应用于h型混凝土桥塔上横梁的组合型剪力铰装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程、地震工程技术领域，具体涉及一种应用于H型混凝土桥塔上横梁的组合型剪力铰装置，既可以连接桥塔两个塔柱，满足其正常使用的功能要求，又能在地震作用下耗散能量，显著地改善斜拉桥、悬索桥桥塔的横桥向抗震性能。
【背景技术】
[0002]随着跨江、跨海桥梁工程的发展和兴起，大跨度桥梁一斜拉桥、悬索桥以其跨越能力大、造型美观、受力合理、施工技术成熟等优点，得到了广泛的应用。目前我国《城市桥梁抗震设计规范》对斜拉桥、悬索桥桥塔的性能目标的规定要求为:在偶遇地震(相当于2500年的回归期)作用下，主塔局部可发生可修复的损伤，但整体应保持基本弹性。但随着近年来强震的不断频发，尤其是对于近断层斜拉桥、悬索桥，即使通过现行规范进行桥塔的抗震设计，在遭遇此类型强震作用时，桥塔都有可能成为易损部位，尤其是塔底区域和塔上横梁。而且因为桥塔高阶振型的参与，在地震作用下，其潜在塑性区域存在不确定性，一旦其进入非线性损伤阶段，它的塑性耗能机制是不可预知的。而通常情况下，现行的桥塔在设计时将上、下横梁和塔柱同时浇筑为一个整体，形成框架结构共同承受地震作用力。此时，塔底、塔柱与上、下横梁交接处及塔上、下横梁端部在横桥向地震作用时均会承受较大的弯矩作用而可能破坏，对桥塔抗震非常不利，在工程实践中，通常需要在满足静力需求的基础上，大幅度提高塔柱和横梁的配筋率以达到规范规定的抗震性能目标，这种做法是非常不经济的。因此，对于强震区域的斜拉桥、悬索桥的混凝土桥塔，需要采用更加合理的抗震措施，降低地震需求，防止强震作用下桥塔等重要受力构件产生严重的损伤破坏，优化桥塔的横向抗震性能，提高工程经济性。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种应用于H型混凝土桥塔上横梁的组合型剪力铰装置，该装置既可以连接桥塔两个塔柱，满足其正常使用的功能要求，又可以利用剪力铰只传递剪力不传递弯矩的特点，将转动变形限制在该组合型剪力铰装置内，减弱了 H型桥塔的框架效应，减小了塔柱所承受的地震力，并利用橡胶垫层耗散地震能量，显著地改善了斜拉桥、悬索桥桥塔的横桥向抗震性能。
[0004]本发明的原理为:将传统的上横梁与塔柱之间的连接分为两部分:一是用来传递竖向剪力的剪力铰部分，二是用来传递水平拉压力和耗散地震能量的橡胶垫层部分。剪力铰部分是由铆接在塔柱上的塔柱连接钢板14上焊接侧向腹板侧向钢板12与铆接在塔上横梁腹板上的上横梁腹板连接钢板11形成，用来传递在横桥向地震作用下产生塔上横梁与塔柱之间的竖向剪力；橡胶垫层部分是由铆接在塔柱上的塔柱连接槽形钢板9和工字型钢板8咬合形成，接触面填充橡胶垫层用来缓冲地震作用，并耗散地震能量，传递塔柱和上横梁之间的水平拉压力，其中工字型钢板8焊接在翼缘竖向钢板7上，翼缘竖向钢板7焊接在铆接于上横梁翼缘的水平上横梁翼缘水平连接钢板6上。
[0005]据此，本发明提出的应用于H型混凝土桥塔上横梁的组合型剪力铰装置，所述装置由桥塔塔柱1、桥塔上横梁2、混凝土壁3、上横梁上翼缘4、上横梁下翼缘5、保护垫层部分和剪力铰部分组成，其中:
所述剪力铰部分包括上横梁腹板连接钢板11、腹板侧向钢板12、剪力铰13、塔柱连接钢板14和上横梁腹板15组成，所述桥塔塔柱I为箱型截面塔柱，桥塔塔柱I箱型截面上的混凝土壁3通过剪力钉连接塔柱连接钢板14，塔柱连接钢板14两侧分别焊接有腹板侧向钢板12 ;桥塔上横梁2的两侧为上横梁腹板15，所述两块上横梁腹板15分别通过剪力钉连接相应的上横梁腹板连接钢板11，上横梁腹板连接钢板11与腹板侧向钢板12通过剪力铰13相连；形成剪力铰部分；
所述保护垫层部分由上横梁翼缘水平连接钢板6、翼缘竖向钢板7、工字型钢板8、塔柱连接槽型钢板9和橡胶垫层10组成，桥塔塔柱I的混凝土壁3上通过剪力钉连接塔柱连接槽形钢板9，桥塔上横梁2的上横梁上翼缘4或上横梁下翼缘5处均设有保护垫层，上横梁上翼缘4或下横梁下翼缘5两侧通过剪力钉连接上横梁翼缘水平连接钢板6，上横梁翼缘水平连接钢板6通过焊接连接翼缘竖向钢板7，翼缘竖向钢板7通过螺栓连接工字形钢板8，工字形钢板8的翼缘与塔柱连接槽形钢板9相接，工字形钢板8的翼缘与塔柱连接槽形钢板9连接处填充橡胶垫层10，所述橡胶垫层10起缓冲作用。
[0006]本发明中，所述连接所用的剪力钉、锚栓、及销钉和各种型号的钢板采用的钢材型号和加工工艺，均根据抗震设计要求采用。
[0007]本发明提供的技术方案优点:
I)与传统塔上横梁直接与塔柱固结相比，该组合型剪力铰装置通过橡胶垫层缓冲地震作用，耗散地震能量，且在交接处释放弯矩，保护了塔柱，有效地改善了桥塔的横桥向抗震性能。
[0008]2)与传统塔上横梁直接与塔柱固结相比，该组合型剪力铰装置通过剪力铰传递竖向剪力，通过橡胶垫层传递水平拉压力，传力路径更加明确，力学模式更加清晰，便于设计人员对其进行合理的设计与计算。
[0009]3)构造简单，施工方便，采用现有的施工技术即可完成。
[0010]4)该装置采用钢构件，在地震作用损坏时方便维修更换。
【附图说明】
[0011]图1为应用于桥塔上横梁的组合型剪力铰装置结构示意图；
图2为翼缘连接部分大样图示意图；
图中标号:I桥塔塔柱，2桥塔上横梁，3混凝土壁，4上横梁上翼缘，5上横梁下翼缘，6上横梁翼缘水平连接钢板，7翼缘竖向钢板，8工字型钢板，9塔柱连接槽型钢板，10橡胶垫层，11上横梁腹板连接钢板，12腹板侧向钢板，13剪力铰，14塔柱连接钢板，15上横梁腹板。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0013]实施例1:如图所示，所述装置由桥塔塔柱1、桥塔上横梁2、混凝土壁3、上横梁上翼缘4、上横梁下翼缘5、上横梁翼缘水平连接钢板6、翼缘竖向钢板7、工字型钢板8、塔柱连接槽型钢板9、橡胶垫层10、上横梁腹板连接钢板11、腹板侧向钢板12、剪力铰13、塔柱连接钢板14和上横梁腹板15组成，在桥塔塔柱I的混凝土壁3上通过剪力钉连接塔柱连接钢板14，然后在塔柱连接钢板14两侧分别焊接两块腹板侧向钢板12，在箱型截面塔上横梁2的两侧上横梁腹板15上通过剪力钉分别连接两块上横梁腹板连接钢板11，上横梁腹板连接钢板11与腹板侧向钢板12通过剪力铰13相连，形成剪力铰。在桥塔塔柱I的混凝土壁3上通过剪力钉连接塔柱连接槽形钢板9，在箱型截面塔上横梁2的上翼缘4两侧通过剪力钉连接上横梁翼缘水平连接钢板6，在上横梁翼缘水平连接钢板6上通过焊接连接翼缘竖向钢板7，并在翼缘竖向钢板7上通过螺栓连接工字形钢板8，工字形钢板8的翼缘与塔柱连接槽形钢板9相接，在其相接面填充橡胶垫层10以起缓冲作用。塔上横梁下翼缘5连接与塔上横梁上翼缘4相同。
[0014]通过连接上横梁腹板处的剪力铰传递上横梁到塔柱的竖向剪力，但钢板的连接方式和传递竖向剪力的剪力铰不限于附图形式，任何传递竖向剪力所形成的剪力铰的组合型剪力铰装置都应在本发明技术保护范围内。
[0015]通过连接上横梁翼缘处的橡胶垫层传递水平拉压力，并耗散地震能量，但采用的传递水平拉压力和耗散地震能量的材料与结构形式不限于附图形式，任何传递水平拉压力和缓冲耗散地震能量的组合型剪力铰装置都应在本发明技术保护范围内。
[0016]该组合型剪力铰装置在上横梁的设置位置不限于附图所示的端部，设置在塔上横梁的其他位置，如中部，都应在本发明技术保护范围内。
【主权项】
1.一种应用于H型混凝土桥塔上横梁的组合型剪力铰装置，所述装置由桥塔塔柱(I)、桥塔上横梁(2)、混凝土壁(3)、上横梁上翼缘(4)、上横梁下翼缘(5)、保护垫层部分和剪力铰部分组成，其特征在于: 所述剪力铰部分包括上横梁腹板连接钢板(11)、腹板侧向钢板(12)、剪力铰(13)、塔柱连接钢板(14)和上横梁腹板(15)组成，所述桥塔塔柱I为箱型截面塔柱，桥塔塔柱(I)箱型截面上的混凝土壁(3)通过剪力钉连接塔柱连接钢板(14)，塔柱连接钢板(14)两侧分别焊接有腹板侧向钢板(12);桥塔上横梁(2)的两侧为上横梁腹板(15)，所述两块上横梁腹板(15)分别通过剪力钉连接相应的上横梁腹板连接钢板(11)，上横梁腹板连接钢板(11)与腹板侧向钢板(12)通过剪力铰(13)相连；形成剪力铰部分； 所述保护垫层部分由上横梁翼缘水平连接钢板￠)、翼缘竖向钢板(7)、工字型钢板(8)、塔柱连接槽型钢板(9)和橡胶垫层(10)组成，桥塔塔柱(I)的混凝土壁(3)上通过剪力钉连接塔柱连接槽形钢板(9)，桥塔上横梁(2)的上横梁上翼缘(4)或上横梁下翼缘(5)处均设有保护垫层部分，上横梁上翼缘(4)或下横梁下翼缘(5)两侧通过剪力钉连接上横梁翼缘水平连接钢板￠)，上横梁翼缘水平连接钢板(6)通过焊接连接翼缘竖向钢板(7)，翼缘竖向钢板(7)通过螺栓连接工字形钢板(8)，工字形钢板(8)的翼缘与塔柱连接槽形钢板(9)相接，工字形钢板(8)的翼缘与塔柱连接槽形钢板(9)连接处填充橡胶垫层(10)，所述橡胶垫层(10)起缓冲作用。
【专利摘要】本发明涉及一种应用于桥塔上横梁的组合型剪力铰装置。在横桥向地震荷载作用下，通过连接上横梁腹板处的剪力铰传递上横梁到塔柱的竖向剪力，通过连接上横梁翼缘处的橡胶垫层传递水平拉压力，并耗散地震能量。该组合型剪力铰的传力路径更加明确，力学模式更加清晰，便于设计人员对其进行合理的设计与计算，且构造简单，方便维修更换。该组合型剪力铰装置传力路径明确，且可有效地耗散地震能量，可广泛应用于我国斜拉桥、悬索桥混凝土桥塔的上横梁端部，通过该组合型剪力铰装置可以很好地改善桥塔的横桥向抗震性能，防止桥塔在强震下发生损伤破坏，提高工程经济效益。
【IPC分类】E01D11-00, E01D19-00
【公开号】CN104532737
【申请号】CN201410694015
【发明人】王瑞龙, 徐艳, 李建中, 项乃亮, 邓雅兰, 刘笑显
【申请人】同济大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年11月27日