双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于桥梁工程领域。特别涉及由无粘结预应力技术和耗能组件控制结构地震反应和残余变形的一种双柱式摇摆隔震桥墩结构体系。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]目前桥梁抗震设计方法主要是围绕延性抗震理念逐步发展的，即将钢筋混凝土桥墩设计成延性构件，并与重要的能力保护构件形成强度安全等级差异。延性桥墩构件的抗震机制是利用选定适合的塑性铰区域，利用该区域弹塑性变形来耗散地震能量，并延长桥梁结构基本周期，从而减小桥梁结构地震反应。通过合理延性抗震设计的桥梁结构可以满足在地震中防止桥梁结构倒塌，保护人们的生命财产安全。但是对于中矮桥墩，其在地震中易发生弯剪破坏，为了满足延性抗震需求，需配置大量箍筋和纵向钢筋，严重增大工程投资成本。更重要的是延性抗震设计方法不可避免地使桥墩发生损伤，尤其在强震作用下桥墩塑性铰区域损伤将非常严重，并产生较大侧向残余位移，致使桥梁下部结构在震后需要完全或部分重建才能提供交通运输功能。这些拆除、更换和修复工作致使交通中断间接造成的经济损失更是难以估计。采用隔震支座和阻尼装置的减隔震设计方法可以有效解决延性设计桥梁结构在地震中不可避免损伤和震后修复耗费巨大等问题，并在近十年逐渐被广泛应用于桥梁结构中。目前的减隔震方法最大缺点在于结构位移需要与支座系统相协调。在可能出现的最大地震荷载作用下，尤其是近场地震特性比较显著的情况下，减隔震结构提供的设计位移将非常大，可能导致上部结构脱离支座，而当上部结构位移超过盖梁或桥台提供的支撑长度时，会发生落梁。因此，采用减隔震支座的桥梁结构在罕遇地震作用下有可能会发生桥梁严重破坏、甚至落梁和倒塌。而目前常用的隔震支座为叠层钢板橡胶类支座(铅芯橡胶支座，高阻尼橡胶支座等)，其设计使用年限为50年，而桥梁工程设计寿命一般为100年，叠屋钢板橡胶类性能耐久性差，而支座更换极其困难，现有桥梁隔震支座很难解决此类问题，因此桥梁全生命周期成本增加。
【发明内容】
[0004]为了克服上述存在的缺陷，本发明提供一种双柱式摇摆隔震桥墩结构体系，在保证足够强度和刚度的前提下，降低结构承受的地震力，提供有效耗能能力和自复位能力，避免结构发生严重破坏和大残余变形，以满足抗震要求高的桥梁结构。
[0005]本发明的目的在于提供一种双柱式摇摆隔震桥墩结构体系，其特性在于:所述双柱式摇摆隔震桥墩结构体系主要由桥梁上部结构(1)、钢筋混凝土桥墩节段(2)、承台(3)、粧基础(4)、钢管混凝土桥墩节段(5)、外置软钢阻尼器(6)、无粘结预应力钢筋(7)、橡胶垫层(12)、承台预埋带半球凸槽的钢垫板(13)、钢管混凝土销栓(15)、形状记忆合金环形物
(17)以及软钢环形物(18)组成，桥梁上部结构(1)的下面有并排的两段钢筋混凝土桥墩节段(2)，每段钢筋混凝土桥墩节段(2)的下面为钢管混凝土桥墩节段(5)，每段钢管混凝土桥墩节段(5)的下面为承台(3)，每个承台(3)的下面为并排的两个粧基础(4);
[0006]桥梁上部结构(1)与钢筋混凝土桥墩节段(2)之间通贯穿桥梁上部结构(1)与钢筋混凝土桥墩节段(2)内部的四根平行的无粘结预应力钢筋(7)连接；所述桥梁上部结构
(1)底部四根平行的无粘结预应力钢筋(7)之间通过钢罩(16)预留圆柱形孔洞，圆柱形孔洞内放置钢管混凝土销栓(15)，在钢罩(16)与钢管混凝土销栓(15)之间布置有焊接在钢管混凝土销栓(15)上的形状记忆合金空心圆柱物(17)和软钢空心圆柱物(18)，形状记忆合金空心圆柱物(17)和软钢空心圆柱物(18)为上下关系；形状记忆合金空心圆柱物(17)的中心轴和软钢空心圆柱物(18)的的中心轴与钢管混凝土销栓(15)的中心轴垂直；钢管混凝土销栓(15)的一端放置在钢罩(16)，另一端位于钢筋混凝土桥墩节段(2)内，位于钢筋混凝土桥墩节段(2)内部的钢管混凝土销栓(15)段的外表面设有剪力栓钉。
[0007]钢筋混凝土桥墩节段(2)和承台(3)之间存在空间，钢筋混凝土桥墩节段(2)和承台(3)采用钢管混凝土桥墩节段(5)连接；钢管混凝土桥墩节段(5)的上端插入钢筋混凝土桥墩节段(2)，且在此段钢筋混凝土桥墩节段(2)的外侧表面有剪力栓钉，端部有钢法兰；承台(3)的上表面设有圆台孔洞，圆台孔洞的上顶面面积大于下底面面积，圆台孔洞底部为带半球形凸起的钢垫板(13)，带半球形凸起的钢垫板(13)的周边有剪力栓钉且带半球形凸起的钢垫板(13)的周边预埋在承台(3)内；圆台孔洞侧壁布置有一层橡胶垫层(12);钢管混凝土桥墩节段(5)的下端位于圆台孔洞内，钢管混凝土桥墩节段(5)下端端口为带有凹槽的钢板，凹槽与钢垫板(13)的半球形凸起贴合在一起；在钢管混凝土桥墩节段
(5)外钢筋混凝土桥墩节段(2)和承台(3)之间还有多个独立的外置软钢阻尼器；无粘结预应力钢筋(7)贯穿钢筋混凝土桥墩节段(2)、钢管混凝土桥墩节段(5)和承台(3)。
[0008]进一步钢管混凝土桥墩节段(5)中的钢管内部焊接有十字肋(21)，将钢管内部分为四部分，钢管内部表面每部分设有短肋，同时无粘结预应力钢筋(7)均均分布在四部分中。
[0009]所述钢管混凝土桥墩节段(5)的1/3长度的上部浇筑在钢筋混凝土桥墩节段(2)内。
[0010]所述外置软钢阻尼器(6)由软钢内芯(23)和高强金属外套管(24)组成，软钢内芯(23)两端通过锚杆(22)连接承台(3)与钢管混凝土桥墩节段(5);
[0011]所述无粘结预应力钢筋(7)依次穿过承台(3)、带半球形凸槽的钢垫板(13)、钢管混凝土桥墩节段(5)、钢筋混凝土桥墩节段(2)、钢管混凝土销栓(15)以及桥梁上部结构
(1)，两端分别通过锚具(9)锚固在在承台(3)底部和桥梁上部结构(1)的上面。
[0012]无粘结预应力钢筋具有自复位功能。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]本发明的双柱式摇摆隔震桥墩结构体系，在地震作用下减隔震效果显著，主要体现在以下几点:
[0015]1.由于桥墩-承台和桥墩-上部结构仅由无粘结预应力钢筋连接，接触部分可以发生提离，因此，地震中桥墩上下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。
[0016]2.在承台顶部与桥墩截面变化处布置的软钢阻尼器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。
[0017]3.无粘结预应力技术以及形状记忆合金圈的采用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。
[0018]4.本发明在桥墩和上部结构之间不设置支座，可避免地震中支座脱落和主梁位移过大而引起的落梁；同时也避免了支座由于耐久性问题需要定期检测以及失效后更换的问题。
[0019]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】
[0020]图1为双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的外部示意图。
[0021]图2为图1中双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的A-A截面示意图。
[0022]图3为图1中双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的B-B截面示意图。
[0023]图4为图2中双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的D-D截面示意图。
[0024]图5为图3中双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的F-F截面示意图。
[0025]图6为双柱式摇摆隔震桥墩结构体系的外置软钢阻尼器构造示意图。