CN105735111A - 桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种桥梁墩底自复位摇摆隔震设计方法,适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型连续梁结构建筑物,该设计能够对结构起到减震作用,并具有震后自复位功能,提高结构整体抗震性能,属于桥梁等建筑结构抗震领域。桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形,椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内,并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动,上封板在承台上方与承台相连;承台的下方与桩基础相连。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁墩底自复位摇摆隔震设计方法,适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型连续梁结构建筑物,该设计能够对结构起到减震作用,并具有震后自复位功能,提高结构整体抗震性能,属于桥梁等建筑结构抗震领域。
背景技术
墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法是在地震下使结构与基础分离,从根本上减小强震时地震输入结构的能量,降低结构的地震响应。相比一些简单的平面墩底隔震设计,该椭球面墩底隔震设计具有如下优点:1)不仅具有更好的隔震效果,还可以通椭球面之间的相互摩擦消耗地震能量;2)具有较好的震后自复位功能,便于震后加固修复;3)与简单墩底平面隔震设计相比,结构在地震作用下的响应更为平稳连续;4)椭球面墩底隔震设计,使得结构没有特定频率,可以有效避开场地的卓越周期,避免共振响应。
发明内容
本发明目的是提供一种新型桥梁墩底隔震设计方法,使结构在正常使用情况下基础与桥墩之间保持相对固定。强震发生时,桥墩与基础之间发生相对摇摆,不仅起到隔震效果,而且可以通过摇摆消耗部分地震能量。在震后在上部结构自重作用下使得结构自动恢复到初始平衡位置,以便于震后加固修复。本设计构造简单、施工方便、造价低廉、耐久性好、便于检查与维护。利用本发明,可以克服现有墩底隔震设计的缺点和不足,可以为桥梁抗震设计提供一种新的设计理念和技术保障。
1.桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法,其特征在于:桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震结构包括桥墩、上封板、椭球面马蹄、椭球面马蹄窝、承台和桩基础;
桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形,椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内,并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动,上封板在承台上方与承台相连;承台的下方与桩基础相连。
2.进一步,所述的设计方法,其特征在于:
正常使用状态限制条件:
其中,[v]——上封板极限破剪力,kN;
R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴,m;
Pz——标准汽车制动力,kN;
H——桥面到马蹄窝之间的高度,m;
μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数;
N——上部结构和桥墩自重,kN;
R≥2r;
极限破坏状态限制条件:
其中,Md——墩底的极限破坏弯矩,kN.m;
Mz——桩基础的极限破坏弯矩,kN.m;
其中,Qd——墩底的极限破坏剪力,kN;
Qz——桩基础的极限破坏剪力,kN。
本发明的技术方案:
该方法的施工过程概括如下,桩基础工程全部完成后,开始桥墩承台施工,承台施工时按照设计具体要求,设置椭球面马蹄窝,之后是施工桥墩下方的椭球面马蹄,配合椭球面马蹄窝,形成特殊曲面封闭形式,具体形式见附图。该曲面形式相对球面和平面,有可控范围的位移和夹角的优势,此外由于桥墩自重原因,又有自主复位的特点。
所述装置的工作原理如下:
原理一,正常状态下,桥墩可在自身质量和上封板共同作用下,基本保持静止,但仍能满足此状态下的桥梁纵向小位移变化需求;
原理二,地震突发时,上封板破坏,桥墩做类似单摆原理的小范围内往复摆动,吸收能量,保护桥梁上部结构。
原理三,地震发生后,由于上部结构自重作用下,结构自动恢复到初始平衡位置,方便震后加固修复。
本发明的积极效果是:研发一种造价低廉、耐久性好、便于检查维护的新型桥梁墩底自复位摇摆隔震装置,利用单摆原理,使各桥墩在地震荷载作用下能够摇摆耗能,震后又能自复位,同时又对上部结构和基础进行一定保护。适用于铁路桥、公路桥、城市高架桥以及各种大型桥梁结构,能够使结构在突发地震作用不发生破坏。
附图说明
图1(a)、(b)、(c)分别是本发明在正常工作状态的主视图、侧视图以及俯视图
图2是本发明在地震时桥墩与基础发生摇摆示意图
图3是本发明在震后桥墩自复位后的示意图
图4是本发明具体控制条件示意图
具体实施方式
以下结合实例及附图作进一步详述,但不做为对本发明的限定。
本实例的结构如图1(a)、(b)、(c)所示,桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法,其中:1、桥墩;2、上封板3、椭球面马蹄4、椭球面马蹄窝5、承台6、桩基础;
桥墩1底部的椭球面马蹄3断面呈椭球弧形,与承台5上方椭球面马蹄窝4相连,形成一封闭装置,上封板2与承台5相连。承台5与桩基础6相连。
如图1(a)、(b)、(c)所示,正常状态下,桥墩1可在自身质量和上封板3共同作用下,基本保持静止,但仍能满足此状态桥梁纵向小位移变化需求。
如图2所示,地震突发时,上封板破坏,桥墩做类似单摆原理的小范围内往复摆动,吸收能量,保护桥梁上部结构。
如图3所示,发明本装置的目的是发挥各滑动墩在弹性变形阶段的抗震潜力,提高连续梁桥的整体抗震性能,降低震后灾害或修复工作。
具体控制条件
如图4所示,本发明从弯矩、剪力和位移三方面控制,以保证正常使用状态和极限破坏状态下两方面的结构可靠性。
正常使用状态限制条件:
其中,[v]——上封板极限破剪力,kN。此参数为设计已知条件。
R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴,m。
Pz——标准汽车制动力,kN。
H——桥面到马蹄窝之间的高度,m。
μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数。
N——上部结构和桥墩自重,kN。
R≥2r为满足有自复位功能需求。
极限破坏状态限制条件:
其中,Md——墩底的极限破坏弯矩,kN.m。此参数为设计已知条件。
Mz——桩基础的极限破坏弯矩,kN.m。
其中,Qd——墩底的极限破坏剪力,kN。
Qz——桩基础的极限破坏剪力,kN。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明做任何形式上的限制,任何未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质,在本发明的精神和原则之内所作的的任何修改、等同变化与修饰,都应视为本发明方案的技术范畴,均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震设计方法,其特征在于:桥梁墩底椭球面自复位摇摆隔震结构包括桥墩、上封板、椭球面马蹄、椭球面马蹄窝、承台和桩基础;
桥墩底部的椭球面马蹄断面呈椭圆弧形,椭球面马蹄放置在承台上方中心挖出的椭球面马蹄窝内,并且椭球面马蹄能在椭球面马蹄窝内摆动,上封板在承台上方与承台相连;承台的下方与桩基础相连。
2.根据权利要求1所述的设计方法,其特征在于:
正常使用状态限制条件:
其中,[v]——上封板极限破剪力,kN;
R和r——分别为椭球面马蹄的半长轴和半短轴,m;
Pz——标准汽车制动力,kN;
H——桥面到马蹄窝之间的高度,m;
μ——椭球面马蹄窝和椭球面马蹄之间的摩擦阻力系数;
N——上部结构和桥墩自重,kN;
R≥2r;
极限破坏状态限制条件:
其中,Md——墩底的极限破坏弯矩,kN.m;
Mz——桩基础的极限破坏弯矩,kN.m;
其中,Qd——墩底的极限破坏剪力,kN;
Qz——桩基础的极限破坏剪力,kN。
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