一種新型箱形鋼橋墩的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土木工程領(lǐng)域鋼橋墩耗能結(jié)構(gòu)形式，具體指一種根部設(shè)置防屈曲耗能框體的箱形鋼橋墩，屬于橋梁工程中鋼橋墩技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]地震災(zāi)害具有突發(fā)性和毀滅性，嚴(yán)重威脅著人類生命、財產(chǎn)的安全。我國地處世界上兩個最活躍的地震帶上，是遭受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。而交通運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵環(huán)節(jié)一橋梁，在抗震救災(zāi)中擔(dān)任著運(yùn)輸物資、搶救生命的重大責(zé)任，研宄橋梁新型抗震體系的意義重大。
[0003]當(dāng)前基于延性設(shè)計的橋墩中，預(yù)設(shè)的截面延性變形機(jī)制主要通過橋墩結(jié)構(gòu)材料的屈服形成截面塑性鉸來實現(xiàn)。但存在以下幾點(diǎn)不足:1、截面延性變形過大難以局部恢復(fù)，進(jìn)而導(dǎo)致被整體拆除；2、即便延性變形在限制內(nèi)，設(shè)計截面的承載力和剛度都會明顯下降，不利于繼續(xù)工作；3、對于交通生命線上的橋墩拆除和重建會阻礙交通，加劇城市交通擁堵現(xiàn)象。
[0004]在地震動作用下，水平地震力將集中作用于上部結(jié)構(gòu)，并傳遞到下部橋墩。相對于下部橋墩，橋梁的上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度都足夠大，因此，與上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)承臺相比，下部橋墩的抗震設(shè)計和性能尤為重要?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外的橋墩大多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，這種形式的橋墩抗壓性能好，但延性差，在地震中易破壞，且在地震過后，即便結(jié)構(gòu)不發(fā)生倒塌，也會因發(fā)生過大的、不可恢復(fù)的塑形變形，而最終需要拆除、重建。給震后搶險救災(zāi)帶來麻煩，造成的間接損失也十分巨大。
[0005]為了提高橋梁的抗震性能，在一些地震頻發(fā)地區(qū)，如美國、日本、以及我國的臺灣地區(qū)，已開始用鋼橋墩作為橋梁的下部支撐結(jié)構(gòu)。與鋼筋混凝土橋墩相比，鋼橋墩不僅具有良好的抗震性能，還具有自重輕、占地少、施工方便快捷、震后檢測修復(fù)方便等顯著優(yōu)點(diǎn)。我國在城市高架橋、高速公路橋梁以及人行天橋等建設(shè)中，正逐漸采用鋼橋墩作為橋梁的下部支撐構(gòu)件。而箱形鋼橋墩在兩個主軸方向均有較好的抗彎性能，在實際工程中應(yīng)用更為普遍。但是在地震中箱形鋼橋墩根部壁板易發(fā)生局部屈曲變形，致使箱形鋼橋墩的抗震性能急劇惡化。
[0006]低屈服點(diǎn)鋼的力學(xué)特點(diǎn)是屈服強(qiáng)度低，屈服應(yīng)變小，強(qiáng)度穩(wěn)定，變形能力強(qiáng)。低屈服點(diǎn)鋼有非常強(qiáng)的耗能能力，并且有很長的低周循環(huán)疲勞壽命，可焊性好等優(yōu)點(diǎn)。用低屈服點(diǎn)鋼材制成的耗能裝置可減少中震后的修復(fù)工作，并能顯著降低大震下結(jié)構(gòu)的損傷。因此低屈服點(diǎn)鋼的應(yīng)用成為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)變形耗能的一個重要途徑。我國用于建筑抗震領(lǐng)域的低屈服點(diǎn)鋼，現(xiàn)已開發(fā)出屈服強(qiáng)度為100MPa、160MPa、225MPa三種級別。這為我國開展低屈服點(diǎn)鋼在建筑耗能減震領(lǐng)域的應(yīng)用研宄提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)條件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種新型箱形鋼橋墩，其抗震性能好、便于震后損傷檢測及快速修復(fù)。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]一種新型箱形鋼橋墩，包括從上到下依次焊固在一起的箱形鋼橋墩本體、橫隔板、防屈曲耗能框體和底板，上述防屈曲耗能框體的外形呈與上述箱形鋼橋墩本體的形狀相吻合的中空方形體結(jié)構(gòu)，上述防屈曲耗能框體具有四塊直角L形的高強(qiáng)鋼板和四塊平板狀的低屈服點(diǎn)鋼板，四塊上述高強(qiáng)鋼板構(gòu)成上述中空方形體的四個角，相鄰兩塊上述高強(qiáng)鋼板的相應(yīng)臂之間通過一塊上述低屈服點(diǎn)鋼板可拆卸地連接在一起，各上述低屈服點(diǎn)鋼板的外側(cè)面與各上述高強(qiáng)鋼板的相應(yīng)臂的外側(cè)面相齊平；每一上述低屈服點(diǎn)鋼板的內(nèi)外兩側(cè)還分別鎖固有內(nèi)約束鋼板和外約束鋼板，設(shè)置上述內(nèi)、外兩約束鋼板可防止薄壁低屈服點(diǎn)鋼板發(fā)生平面外彎曲屈曲，保證低屈服點(diǎn)鋼板剪壓屈服耗能。
[0010]上述高強(qiáng)鋼板的高度為上述箱形鋼橋墩本體的橫截面最大外形尺寸的1.0-1.5倍；上述高強(qiáng)鋼板的單臂的臂長為上述箱形鋼橋墩本體相應(yīng)橫截面寬度的1/4 ;上述高強(qiáng)鋼板的厚度ts = 2f# /fa,式中，f||為上述箱形鋼橋墩本體的壁板的屈服強(qiáng)度，t#為上述箱形鋼橋墩本體的壁板的厚度，為上述高強(qiáng)鋼板的材料屈服強(qiáng)度；構(gòu)成上述防屈曲耗能框體的四角處的上述高強(qiáng)鋼板起到受力骨架作用，可提供足夠的承載能力和剛度，且其極限彈性應(yīng)變值較大，可保證上述低屈服點(diǎn)鋼板屈服耗能。
[0011]上述低屈服點(diǎn)鋼板的寬度為上述箱形鋼橋墩本體相應(yīng)橫截面寬度的1/2，上述低屈服點(diǎn)鋼板與上述橫隔板和橋墩下部基礎(chǔ)頂面之間均留有20mm-30mm距離。
[0012]上述低屈服點(diǎn)鋼板與上述高強(qiáng)鋼板之間采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接在一起；或者，上述低屈服點(diǎn)鋼板、上述內(nèi)約束鋼板、上述外約束鋼板和上述高強(qiáng)鋼板四者之間采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接在一起。
[0013]上述低屈服點(diǎn)鋼板與上述內(nèi)、外約束鋼板之間通過穿透三者的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接；上述內(nèi)、外約束鋼板上開有橢圓型孔以便螺栓穿過且有足夠的滑移空間。
[0014]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0015](I)充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼的材料力學(xué)性能。高強(qiáng)鋼板具有較大的極限彈性應(yīng)變值，為低屈服點(diǎn)鋼板屈服耗能提供保證；且高強(qiáng)鋼板起到受力骨架作用，可提供足夠的承載能力和剛度。
[0016](2)充分發(fā)揮低屈服點(diǎn)鋼的剪壓屈服耗能能力。通過在低屈服點(diǎn)鋼板兩側(cè)加約束鋼板的形式，可以有效防止薄壁低屈服點(diǎn)鋼板發(fā)生平面外彎曲屈曲，充分發(fā)揮低屈服點(diǎn)鋼板剪壓屈服耗能能力。
[0017](3)震后可快速檢測評定橋墩的抗震性能，迅速修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)箱形鋼橋墩的抗震能力，確保作為生命線工程的橋梁保持暢通，對震后緊急救援和災(zāi)后重建具有至關(guān)重要作用。
[0018](4)現(xiàn)場施工快捷。箱形鋼橋墩各部件，包括低屈服點(diǎn)鋼板、橫隔板等均可在工廠內(nèi)加工制作，現(xiàn)場僅需吊裝。對于城市交通流量大的路段，采用此箱形鋼橋墩可大幅縮短交通管制時間，因此，在城市立交橋、高架橋及人行天橋新建及改建工程中應(yīng)用效果更顯著。
[0019](5)本發(fā)明提供的箱形鋼橋墩具有抗震性能好、延性高、耗能好等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明新型箱形鋼橋墩的立面圖。
[0021]圖2為本發(fā)明中防屈曲耗能框體的第一種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0022]圖3為本發(fā)明中低屈服點(diǎn)鋼板與內(nèi)、外約束鋼板的安裝示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明中橫隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明中底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本發(fā)明中防屈曲耗能框體第二種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0027]本發(fā)明提供一種新型箱形鋼橋墩，如圖1所示，包括從上到下依次焊固在一起的箱形鋼橋墩本體100、橫隔板200、防屈曲耗能框體300和底板400。
[0028]防屈曲耗能框體300的外形呈與箱形鋼橋墩本體100的形狀相吻合的中空方形體結(jié)構(gòu)，橫隔板200為尺寸與箱形鋼橋墩本體100的橫截面相符的方形板，箱形鋼橋墩本體100和防屈曲耗能框體300通過橫隔板200焊固在一起，橫隔板200可保證箱形鋼橋墩本體100與防屈曲耗能框體300傳力順暢，形成整體共同抵抗外部荷載作用；為減輕自重和方便使用階段檢修維護(hù)，如圖4所示，橫隔板200中間設(shè)置圓形孔洞21。
[0029]如圖2所示，防屈曲耗能框體300具有四塊直角L形的高強(qiáng)鋼板31和四塊平板狀的低屈服點(diǎn)鋼板32，四塊高強(qiáng)鋼板31兩兩并列構(gòu)成上述中空方形體的四個角，相鄰兩塊高強(qiáng)鋼板31的相應(yīng)臂之間通過一塊低屈服點(diǎn)鋼板32可拆卸地連接在一起，具體地:高強(qiáng)鋼板31外側(cè)壁的兩側(cè)端部上分別凹設(shè)有沿低屈服點(diǎn)鋼板32的高度方向延伸的，并供低屈服點(diǎn)鋼板32的側(cè)端部疊設(shè)于內(nèi)的安裝凹陷，低屈服點(diǎn)鋼板32的側(cè)端部通過若干高強(qiáng)摩擦型連接螺栓500鎖固在此安裝凹陷內(nèi)。連接螺栓500由螺桿、螺母、鋼墊片組成，為防止長期使用過程中連接螺栓松動，采用雙螺帽連接形式。
[0030]相鄰兩塊高強(qiáng)鋼板31的相應(yīng)臂與連接于它們之間的一塊低屈服點(diǎn)鋼板32構(gòu)成防屈曲耗能框體300的一個側(cè)壁。于防屈曲耗能框體3