CN108729344B - 一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造 - Google Patents

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Abstract

一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,涉及桥梁工程减隔震技术领域。桥墩顶部和底部为钢管混凝土截面,且端部由钢板封死。桥墩底面放置于上承台的带凹槽钢垫板的凹槽内,仅通过角钢阻尼器连接。上部结构的带凹槽钢垫板的凹槽放置在桥墩顶面,在上承台和下承台之间布置滚轴隔震支座,下承台两端设置挡块。该摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩既起到基础隔震的作用,又可使桥墩发生摇摆以保护桥墩不产生塑性铰,并辅以阻尼装置来实现耗散地震能量的功能,从而使桥梁结构具有良好抗震性能。摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式的合理设计可使震后的桥梁主体结构损伤较小,而损坏的角钢阻尼器更换极为方便,维修成本较低。

Description

一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造
技术领域
本发明涉及桥梁工程减隔震技术领域,尤其是涉及一种损伤小、易修复的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩。
背景技术
我国地处环太平洋地震带和欧亚地震带之间,国土的大部分地区为地震区,特别是我国的西部地区多为强震区,地震活动频繁。桥梁是交通生命线的枢纽工程,其建设成本高,一旦遭到地震破坏,将会导致巨大的经济损失,且震后修复极其困难。直接发生在桥梁上的伤亡人数并不多,但是由于交通生命线损毁、中断而造成的经济损失和人员伤亡不可估量,造成救援人员不能及时到位,很多人因为没有得到及时救援而加剧地震灾害。同时,遭受破坏的大型桥梁修复起来比较困难,严重影响灾区生产生活和灾后的重建工作。当前的桥梁抗震设计主要是基于钢筋混凝土桥墩滞回性能的延性抗震设计,但桥墩塑性铰区损伤和破坏的修复比较困难。而对于高烈度地区的中矮桥墩,单靠增大截面非常不经济,而且延性难以保证。针对上述问题,本文将减隔震思想和摇摆构造应用于双柱式桥墩,提出一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式。该减隔震摇摆桥墩体系能够有效释放墩顶和墩底弯矩并耗散地震能量,减小桥墩塑性铰区的塑性变形,有效控制桥墩在地震中的反应,达到桥梁抗震设计的目的。
发明内容
为了解决背景技术中所阐述的桥梁抗震设计中钢筋混凝土桥墩存在的问题,本发明提出一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式,可减小桥墩侧向抗弯刚度,延长结构周期以摇摆隔震,且可释放墩顶和墩底的弯矩,还提供了自复位的能力,附以角钢阻尼器耗散地震能量,可有效提高桥梁结构抗震性能。实现“减震”与“隔震”在桥墩抗震中联合应用,有效控制桥梁结构在地震作用下的损伤,保证桥梁结构的可恢复功能。
为实现上述目的,本发明提供了一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,主要包括上部结构1、桥墩2、上承台3、下承台4、桩基础5、滚轴隔震支座6和角钢阻尼器11;桥墩2放置于上承台3上,桥墩2的侧面和上承台3的上面通过角钢阻尼器11连接;上部结构1放置于桥墩2上,无任何固定连接措施;在上承台3和下承台4之间布置滚轴隔震支座6,下承台4的下面为桩基础5。
所述的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,桥墩2的顶部和底部均由一端封死钢筒9进行端部包裹;上承台3顶部和上部结构1底部均设置带凹槽钢垫板8;桥墩2的底面放置于上承台3的带凹槽钢垫板8的凹槽内;上部结构1的带凹槽钢垫板8的凹槽放置在桥墩2的顶面上,即桥墩2的顶面顶住上部结构1带凹槽钢垫板的凹槽;
所述的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,下承台4的两端设置向上的挡块7,挡块7与上承台3的侧面之间设置有间距,该间距的设置小于滚轴隔震支座6的极限位移。
所述的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,滚轴隔震支座6由上凹板14、下凹板15和圆柱形滚轴16组成;上凹板14和下凹板15的凹曲线一致,凹曲线形式和参数由隔震设计确定。上凹板14的上面为平面,下面为凹面;下凹板15的下面为平面,上面为凹面,上凹板14和下凹板15上下相对,中间形成空腔,圆柱形滚轴16位于空腔内,且能够支撑上凹板14;滚轴隔震支座6的圆柱形滚轴16轴向平行。
所述的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,角钢阻尼器11在变形集中位置布置圆形开孔13,以避免该位置应力集中,从而提高角钢阻尼器11的变形能力。
本发明采用两个并列排放的桥墩2。
本发明的有益效果是:
本发明的无支座双柱式桥墩构造方式,在地震作用下减隔震效果显著,主要体现在以下几点:
1.由于桥墩-承台和桥墩-上部结构均是分离体系,地震中桥墩端部弯矩可得到有效释放,减小桥墩损伤,降低桥梁结构所承受的地震力,并通过桥墩摇摆来耗散地震能量,有效控制桥墩在地震中的反应。
2.在上承台顶部与桥墩由角钢阻尼器连接,可以起到耗散地震能量的作用,有效控制桥墩塑性变形的发展,使损伤集中于软钢阻尼器,起到保护桥墩的作用,且软钢阻尼器在震后较容易更换。
3.在下承台和上承台之间设置滚轴隔震支座,起到对摇摆桥梁的隔震作用,避免结构在大脉冲地震引起的大位移和结构倒塌。
4.上部结构重力和滚轴隔震支座提供桥梁结构自复位能力,有效控制桥墩残余变形,保证桥梁结构震后交通服务功能,减少震后修复工作。
5.本发明对现有常规桥墩的设计改动较小,容易实现,适用范围广,可减少桥墩的设计截面和配筋用量;震后破坏集中在软钢阻尼器,稍加修复便可使用,确保交通生命线不中断,减少震后的修复成本和灾区重建时间。因此,本发明具有良好社会经济效益,值得推广应用。
附图说明
图1为摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式的横桥向截面示意图;图2为角钢阻尼器的示意图;图3为滚轴隔震支座的横桥向截面示意图。
附图标记说明:
1——上部结构;2——桥墩;3——上承台;4——下承台;5——桩基础;6——滚轴隔震支座;7——挡块;8——带凹槽钢垫板;9——一端封死钢筒;10——摇摆界面;11——角钢阻尼器;12——高强螺栓;13——圆形开孔;14——上凹板;15——下凹板;16——圆柱形滚轴。
具体实施方式
本发明是在常规钢筋混凝土双柱式桥墩的基础上,将桥墩底部与承台以及上部结构与桥墩顶部分离而仅通过角钢阻尼器连接,以实现桥墩的摇摆行为来耗散地震能量并具有自复位功能,并将承台分离成两部分,两个承台之间布置滚轴隔震支座,从而实现结构的减隔震目的。该结构主要用于抗震性能要求较高的桥梁工程和渡河工程减隔震技术中。
如图1、图2、和图3所示,本发明是一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式,包括桥墩-上承台的摇摆构造,桥墩-箱梁的摇摆构造和上下承台之间的隔震措施。图1是摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式的横桥向截面示意图,主要由上部结构1、桥墩2、上承台3、下承台4和滚轴隔震支座6组成。桥墩2置于上承台3上,仅通过角钢阻尼器11连接;上部结构1放置于桥墩2,无任何连接措施;在上承台3和下承台4之间布置滚轴隔震支座6。桥墩2顶部和底部由端部封死钢筒9包裹;上承台3顶部和上部结构1底部布置带凹槽钢垫板8。桥墩2放置于上承台3的带凹槽钢垫板8上;上部结构1在带凹槽钢垫板8的位置上放置于桥墩2上。下承台4的两端设置挡块7,挡块7与上承台3之间设置一定间距,该间距的设置需小于滚轴隔震支座6的极限位移。图2是角钢阻尼器的示意图,圆形开孔13布置在角钢阻尼器11的变形集中处,以避免该位置应力集中,从而提高角钢阻尼器11的变形能力。图3是滚轴隔震支座的横桥向截面示意图,滚轴隔震支座6由上凹板14、下凹板15和圆柱形滚轴16组成;上凹板14和下凹板15的凹曲线一致,凹曲线形式和参数由隔震设计确定。上凹板14与上承台3连接,下凹板15与下承台4连接。
在地震作用下,桥墩底部与承台分离使桥墩发生摇摆,承台处实现基础隔震,从而延长桥梁结构周期,延长结构周期以起到摇摆隔震作用,上部结构重力和滚轴隔震支座提供自复位能力,角钢阻尼器实现耗能能力。角钢阻尼器的引入可以,并作为保险丝元件最先发生破坏,对桥墩形成有效的保护,且在震后破坏极易发现,更换也耗时较少。本发明的摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造方式,可降低桥墩侧向抗弯刚度,减小桥墩承受的地震力,节约了桥墩截面的尺寸。本发明在正常使用荷载和偶然地震荷载作用下均有良好的工作性能,值得在实际工程中推广应用。

Claims (5)

1.一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,主要包括上部结构(1)、桥墩(2)、上承台(3)、下承台(4)、桩基础(5)、滚轴隔震支座(6)和角钢阻尼器(11);桥墩(2)放置于上承台(3)上,桥墩(2)的侧面和上承台(3)的上面通过角钢阻尼器(11)连接;上部结构(1)放置于桥墩(2)上;在上承台(3)和下承台(4)之间布置滚轴隔震支座(6),下承台(4)的下面为桩基础(5);桥墩(2)的顶部和底部均由一端封死钢筒(9)进行端部包裹;上承台(3)顶部和上部结构(1)底部均设置带凹槽钢垫板(8);桥墩(2)的底面放置于上承台(3)的带凹槽钢垫板(8)的凹槽内;上部结构(1)的带凹槽钢垫板(8)的凹槽放置在桥墩(2)的顶面上,即桥墩(2)的顶面顶住上部结构(1)带凹槽钢垫板的凹槽。
2.按照权利要求1所述的一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,其特征在于,下承台(4)的两端设置向上的挡块(7),挡块(7)与上承台(3)的侧面之间设置有间距,该间距的设置小于滚轴隔震支座(6)的极限位移。
3.按照权利要求1所述的一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,其特征在于,滚轴隔震支座(6)由上凹板(14)、下凹板(15)和圆柱形滚轴(16)组成;上凹板(14)和下凹板(15)的凹曲线一致,凹曲线形式和参数由隔震设计确定;上凹板(14)的上面为平面,下面为凹面;下凹板(15)的下面为平面,上面为凹面,上凹板(14)和下凹板(15)上下相对,中间形成空腔,圆柱形滚轴(16)位于空腔内,且能够支撑上凹板(14)。
4.按照权利要求1所述的一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,其特征在于,角钢阻尼器(11)在变形集中位置布置圆形开孔(13),以避免该位置应力集中,从而提高角钢阻尼器(11)的变形能力。
5.按照权利要求1所述的一种摇摆隔震联合应用的双柱式桥墩构造,其特征在于,采用两个并列排放的桥墩(2)。
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