系梁的延性破壞而得到緩沖，橋墩不因地震的發(fā)生而導致突發(fā)性倒塌。傳統(tǒng)的橫系梁設計是采用鋼筋混凝土材料，并通過增大系梁的截面尺寸及配筋率來提高強度以及穩(wěn)定性，從而在一定程度上提高高架橋的抗震性能。

然而強震發(fā)生時僅僅利用鋼筋混凝土橫系梁來抵擋地震動所起的效用是有限的，抗震效果并不能隨截面尺寸和配筋率的提高而有明顯提升。對橋梁橋墩橫系梁設計的大量工程實踐表明，在地震荷載作用下，隨著地震動的影響，結構局部會發(fā)生不定向位移進而發(fā)生振動、搖晃，高架橋的雙柱式橋墩會發(fā)生彎曲變形，橋墩的變形擺動容易導致鋼筋混凝土橫系梁與橋墩連接處產生裂縫，裂縫的出現會降低橫系梁結構的耐久性，同時雙柱式橋墩變形引起的拉扯也容易使得鋼筋混凝土橫系梁的梁體受到損壞，從而影響了高架橋整體的穩(wěn)定性和抗震性能。

結構抗震減震控制的核心目的是在主體結構上加裝附加耗能系統(tǒng)從而轉移或耗散主體結構的地震能量，以保護主體結構在地震作用下不致破壞或將震損程度降至最低。但是，如果能將結構中的非主要受力部件替換為兼具其靜、動力性能的減震控制裝置，則可以達到對主體結構進行減震控制的目的。所以，鑒于雙柱式橋墩橫系梁的靜動力功能，開發(fā)能夠替代傳統(tǒng)橫系梁僅依靠鋼筋混凝土結構的新型橫系梁結構，既能滿足提高橋墩靜力穩(wěn)定性的功能，又能在地震作用下提供耗能功能，震后可更換、易修復，將對高架橋的抗震設計具有重要的工程意義和適用價值。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述不足，本實用新型的目的在于提供一種用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構，其與橋墩的連接部不易產生裂縫，且能夠在地震時轉移和耗散高架橋雙柱式橋墩承受的地震能量，降低橋墩的受震損害，從而幫助進一步提升高架橋整體的穩(wěn)定性和抗震性能。

為實現上述目的，本實用新型采用了如下的技術方案：

一種用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構，所述橫系梁結構包括兩個系梁連接段，以及連接在兩個系梁連接段之間的系梁中部段，所述系梁中部段和兩個系梁連接段均為鋼筋混凝土結構的橫向柱狀體；系梁連接段背向系梁中部段的一端設置有用于與橋墩固定連接的軟鋼連接件，系梁連接段朝向遠離系梁中部段一端的端面上具有橫向貫通設置的榫接凹槽；系梁中部段兩端的端面上均具有橫向延伸設置的榫接凸條，通過與兩個系梁連接段上的榫接凹槽相互榫接配合裝配，而實現與兩個系梁連接段的連接。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為優(yōu)選方案，所述軟鋼連接件包括在系梁連接段背向系梁中部段一端的端面上沿橫向間隔布置的多個軟鋼連接單元；每個軟鋼連接單元整體為豎向設置的軟鋼框架結構，包括矩形的軟鋼外框，以及傾斜地焊接于軟鋼外框內且連接軟鋼外框上兩個豎向側邊框的軟鋼斜支臂；軟鋼連接單元通過其軟鋼外框上的一個豎向側邊框固定安裝在系梁連接段背向系梁中部段一端的端面上，另一個豎向側邊框上具有用于與橋墩固定連接的連接安裝結構。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為改進方案，所述軟鋼連接單元中，軟鋼外框內位于其豎向側邊框與軟鋼斜支臂相連接位置處還橫向地焊接有連接軟鋼外框上兩個豎向側邊框的軟鋼橫支臂。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為優(yōu)選方案，所述系梁中部段采用超高性能混凝土預制而成。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為優(yōu)選方案，所述系梁中部段和兩個系梁連接段均為橫向設置的四棱柱狀體，且四條側棱邊上均具有45度倒角。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為改進方案，所述系梁中部段的四個四棱柱狀體側面上均設置有沿長度方向延伸的凸棱。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為優(yōu)選方案，所述凸棱的橫截面為朝向系梁中部段一側為長底邊、背向系梁中部段一側為短底邊的梯形狀。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為改進方案，所述系梁中部段與兩個系梁連接段的榫接接縫中灌注有防滑材料。

上述用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，作為優(yōu)選方案，所述防滑材料為軟鉛或瀝青。

相比于現有技術，本實用新型具有以下有益效果：

本實用新型的有益效果是，橫系梁中間的超高性能混凝土段能裝配式安裝在兩端鋼筋混凝土之間，能方便地安裝、更換，兩組橫系梁之間也用矩形榫頭無縫連接；橫系梁中間段和榫頭材料為超高性能混凝土，韌性好，變形量較大，受到地震動影響后不易完全失效而導致橫系梁的整體斷裂，因此可有效提高橫系梁以及橋墩的抗震性，有效地解決了普通鋼筋混凝土橫系梁受地震動影響后，從而失去整體性的問題。

1、本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構，其與橋墩連接位置處采用了軟鋼連接件，解決了橫系梁直接與橋墩連接而容易在連接處產生裂縫的問題，同時橫系梁的主體部分采用了系梁中部段與兩個系梁連接段通過橫向榫接配合裝配連接的三段式結構，利用該三段式結構之間的橫向滑動摩擦吸能減震以及軟鋼連接件的塑性能耗在縱向上的吸能減震，能夠幫助降低雙柱式橋墩在地震中發(fā)生橫向、縱向變形的加速度、慣性力和位移量等地震動力響應，從而降低橋墩的受震損害。

2、本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，橫系梁主體部分的三段式結構也使其具備了更好的可更換、易修復性能。

3、本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構中，還能夠通過在橫系梁主體的系梁中部段與兩個系梁連接段的榫接接縫中灌注防滑材料，增加兩個系梁連接段上的榫接凹槽與系梁中部段兩端的榫接凸條之間的橫向滑動時的摩擦耗能，并帶動防滑材料發(fā)生剪切塑流耗能現象，進一步的消耗地震能量，從而更進一步的提升橫系梁結構對雙柱式橋墩的耗能減震效果。

附圖說明

圖1為本實用新型橫系梁結構的一種具體實施方式的主視圖。

圖2為圖1所示橫系梁結構的側視圖。

圖3為本實用新型橫系梁結構中軟鋼連接件的一種具體實施結構示意圖。

圖4為本實用新型橫系梁結構中軟鋼連接件的另一種具體實施結構示意圖。

圖5為本實用新型橫系梁結構中軟鋼連接件的另一種具體實施結構示意圖。

圖6為本實用新型橫系梁結構中軟鋼連接件的另一種具體實施結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構進行進一步的說明。

參見圖1和圖2，本實用新型提供了一種用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構，該橫系梁結構包括兩個系梁連接段10，以及連接在兩個系梁連接段之間的系梁中部段20，系梁中部段20和兩個系梁連接段10均為鋼筋混凝土結構的橫向柱狀體；其中，系梁連接段10背向系梁中部段的一端設置有用于與橋墩固定連接的軟鋼連接件30，系梁連接段10朝向遠離系梁中部段一端的端面上具有橫向貫通設置的榫接凹槽11；系梁中部段20兩端的端面上均具有橫向延伸設置的榫接凸條21，通過與兩個系梁連接段上的榫接凹槽11相互榫接配合裝配，而實現與兩個系梁連接段的連接。

在本實用新型的橫系梁結構，其與橋墩連接位置處采用了軟鋼連接件，由于軟鋼有一定彈性模量，利用這一特性，在發(fā)生地震導致橋墩變形扭動時，軟鋼連接件則能夠在受拉、壓作用下呈塑性狀態(tài)，更好的保證與橋墩的連接不屈服、不被破壞，從而解決了現有技術中鋼筋混凝土橫系梁直接與橋墩連接而容易在連接處產生裂縫的問題；另一方面，橫系梁的主體部分采用了三段式結構，由兩個用于通過軟鋼連接件與橋墩固定連接的系梁連接段及其之間的系梁中部段構成，系梁中部段與兩個系梁連接段之間通過橫向榫接配合裝配連接，這樣以來，當高架橋承受地震作用時，高架橋的雙柱式橋墩在水平地震力的作用下發(fā)生彎曲變形，橋墩的變形擺動則會帶動橫系梁結構的兩個系梁連接段產生較大的彎矩動力響應和變形擺動，其中，雙柱式橋墩在橫向上的變形擺動會引發(fā)橫系梁結構的兩個系梁連接段與中間的系梁中部段發(fā)生橫向上的相對移動，使得兩個系梁連接段上的榫接凹槽與系梁中部段兩端的榫接凸條之間發(fā)生橫向的滑動摩擦，在摩擦力的作用下會促使橋墩承受的地震能量轉移到橫系梁結構上并通過摩擦生熱轉化為熱能耗散掉，而雙柱式橋墩縱向上的變形擺動會受到橫系梁結構整體的拉扯，并能夠通過軟鋼連接件的塑性能耗起到一定的地震能量消耗和減震效果，由此，便降低了雙柱式橋墩在地震中發(fā)生橫向、縱向變形的加速度、慣性力和位移量等地震動力響應，從而降低橋墩的受震損害，能夠有效的幫助進一步提升高架橋整體的穩(wěn)定性和抗震性能。

可以看到，在本實用新型的橫系梁結構中，軟鋼連接件起到了雙重的功效作用，不僅解決了橫系梁直接與橋墩連接而容易在連接處產生裂縫的問題，同時其自身的塑性能耗也起到一定的地震能量消耗和減震效果，幫助降低橋墩的受震損害，因此軟鋼連接件自身的結構設計也顯得較為重要。作為一種優(yōu)選的結構設計方案，如圖2所示，軟鋼連接件30可以包括在系梁連接段背向系梁中部段一端的端面上沿橫向間隔布置的多個軟鋼連接單元31；其中，如圖3所示，每個軟鋼連接單元31整體為豎向設置的軟鋼框架結構，該軟鋼框架結構包括矩形的軟鋼外框32，以及傾斜地焊接于軟鋼外框內且連接軟鋼外框上兩個豎向側邊框的軟鋼斜支臂33；軟鋼連接單元31通過其軟鋼外框32上的一個豎向側邊框固定安裝在系梁連接段背向系梁中部段一端的端面上，另一個豎向側邊框上具有用于與橋墩固定連接的連接安裝結構，具體實施時，該連接安裝結構可以是螺栓孔、錨栓安裝結構等。由此設計的軟鋼連接件結構，通過多個在系梁連接段的端面上沿橫向間隔布置的多個軟鋼連接單元共同提供連接支撐，每個軟鋼連接單元通過其軟鋼外框上的兩個豎向側邊框分別提供與系梁連接段和橋墩的固定連接，軟鋼斜支臂焊接在軟鋼外框中形成三角支撐，以保證每個軟鋼連接單元的連接支撐性能，并且如圖4所示，軟鋼外框中的軟鋼斜支臂33可以設置多根，并且可以交叉設置；為了更好的增強軟鋼連接單元的連接支撐性能，如圖5和圖6所示，其軟鋼外框32內位于其豎向側邊框與軟鋼斜支臂33相連接位置處還可以橫向地焊接有連接軟鋼外框上兩個豎向側邊框的軟鋼橫支臂34，與軟鋼斜支臂33配合形成更加穩(wěn)定的三角支撐結構，若軟鋼斜支臂33設置有多根，那么相應地，軟鋼橫支臂34也可以設置多根。當然，軟鋼連接件也可以采用其它的結構設計方式，只要能夠便于提供系梁連接段與橋墩之間的連接，并提供足夠的連接支撐能力即可。

此外，在本實用新型的橫系梁結構中，由于系梁中部段與兩個系梁連接段之間通過榫接配合裝配連接，因此在橫系梁結構與高架橋雙柱式橋墩的連接安裝施工中，可以先預制好鋼筋混凝土結構的系梁中部段和兩個系梁連接段，將兩個系梁連接段分別通過軟鋼連接件固定連接在兩個橋墩上之后，對兩個系梁連接段進行架設支撐，然后將系梁中部段榫接配合裝配到兩個系梁連接段之間即可，且在對系梁中部段進行榫接配合裝配過程中，由于兩個系梁連接段與橋墩之間均通過軟鋼連接件進行連接，因此利用軟鋼的彈塑性性能，能夠在一定范圍內調整兩個系梁連接段之間的間距使其與系梁中部段相適配，從而使得裝配操作更加簡便、易行，降低了施工難度；同時，由于在高架橋承受地震作用的過程中，系梁中部段會受到兩個系梁連接段的扭動、擠壓和拉扯，相對而言更容易受到損壞，而榫接配合裝配結構也使得系梁中部段能夠較為方便的從兩個系梁連接段之間取出而進行更換，當然，如果系梁連接段發(fā)生損壞也可以通過拆除軟鋼連接件與橋墩之間的連接而進行更換，由此使得該橫系梁結構具備了更好的可更換、易修復性能。

作為進一步的改進，考慮到本實用新型橫系梁結構中系梁中部段相對而言更容易受損，因此系梁中部段可以優(yōu)選采用超高性能混凝土預制而成，利用超高性能混凝土具有超高的耐久性和超高的力學性能的特點，提升系梁中部段的抗損性能，從而增強橫系梁結構的整體使用壽命以及對橋墩的抗震穩(wěn)定輔助能力；為了控制成本，在保證橫系梁結構整體性能的情況下，兩個系梁連接段可以采用普通的鋼筋混凝土預制而成；當然，兩個系梁連接段也可以采用超高性能混凝土預制而成，以盡可能增強橫系梁結構的整體綜合性能。

為了便于橫系梁結構的預制加工和運輸，如圖1和圖2所示，系梁中部段20和兩個系梁連接段10均優(yōu)選設計為橫向設置的四棱柱狀體，同時其四條側棱邊上最好均具有45度倒角，以減小橫系梁結構發(fā)生扭動形變時在側棱邊位置處的產生應力集中現象；此外作為進一步的優(yōu)化，系梁中部段20的四個四棱柱狀體側面上最好均設置有沿長度方向延伸的凸棱22，以提升系梁中部段在四個垂直于四棱柱狀體側面方向上的抗彎性能，并且凸棱22的橫截面優(yōu)選設計為朝向系梁中部段一側為長底邊、背向系梁中部段一側為短底邊的梯形狀，能夠更好的保證凸棱自身具備的力學性能；同時，在系梁中部段的四個四棱柱狀體側面上增設凸棱，利用凸棱在四棱柱狀體側面上形成的凸起結構，在對系梁中部段進行安裝、更換的過程中也更有利于對其進行夾持、吊裝的固定。

而作為本實用新型橫系梁結構在性能上的進一步改進，如圖1所示，在其結構主體的系梁中部段與兩個系梁連接段的榫接接縫中，還可以灌注防滑材料40，用以增大兩個系梁連接段上的榫接凹槽11與系梁中部段兩端的榫接凸條12之間發(fā)生橫向滑動摩擦的摩擦力，增加摩擦耗能，并且兩個系梁連接段上的榫接凹槽與系梁中部段兩端的榫接凸條之間的橫向滑動還會帶動防滑材料發(fā)生剪切塑流耗能現象，進一步的消耗地震能量，從而能夠進一步的提升橫系梁結構對雙柱式橋墩的耗能減震效果，更好的降低橋墩的受震損害。在具體的工程應用中，系梁中部段與兩個系梁連接段的榫接接縫中灌注的防滑材料可以采用軟鉛或瀝青；如果系梁中部段采用普通的鋼筋混凝土預制，考慮到可能需要對系梁中部段進行更換，防滑材料優(yōu)選采用軟鉛；如果系梁中部段（甚至兩個系梁連接段）采用超高性能混凝土預制，考慮到超高性能混凝土能夠延長使用壽命，系梁中部段的更換頻率更低，那么防滑材料可以優(yōu)選采用相比軟鉛而言具有更強粘附力的瀝青，能夠達到更好的吸能抗震效果。

綜上所述，可以看到，本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構，其與橋墩連接位置處采用了軟鋼連接件，解決了橫系梁直接與橋墩連接而容易在連接處產生裂縫的問題，同時橫系梁的主體部分采用了系梁中部段與兩個系梁連接段通過橫向榫接配合裝配連接的三段式結構，利用該三段式結構之間的橫向滑動摩擦吸能減震以及軟鋼連接件的塑性能耗在縱向上的吸能減震，能夠幫助降低雙柱式橋墩在地震中發(fā)生橫向、縱向變形的加速度、慣性力和位移量等地震動力響應，從而降低橋墩的受震損害；不僅如此，橫系梁主體部分的三段式結構也使其具備了更好的可更換、易修復性能，還能夠通過在三段式結構的榫接接縫中灌注防滑材料進一步的提升橫系梁結構對雙柱式橋墩的耗能減震效果；因此，本實用新型用于高架橋雙柱式橋墩的橫系梁結構能夠有效的幫助進一步提升高架橋整體的穩(wěn)定性和抗震性能。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。