一種新型圓鋼管橋墩的制作方法
【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)置防屈曲耗能殼體的圓鋼管橋墩，屬于橋梁工程中鋼橋墩技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]國(guó)內(nèi)外歷次震害經(jīng)驗(yàn)表明，橋梁在地震作用下是易損的。橋墩是橋梁結(jié)構(gòu)的主要承重結(jié)構(gòu)，其損壞與否對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體的損傷乃至破壞起著舉足輕重的作用。橋墩的嚴(yán)重破壞可能引起橋梁的倒塌，且在震后難以及時(shí)修復(fù)使用，給震后搶險(xiǎn)救災(zāi)帶來(lái)麻煩，造成的損失往往十分巨大。
[0003]現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外的橋墩一般都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，這種形式的橋墩抗壓性能好，但延性差，在歷次地震中都遭受?chē)?yán)重破壞?；炷翗蚨盏钠茐闹饕从谠O(shè)計(jì)和構(gòu)造兩方面的缺陷:1)橋墩抗彎設(shè)計(jì)不足，主要是橫向約束箍筋配置不足等；2)橋墩設(shè)計(jì)抗剪強(qiáng)度不足，致使剪切破壞先于延性的彎曲破壞。為了彌補(bǔ)鋼筋混凝土橋墩的缺陷，提高橋梁的抗震性能，在一些地震多發(fā)地區(qū)，如美國(guó)、日本、以及我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)，已逐漸采用鋼橋墩作為下部支撐結(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、施工快捷方便、震后易修復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。在探索新的橋墩結(jié)構(gòu)形式過(guò)程中，圓鋼管橋墩在各個(gè)方向均有較好的抗彎性能，具有抗壓能力強(qiáng)、外觀美觀等優(yōu)點(diǎn)，已成為頗有發(fā)展?jié)摿Φ慕Y(jié)構(gòu)形式之一。但在實(shí)際地震中圓鋼管橋墩根部殼板易發(fā)生局部屈曲變形，致使圓鋼管橋墩的延性和耗能能力急劇惡化。
[0004]耗能減震技術(shù)是一種有效、安全、經(jīng)濟(jì)的工程減震技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)已日漸成熟，是一種極具發(fā)展前景的抗震措施。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(zhǎng)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(gè)重要途徑。我國(guó)用于建筑抗震領(lǐng)域的低屈服點(diǎn)鋼，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度為lOOMPa、160MPa、225MPa三種級(jí)別。這為我國(guó)開(kāi)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】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種抗震性能好、便于震后損傷檢測(cè)及快速修復(fù)的新型圓鋼管橋墩。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種新型圓鋼管橋墩，包括從上到下依次焊固在一起的圓鋼管橋墩本體、橫隔板、防屈曲耗能殼體和底板；上述防屈曲耗能殼體的外形呈與上述圓鋼管橋墩本體的形狀相吻合的中空?qǐng)A柱形，上述防屈曲耗能殼體包括若干塊高強(qiáng)鋼弧形板和若干塊低屈服點(diǎn)鋼弧形板，上述高強(qiáng)鋼弧形板與上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板交替分布圍成上述防屈曲耗能殼體，上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板與上述高強(qiáng)鋼弧形板之間可拆卸連接在一起，且上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板的外表面與上述高強(qiáng)鋼弧形板的外表面相切；每一上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板的內(nèi)外兩側(cè)還分別鎖固有內(nèi)約束弧形鋼板和外約束弧形鋼板，上述內(nèi)、外約束弧形鋼板的弧度與上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板的弧度相同。
[0008]上述高強(qiáng)鋼弧形板的高度是上述圓鋼管橋墩本體橫截面直徑的1.0-1.2倍；上述高強(qiáng)鋼弧形板的橫截面弧長(zhǎng)為上述圓鋼管橋墩本體橫截面周長(zhǎng)的1/8 ;上述高強(qiáng)鋼弧形板的厚度/fs，式中，4為上述圓鋼管橋墩本體的壁板的屈服強(qiáng)度；為上述圓鋼管橋墩本體的壁板的厚度；?.β為上述高強(qiáng)鋼弧形板的材料屈服強(qiáng)度。
[0009]上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板的橫截面弧長(zhǎng)為上述圓鋼管橋墩本體橫截面周長(zhǎng)的1/8，上述低屈服點(diǎn)鋼弧形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。
[0010]上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板與上述高強(qiáng)鋼弧形板之間采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接在一起；或者，上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板、上述內(nèi)約束弧形鋼板、上述外約束弧形鋼板和上述高強(qiáng)鋼弧形板四者之間采用高強(qiáng)摩擦型螺栓連接在一起。
[0011]上述低屈服點(diǎn)鋼弧形板與上述內(nèi)、外約束弧形鋼板之間通過(guò)穿透三者的螺栓或預(yù)應(yīng)力螺栓連接；上述內(nèi)、外約束弧形鋼板上開(kāi)有橢圓型孔以便螺栓穿過(guò)且有足夠的滑移空間。
[0012]采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0013](I)充分發(fā)揮高強(qiáng)鋼的材料力學(xué)性能。高強(qiáng)鋼弧形板具有較大的極限彈性應(yīng)變值，為低屈服點(diǎn)鋼弧形板的屈服耗能提供保證；且高強(qiáng)鋼弧形板起到受力骨架作用，可提供足夠的承載能力和剛度。
[0014](2)充分發(fā)揮低屈服點(diǎn)鋼的剪壓屈服耗能能力。通過(guò)在低屈服點(diǎn)鋼弧形板的內(nèi)外兩側(cè)表面加設(shè)弧形約束鋼板的形式，可以有效防止薄壁低屈服點(diǎn)鋼弧形板發(fā)生彎曲屈曲，形成合理的受力區(qū)格，充分發(fā)揮低屈服點(diǎn)鋼弧形板剪壓屈服耗能能力。
[0015](3)震后可快速檢測(cè)評(píng)定圓鋼管橋墩的抗震性能，迅速修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)圓鋼管橋墩的抗震能力，確保作為生命線工程的橋梁保持暢通，對(duì)震后緊急救援和災(zāi)后重建具有至關(guān)重要作用。
[0016](4)施工工期短，施工快捷。圓鋼管橋墩各部件，包括低屈服點(diǎn)鋼弧形板、橫隔板等均可在工廠內(nèi)加工制作，現(xiàn)場(chǎng)僅需吊裝。對(duì)于城市交通流量大的路段，采用此圓鋼管橋墩可大幅縮短交通管制時(shí)間，也可以大大加快地震與突發(fā)事故后的道路修復(fù)速度。
[0017](5)本發(fā)明提供的新型圓鋼管橋墩具有抗震性能好、延性高、耗能能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明新型圓鋼管橋墩的立面示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明中防屈曲耗能殼體的第一種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明中低屈服點(diǎn)鋼弧形板與內(nèi)、外約束弧形鋼板的連接示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明中橫隔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為本發(fā)明中底板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為本發(fā)明中防屈曲耗能殼體第二種結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0025]本發(fā)明提供一種新型圓鋼管橋墩，如圖1所示，包括從上到下依次焊固在一起的圓鋼管橋墩本體100、橫隔板200、防屈曲耗能殼體300和底板400。
[0026]防屈曲耗能殼體300的外形呈與圓鋼管橋墩本體100的形狀相吻合的中空?qǐng)A柱形，橫隔板200為與圓鋼管橋墩本體100外形相吻合的圓形板，圓鋼管橋墩本體100和防屈曲耗能殼體300通過(guò)橫隔板200焊固在一起，橫隔板200可保證圓鋼管橋墩本體100與防屈曲耗能殼體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。
[0027]如圖2所示，防屈曲耗能殼體300包括若干塊高強(qiáng)鋼弧形板31和若干塊低屈服點(diǎn)鋼弧形板32，各高強(qiáng)鋼弧形板31與各低屈服點(diǎn)鋼弧形板32交替分布圍成中空?qǐng)A柱形的防屈曲耗能殼體300。低屈服點(diǎn)鋼弧形板32與高強(qiáng)鋼弧形板31可拆卸連接在一起，且低屈服點(diǎn)鋼弧形板32的外表面與尚強(qiáng)鋼弧形板31的外表面相切。具體地:尚強(qiáng)鋼弧形板31外側(cè)壁的兩側(cè)端部上分別凹設(shè)有沿低屈服點(diǎn)鋼弧形板32的高度方向延伸的，并供低屈服點(diǎn)鋼弧形板32的側(cè)端部疊設(shè)于內(nèi)的安裝凹陷，低屈服點(diǎn)鋼弧形板32的側(cè)端部通過(guò)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(zhǎng)期使用過(guò)程中連接螺栓松動(dòng)，采用雙螺帽連接形式。
[0028]高強(qiáng)鋼弧形板31的高度是圓鋼管橋墩本體100橫截面直徑的1.0-1.2倍；高強(qiáng)鋼弧形板31的橫截面弧長(zhǎng)為圓鋼管橋墩本體100橫截面周長(zhǎng)的1/8 ;高強(qiáng)鋼弧形板31的厚度、=2f# /fs，式中，f||為圓鋼管橋墩本體100的壁板的屈服強(qiáng)度；t#為圓鋼管橋墩本體100的壁板的厚度Js為高強(qiáng)鋼弧形板31的材料屈服強(qiáng)度(采用390MPa、420MPa或460MPa