CN206189251U - 一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其与桥墩连接位置处采用了软钢连接件，解决了与桥墩连接处容易产生裂缝的问题，同时横系梁的主体部分采用了系梁中部段与两个系梁连接段通过横向榫接配合装配连接的三段式结构，利用该三段式结构之间的横向滑动摩擦吸能减震以及软钢连接件的塑性能耗在纵向上的吸能减震，能够帮助降低双柱式桥墩在地震中的地震动力响应，从而降低桥墩的受震损害，此外该三段式结构也使得横系梁具备了更好的可更换、易修复性能，还能够通过在三段式结构的榫接接缝中灌注防滑材料进一步的提升横系梁结构对双柱式桥墩的耗能减震效果，能够有效的帮助进一步提升高架桥整体的稳定性和抗震性能。

Description

一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构

技术领域

本实用新型涉及桥梁抗震技术领域，特别涉及一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构。

背景技术

对于高架桥的双柱式桥墩，常在两墩横向间设置一道或两道柱状横系梁，不仅仅起到增加墩的整体稳定性，还使地震发生时桥墩间因横系梁的延性破坏而得到缓冲，桥墩不因地震的发生而导致突发性倒塌。传统的横系梁设计是采用钢筋混凝土材料，并通过增大系梁的截面尺寸及配筋率来提高强度以及稳定性，从而在一定程度上提高高架桥的抗震性能。

然而强震发生时仅仅利用钢筋混凝土横系梁来抵挡地震动所起的效用是有限的，抗震效果并不能随截面尺寸和配筋率的提高而有明显提升。对桥梁桥墩横系梁设计的大量工程实践表明，在地震荷载作用下，随着地震动的影响，结构局部会发生不定向位移进而发生振动、摇晃，高架桥的双柱式桥墩会发生弯曲变形，桥墩的变形摆动容易导致钢筋混凝土横系梁与桥墩连接处产生裂缝，裂缝的出现会降低横系梁结构的耐久性，同时双柱式桥墩变形引起的拉扯也容易使得钢筋混凝土横系梁的梁体受到损坏，从而影响了高架桥整体的稳定性和抗震性能。

结构抗震减震控制的核心目的是在主体结构上加装附加耗能***从而转移或耗散主体结构的地震能量，以保护主体结构在地震作用下不致破坏或将震损程度降至最低。但是，如果能将结构中的非主要受力部件替换为兼具其静、动力性能的减震控制装置，则可以达到对主体结构进行减震控制的目的。所以，鉴于双柱式桥墩横系梁的静动力功能，开发能够替代传统横系梁仅依靠钢筋混凝土结构的新型横系梁结构，既能满足提高桥墩静力稳定性的功能，又能在地震作用下提供耗能功能，震后可更换、易修复，将对高架桥的抗震设计具有重要的工程意义和适用价值。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的在于提供一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其与桥墩的连接部不易产生裂缝，且能够在地震时转移和耗散高架桥双柱式桥墩承受的地震能量，降低桥墩的受震损害，从而帮助进一步提升高架桥整体的稳定性和抗震性能。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，所述横系梁结构包括两个系梁连接段，以及连接在两个系梁连接段之间的系梁中部段，所述系梁中部段和两个系梁连接段均为钢筋混凝土结构的横向柱状体；系梁连接段背向系梁中部段的一端设置有用于与桥墩固定连接的软钢连接件，系梁连接段朝向远离系梁中部段一端的端面上具有横向贯通设置的榫接凹槽；系梁中部段两端的端面上均具有横向延伸设置的榫接凸条，通过与两个系梁连接段上的榫接凹槽相互榫接配合装配，而实现与两个系梁连接段的连接。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为优选方案，所述软钢连接件包括在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上沿横向间隔布置的多个软钢连接单元；每个软钢连接单元整体为竖向设置的软钢框架结构，包括矩形的软钢外框，以及倾斜地焊接于软钢外框内且连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢斜支臂；软钢连接单元通过其软钢外框上的一个竖向侧边框固定安装在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上，另一个竖向侧边框上具有用于与桥墩固定连接的连接安装结构。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为改进方案，所述软钢连接单元中，软钢外框内位于其竖向侧边框与软钢斜支臂相连接位置处还横向地焊接有连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢横支臂。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为优选方案，所述系梁中部段采用超高性能混凝土预制而成。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为优选方案，所述系梁中部段和两个系梁连接段均为横向设置的四棱柱状体，且四条侧棱边上均具有45度倒角。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为改进方案，所述系梁中部段的四个四棱柱状体侧面上均设置有沿长度方向延伸的凸棱。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为优选方案，所述凸棱的横截面为朝向系梁中部段一侧为长底边、背向系梁中部段一侧为短底边的梯形状。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为改进方案，所述系梁中部段与两个系梁连接段的榫接接缝中灌注有防滑材料。

上述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，作为优选方案，所述防滑材料为软铅或沥青。

相比于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的有益效果是，横系梁中间的超高性能混凝土段能装配式安装在两端钢筋混凝土之间，能方便地安装、更换，两组横系梁之间也用矩形榫头无缝连接；横系梁中间段和榫头材料为超高性能混凝土，韧性好，变形量较大，受到地震动影响后不易完全失效而导致横系梁的整体断裂，因此可有效提高横系梁以及桥墩的抗震性，有效地解决了普通钢筋混凝土横系梁受地震动影响后，从而失去整体性的问题。

1、本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其与桥墩连接位置处采用了软钢连接件，解决了横系梁直接与桥墩连接而容易在连接处产生裂缝的问题，同时横系梁的主体部分采用了系梁中部段与两个系梁连接段通过横向榫接配合装配连接的三段式结构，利用该三段式结构之间的横向滑动摩擦吸能减震以及软钢连接件的塑性能耗在纵向上的吸能减震，能够帮助降低双柱式桥墩在地震中发生横向、纵向变形的加速度、惯性力和位移量等地震动力响应，从而降低桥墩的受震损害。

2、本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，横系梁主体部分的三段式结构也使其具备了更好的可更换、易修复性能。

3、本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构中，还能够通过在横系梁主体的系梁中部段与两个系梁连接段的榫接接缝中灌注防滑材料，增加两个系梁连接段上的榫接凹槽与系梁中部段两端的榫接凸条之间的横向滑动时的摩擦耗能，并带动防滑材料发生剪切塑流耗能现象，进一步的消耗地震能量，从而更进一步的提升横系梁结构对双柱式桥墩的耗能减震效果。

附图说明

图1为本实用新型横系梁结构的一种具体实施方式的主视图。

图2为图1所示横系梁结构的侧视图。

图3为本实用新型横系梁结构中软钢连接件的一种具体实施结构示意图。

图4为本实用新型横系梁结构中软钢连接件的另一种具体实施结构示意图。

图5为本实用新型横系梁结构中软钢连接件的另一种具体实施结构示意图。

图6为本实用新型横系梁结构中软钢连接件的另一种具体实施结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构进行进一步的说明。

参见图1和图2，本实用新型提供了一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，该横系梁结构包括两个系梁连接段10，以及连接在两个系梁连接段之间的系梁中部段20，系梁中部段20和两个系梁连接段10均为钢筋混凝土结构的横向柱状体；其中，系梁连接段10背向系梁中部段的一端设置有用于与桥墩固定连接的软钢连接件30，系梁连接段10朝向远离系梁中部段一端的端面上具有横向贯通设置的榫接凹槽11；系梁中部段20两端的端面上均具有横向延伸设置的榫接凸条21，通过与两个系梁连接段上的榫接凹槽11相互榫接配合装配，而实现与两个系梁连接段的连接。

在本实用新型的横系梁结构，其与桥墩连接位置处采用了软钢连接件，由于软钢有一定弹性模量，利用这一特性，在发生地震导致桥墩变形扭动时，软钢连接件则能够在受拉、压作用下呈塑性状态，更好的保证与桥墩的连接不屈服、不被破坏，从而解决了现有技术中钢筋混凝土横系梁直接与桥墩连接而容易在连接处产生裂缝的问题；另一方面，横系梁的主体部分采用了三段式结构，由两个用于通过软钢连接件与桥墩固定连接的系梁连接段及其之间的系梁中部段构成，系梁中部段与两个系梁连接段之间通过横向榫接配合装配连接，这样以来，当高架桥承受地震作用时，高架桥的双柱式桥墩在水平地震力的作用下发生弯曲变形，桥墩的变形摆动则会带动横系梁结构的两个系梁连接段产生较大的弯矩动力响应和变形摆动，其中，双柱式桥墩在横向上的变形摆动会引发横系梁结构的两个系梁连接段与中间的系梁中部段发生横向上的相对移动，使得两个系梁连接段上的榫接凹槽与系梁中部段两端的榫接凸条之间发生横向的滑动摩擦，在摩擦力的作用下会促使桥墩承受的地震能量转移到横系梁结构上并通过摩擦生热转化为热能耗散掉，而双柱式桥墩纵向上的变形摆动会受到横系梁结构整体的拉扯，并能够通过软钢连接件的塑性能耗起到一定的地震能量消耗和减震效果，由此，便降低了双柱式桥墩在地震中发生横向、纵向变形的加速度、惯性力和位移量等地震动力响应，从而降低桥墩的受震损害，能够有效的帮助进一步提升高架桥整体的稳定性和抗震性能。

可以看到，在本实用新型的横系梁结构中，软钢连接件起到了双重的功效作用，不仅解决了横系梁直接与桥墩连接而容易在连接处产生裂缝的问题，同时其自身的塑性能耗也起到一定的地震能量消耗和减震效果，帮助降低桥墩的受震损害，因此软钢连接件自身的结构设计也显得较为重要。作为一种优选的结构设计方案，如图2所示，软钢连接件30可以包括在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上沿横向间隔布置的多个软钢连接单元31；其中，如图3所示，每个软钢连接单元31整体为竖向设置的软钢框架结构，该软钢框架结构包括矩形的软钢外框32，以及倾斜地焊接于软钢外框内且连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢斜支臂33；软钢连接单元31通过其软钢外框32上的一个竖向侧边框固定安装在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上，另一个竖向侧边框上具有用于与桥墩固定连接的连接安装结构，具体实施时，该连接安装结构可以是螺栓孔、锚栓安装结构等。由此设计的软钢连接件结构，通过多个在系梁连接段的端面上沿横向间隔布置的多个软钢连接单元共同提供连接支撑，每个软钢连接单元通过其软钢外框上的两个竖向侧边框分别提供与系梁连接段和桥墩的固定连接，软钢斜支臂焊接在软钢外框中形成三角支撑，以保证每个软钢连接单元的连接支撑性能，并且如图4所示，软钢外框中的软钢斜支臂33可以设置多根，并且可以交叉设置；为了更好的增强软钢连接单元的连接支撑性能，如图5和图6所示，其软钢外框32内位于其竖向侧边框与软钢斜支臂33相连接位置处还可以横向地焊接有连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢横支臂34，与软钢斜支臂33配合形成更加稳定的三角支撑结构，若软钢斜支臂33设置有多根，那么相应地，软钢横支臂34也可以设置多根。当然，软钢连接件也可以采用其它的结构设计方式，只要能够便于提供系梁连接段与桥墩之间的连接，并提供足够的连接支撑能力即可。

此外，在本实用新型的横系梁结构中，由于系梁中部段与两个系梁连接段之间通过榫接配合装配连接，因此在横系梁结构与高架桥双柱式桥墩的连接安装施工中，可以先预制好钢筋混凝土结构的系梁中部段和两个系梁连接段，将两个系梁连接段分别通过软钢连接件固定连接在两个桥墩上之后，对两个系梁连接段进行架设支撑，然后将系梁中部段榫接配合装配到两个系梁连接段之间即可，且在对系梁中部段进行榫接配合装配过程中，由于两个系梁连接段与桥墩之间均通过软钢连接件进行连接，因此利用软钢的弹塑性性能，能够在一定范围内调整两个系梁连接段之间的间距使其与系梁中部段相适配，从而使得装配操作更加简便、易行，降低了施工难度；同时，由于在高架桥承受地震作用的过程中，系梁中部段会受到两个系梁连接段的扭动、挤压和拉扯，相对而言更容易受到损坏，而榫接配合装配结构也使得系梁中部段能够较为方便的从两个系梁连接段之间取出而进行更换，当然，如果系梁连接段发生损坏也可以通过拆除软钢连接件与桥墩之间的连接而进行更换，由此使得该横系梁结构具备了更好的可更换、易修复性能。

作为进一步的改进，考虑到本实用新型横系梁结构中系梁中部段相对而言更容易受损，因此系梁中部段可以优选采用超高性能混凝土预制而成，利用超高性能混凝土具有超高的耐久性和超高的力学性能的特点，提升系梁中部段的抗损性能，从而增强横系梁结构的整体使用寿命以及对桥墩的抗震稳定辅助能力；为了控制成本，在保证横系梁结构整体性能的情况下，两个系梁连接段可以采用普通的钢筋混凝土预制而成；当然，两个系梁连接段也可以采用超高性能混凝土预制而成，以尽可能增强横系梁结构的整体综合性能。

为了便于横系梁结构的预制加工和运输，如图1和图2所示，系梁中部段20和两个系梁连接段10均优选设计为横向设置的四棱柱状体，同时其四条侧棱边上最好均具有45度倒角，以减小横系梁结构发生扭动形变时在侧棱边位置处的产生应力集中现象；此外作为进一步的优化，系梁中部段20的四个四棱柱状体侧面上最好均设置有沿长度方向延伸的凸棱22，以提升系梁中部段在四个垂直于四棱柱状体侧面方向上的抗弯性能，并且凸棱22的横截面优选设计为朝向系梁中部段一侧为长底边、背向系梁中部段一侧为短底边的梯形状，能够更好的保证凸棱自身具备的力学性能；同时，在系梁中部段的四个四棱柱状体侧面上增设凸棱，利用凸棱在四棱柱状体侧面上形成的凸起结构，在对系梁中部段进行安装、更换的过程中也更有利于对其进行夹持、吊装的固定。

而作为本实用新型横系梁结构在性能上的进一步改进，如图1所示，在其结构主体的系梁中部段与两个系梁连接段的榫接接缝中，还可以灌注防滑材料40，用以增大两个系梁连接段上的榫接凹槽11与系梁中部段两端的榫接凸条12之间发生横向滑动摩擦的摩擦力，增加摩擦耗能，并且两个系梁连接段上的榫接凹槽与系梁中部段两端的榫接凸条之间的横向滑动还会带动防滑材料发生剪切塑流耗能现象，进一步的消耗地震能量，从而能够进一步的提升横系梁结构对双柱式桥墩的耗能减震效果，更好的降低桥墩的受震损害。在具体的工程应用中，系梁中部段与两个系梁连接段的榫接接缝中灌注的防滑材料可以采用软铅或沥青；如果系梁中部段采用普通的钢筋混凝土预制，考虑到可能需要对系梁中部段进行更换，防滑材料优选采用软铅；如果系梁中部段（甚至两个系梁连接段）采用超高性能混凝土预制，考虑到超高性能混凝土能够延长使用寿命，系梁中部段的更换频率更低，那么防滑材料可以优选采用相比软铅而言具有更强粘附力的沥青，能够达到更好的吸能抗震效果。

综上所述，可以看到，本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其与桥墩连接位置处采用了软钢连接件，解决了横系梁直接与桥墩连接而容易在连接处产生裂缝的问题，同时横系梁的主体部分采用了系梁中部段与两个系梁连接段通过横向榫接配合装配连接的三段式结构，利用该三段式结构之间的横向滑动摩擦吸能减震以及软钢连接件的塑性能耗在纵向上的吸能减震，能够帮助降低双柱式桥墩在地震中发生横向、纵向变形的加速度、惯性力和位移量等地震动力响应，从而降低桥墩的受震损害；不仅如此，横系梁主体部分的三段式结构也使其具备了更好的可更换、易修复性能，还能够通过在三段式结构的榫接接缝中灌注防滑材料进一步的提升横系梁结构对双柱式桥墩的耗能减震效果；因此，本实用新型用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构能够有效的帮助进一步提升高架桥整体的稳定性和抗震性能。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述横系梁结构包括两个系梁连接段，以及连接在两个系梁连接段之间的系梁中部段，所述系梁中部段和两个系梁连接段均为钢筋混凝土结构的横向柱状体；系梁连接段背向系梁中部段的一端设置有用于与桥墩固定连接的软钢连接件，系梁连接段朝向远离系梁中部段一端的端面上具有横向贯通设置的榫接凹槽；系梁中部段两端的端面上均具有横向延伸设置的榫接凸条，通过与两个系梁连接段上的榫接凹槽相互榫接配合装配，而实现与两个系梁连接段的连接。

2.根据权利要求1所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述软钢连接件包括在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上沿横向间隔布置的多个软钢连接单元；每个软钢连接单元整体为竖向设置的软钢框架结构，包括矩形的软钢外框，以及倾斜地焊接于软钢外框内且连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢斜支臂；软钢连接单元通过其软钢外框上的一个竖向侧边框固定安装在系梁连接段背向系梁中部段一端的端面上，另一个竖向侧边框上具有用于与桥墩固定连接的连接安装结构。

3.根据权利要求2所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述软钢连接单元中，软钢外框内位于其竖向侧边框与软钢斜支臂相连接位置处还横向地焊接有连接软钢外框上两个竖向侧边框的软钢横支臂。

4.根据权利要求1所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述系梁中部段采用超高性能混凝土预制而成。

5.根据权利要求1所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述系梁中部段和两个系梁连接段均为横向设置的四棱柱状体，且四条侧棱边上均具有45度倒角。

6.根据权利要求5所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述系梁中部段的四个四棱柱状体侧面上均设置有沿长度方向延伸的凸棱。

7.根据权利要求6所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述凸棱的横截面为朝向系梁中部段一侧为长底边、背向系梁中部段一侧为短底边的梯形状。

8.根据权利要求1所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述系梁中部段与两个系梁连接段的榫接接缝中灌注有防滑材料。

9.根据权利要求8所述用于高架桥双柱式桥墩的横系梁结构，其特征在于，所述防滑材料为软铅或沥青。