雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁工程領(lǐng)域。特別涉及由無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和耗能組件控制結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)和殘余變形的一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，國(guó)土的大部分地區(qū)為地震區(qū)，特別是我國(guó)的西部地區(qū)多為強(qiáng)震區(qū)，地震活動(dòng)頻繁。橋梁是交通生命線的樞紐工程，其建設(shè)成本高，一旦遭到地震破壞，將會(huì)導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，且震后修復(fù)極其困難。直接發(fā)生在橋梁上的傷亡人數(shù)并不多，但是由于交通生命線損毀、中斷而造成的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡不可估量，造成救援人員不能及時(shí)到位，很多人因?yàn)闆](méi)有得到及時(shí)救援而加劇地震災(zāi)害。同時(shí)，遭受破壞的大型橋梁修復(fù)起來(lái)比較困難，嚴(yán)重影響災(zāi)區(qū)生產(chǎn)生活和災(zāi)后的重建工作。
[0003]目前橋梁抗震設(shè)計(jì)方法主要是圍繞延性抗震理念逐步發(fā)展的，即將鋼筋混凝土橋墩設(shè)計(jì)成延性構(gòu)件，并與重要的能力保護(hù)構(gòu)件形成強(qiáng)度安全等級(jí)差異。延性橋墩構(gòu)件的抗震機(jī)制是利用選定適合的塑性鉸區(qū)域，利用該區(qū)域彈塑性變形來(lái)耗散地震能量，并延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)基本周期，從而減小橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。通過(guò)合理延性抗震設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)可以滿足在地震中防止橋梁結(jié)構(gòu)倒塌，保護(hù)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。但是對(duì)于中矮橋墩，其在地震中易發(fā)生彎剪破壞，為了滿足延性抗震需求，需配置大量箍筋和縱向鋼筋，嚴(yán)重增大工程投資成本。更重要的是延性抗震設(shè)計(jì)方法不可避免地使橋墩發(fā)生損傷，尤其在強(qiáng)震作用下橋墩塑性鉸區(qū)域損傷將非常嚴(yán)重，并產(chǎn)生較大側(cè)向殘余位移，致使橋梁下部結(jié)構(gòu)在震后需要完全或部分重建才能提供交通運(yùn)輸功能。這些拆除、更換和修復(fù)工作致使交通中斷間接造成的經(jīng)濟(jì)損失更是難以估計(jì)。采用隔震支座和阻尼裝置的減隔震設(shè)計(jì)方法可以有效解決延性設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)在地震中不可避免損傷和震后修復(fù)耗費(fèi)巨大等問(wèn)題，并在近十年逐漸被廣泛應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)中。目前的減隔震方法最大缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)位移需要與支座系統(tǒng)相協(xié)調(diào)。在可能出現(xiàn)的最大地震荷載作用下，尤其是近場(chǎng)地震特性比較顯著的情況下，減隔震結(jié)構(gòu)提供的設(shè)計(jì)位移將非常大，可能導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)脫離支座，而當(dāng)上部結(jié)構(gòu)位移超過(guò)蓋梁或橋臺(tái)提供的支撐長(zhǎng)度時(shí)，會(huì)發(fā)生落梁。因此，采用減隔震支座的橋梁結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下有可能會(huì)發(fā)生橋梁嚴(yán)重破壞、甚至落梁和倒塌。而目前常用的隔震支座為疊層鋼板橡膠類(lèi)支座(鉛芯橡膠支座，高阻尼橡膠支座等)，其設(shè)計(jì)使用年限為50年，而橋梁工程設(shè)計(jì)壽命一般為100年，疊屋鋼板橡膠類(lèi)性能耐久性差，而支座更換極其困難，現(xiàn)有橋梁隔震支座很難解決此類(lèi)問(wèn)題，因此橋梁全生命周期成本增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述存在的缺陷，本發(fā)明提供一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，在保證足夠強(qiáng)度和剛度的前提下，降低結(jié)構(gòu)承受的地震力，提供有效耗能能力和自復(fù)位能力，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞和大殘余變形，以滿足抗震要求高的橋梁結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，其特性在于:所述雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系主要由橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)、鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、承臺(tái)(3)、粧基礎(chǔ)(4)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)、外置軟鋼阻尼器(6)、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)、橡膠墊層(12)、承臺(tái)預(yù)埋帶半球凸槽的鋼墊板(13)、鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)、形狀記憶合金環(huán)形物
(17)以及軟鋼環(huán)形物(18)組成，橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)的下面有并排的兩段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)，每段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)的下面為鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)，每段鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的下面為承臺(tái)(3)，每個(gè)承臺(tái)(3)的下面為并排的兩個(gè)粧基礎(chǔ)(4);
[0006]橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)與鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)之間通貫穿橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)與鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)部的四根平行的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)連接；所述橋梁上部結(jié)構(gòu)
(1)底部四根平行的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)之間通過(guò)鋼罩(16)預(yù)留圓柱形孔洞，圓柱形孔洞內(nèi)放置鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)，在鋼罩(16)與鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)之間布置有焊接在鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)上的形狀記憶合金空心圓柱物(17)和軟鋼空心圓柱物(18)，形狀記憶合金空心圓柱物(17)和軟鋼空心圓柱物(18)為上下關(guān)系；形狀記憶合金空心圓柱物(17)的中心軸和軟鋼空心圓柱物(18)的的中心軸與鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)的中心軸垂直；鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)的一端放置在鋼罩(16)，另一端位于鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)，位于鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)部的鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)段的外表面設(shè)有剪力栓釘。
[0007]鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(tái)(3)之間存在空間，鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(tái)(3)采用鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)連接；鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的上端插入鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)，且在此段鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)的外側(cè)表面有剪力栓釘，端部有鋼法蘭；承臺(tái)(3)的上表面設(shè)有圓臺(tái)孔洞，圓臺(tái)孔洞的上頂面面積大于下底面面積，圓臺(tái)孔洞底部為帶半球形凸起的鋼墊板(13)，帶半球形凸起的鋼墊板(13)的周邊有剪力栓釘且?guī)О肭蛐瓮蛊鸬匿搲|板(13)的周邊預(yù)埋在承臺(tái)(3)內(nèi)；圓臺(tái)孔洞側(cè)壁布置有一層橡膠墊層(12);鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的下端位于圓臺(tái)孔洞內(nèi)，鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)下端端口為帶有凹槽的鋼板，凹槽與鋼墊板(13)的半球形凸起貼合在一起；在鋼管混凝土橋墩節(jié)段
(5)外鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)和承臺(tái)(3)之間還有多個(gè)獨(dú)立的外置軟鋼阻尼器；無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)貫穿鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)和承臺(tái)(3)。
[0008]進(jìn)一步鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)中的鋼管內(nèi)部焊接有十字肋(21)，將鋼管內(nèi)部分為四部分，鋼管內(nèi)部表面每部分設(shè)有短肋，同時(shí)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)均均分布在四部分中。
[0009]所述鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)的1/3長(zhǎng)度的上部澆筑在鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)內(nèi)。
[0010]所述外置軟鋼阻尼器(6)由軟鋼內(nèi)芯(23)和高強(qiáng)金屬外套管(24)組成，軟鋼內(nèi)芯(23)兩端通過(guò)錨桿(22)連接承臺(tái)(3)與鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5);
[0011]所述無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋(7)依次穿過(guò)承臺(tái)(3)、帶半球形凸槽的鋼墊板(13)、鋼管混凝土橋墩節(jié)段(5)、鋼筋混凝土橋墩節(jié)段(2)、鋼管混凝土銷(xiāo)栓(15)以及橋梁上部結(jié)構(gòu)
(1)，兩端分別通過(guò)錨具(9)錨固在在承臺(tái)(3)底部和橋梁上部結(jié)構(gòu)(1)的上面。
[0012]無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋具有自復(fù)位功能。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
[0014]本發(fā)明的雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系，在地震作用下減隔震效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
[0015]1.由于橋墩-承臺(tái)和橋墩-上部結(jié)構(gòu)僅由無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋連接，接觸部分可以發(fā)生提離，因此，地震中橋墩上下端部彎矩可得到有效釋放，減小橋墩損傷，降低橋梁結(jié)構(gòu)所承受的地震力，并通過(guò)橋墩搖擺來(lái)耗散地震能量，有效控制橋墩在地震中的反應(yīng)。
[0016]2.在承臺(tái)頂部與橋墩截面變化處布置的軟鋼阻尼器起到耗散地震能量的作用，有效控制橋墩塑性變形的發(fā)展，使損傷集中于軟鋼阻尼器，起到保護(hù)橋墩的作用，且軟鋼阻尼器在震后較容易更換。
[0017]3.無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)以及形狀記憶合金圈的采用提供橋梁結(jié)構(gòu)自復(fù)位能力，有效控制橋墩殘余變形，保證橋梁結(jié)構(gòu)震后交通服務(wù)功能，減少震后修復(fù)工作。
[0018]4.本發(fā)明在橋墩和上部結(jié)構(gòu)之間不設(shè)置支座，可避免地震中支座脫落和主梁位移過(guò)大而引起的落梁；同時(shí)也避免了支座由于耐久性問(wèn)題需要定期檢測(cè)以及失效后更換的問(wèn)題。
[0019]5.本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有常規(guī)橋墩的設(shè)計(jì)改動(dòng)較小，容易實(shí)現(xiàn)，適用范圍廣，可減少橋墩的設(shè)計(jì)截面和配筋用量；震后破壞集中在軟鋼阻尼器，稍加修復(fù)便可使用，確保交通生命線不中斷，減少震后的修復(fù)成本和災(zāi)區(qū)重建時(shí)間。因此，本發(fā)明具有良好社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的外部示意圖。
[0021]圖2為圖1中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的A-A截面示意圖。
[0022]圖3為圖1中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的B-B截面示意圖。
[0023]圖4為圖2中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的D-D截面示意圖。
[0024]圖5為圖3中雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的F-F截面示意圖。
[0025]圖6為雙柱式搖擺隔震橋墩結(jié)構(gòu)體系的外置軟鋼阻尼器構(gòu)造示意圖。