提高预制节段拼装桥墩耗能能力的方法与流程

本发明属于桥墩耗能技术领域，涉及到一种利用外置阻尼器提高预制节段拼装桥墩的耗能能力的方法，具体地说，是一种利用粘滞流体阻尼器、钢制套筒和环状钢板组合的装置提高预制节段拼装桥墩在地震作用下耗能能力的方法。

背景技术

由于预制节段拼装桥墩的墩身节段均为工厂预制，并且现场拼装时仅需要进行接缝处理，不需要进行大规模的混凝土浇筑作业，因此，预制节段拼装桥墩具有质量可靠，施工快速，对周边环境影响小等诸多优势。

巨大的优势使得预制节段拼装桥墩成为了未来桥梁建设中的首选建造方案。但是，目前的预制节段拼装桥墩依旧存在一些不足，尤其是在抗震性能方面。尽管预制节段拼装桥墩在地震作用下拥有较好的自复位能力，但是其耗能能力偏低，接缝处抗剪能力较弱等问题是现阶段拼装桥墩的主要不足。同时，在地震作用下，预制节段拼装桥墩的底部接缝会不断张开闭合，因此预制节段拼装桥墩的地震位移需求量也较大。上述不足中，耗能较弱成为了制约预制节段拼装桥墩在高烈度地震区域中应用的主要因素。

为了解决预制节段拼装桥墩地震作用下耗能能力较弱这一问题，现阶段较为常见的手段是为预制节段拼装桥墩增设耗能钢筋，以此来提高预制节段拼装桥墩的耗能水平。但是增设耗能钢筋会使得预制节段拼装桥墩的设计更为复杂，需要为耗能钢筋预留孔道，增加了节段制作难度和拼装施工难度。同时，部分工程人员也提出了利用阻尼装置对桥墩进行抗震加固，但是目前大部分利用阻尼装置加固桥墩的方法依旧停留在理论阶段。而另一部分方法则需要在墩身底部节段和承台中预埋预留件，然后再进行阻尼装置的安装。这种方法需要在桥墩底部节段安装至少两对（4~8个）阻尼装置。由于预埋了大量预留件，该方法甚至需要对所加固的桥墩进行重新设计和局部补强。

现有的方法均使得预制节段拼装桥墩的设计复杂程度和施工难度大幅上升，甚至有些加固方法会使桥墩刚度发生明显改变，产生传力路径不明确，地震响应更为复杂等一些负面作用。因此，为了能够使预制节段拼装桥墩在高烈度地震区域得到推广，亟待发明一种能够快速有效并且原理简单的方法对预制节段拼装桥墩进行加固来提升预制节段拼装桥墩在地震作用下的耗能能力。

技术实现要素：

本发明的目的在于为预制节段拼装桥墩的抗震加固提供一种简单可行效果明显的加固方法，能够有效提升预制节段拼装桥墩在地震作用下的耗能能力。本发明方法不需要在原结构中埋置预留件，也不需要进行打孔等破坏原有结构的作业或者对原结构进行重新设计和局部补强等工作。

实现本发明的技术解决方案为：

一种提高预制节段拼装桥墩耗能能力的方法，采用钢套筒、环形钢板、阻尼器和配套连接件组成一套抗震加固装置，安装在预制节段拼装桥墩上，包括以下具体步骤：

第一步：在底面焊接有栓钉的环形钢板上面安装固定阻尼器底部支座；

第二步：在承台混凝土浇筑完毕后，将环形钢板安装在承台顶面，并确保所有栓钉完全插入承台顶面混凝土；

环形钢板安装在承台顶面位置应位于墩身与承台连接处，保证墩身拼装完毕后，墩身在环形钢板内部；

环形钢板安装时，应保证其中一个阻尼器底部支座位于顺桥向方向；

第三步：墩身拼装完毕后，将带有阻尼器顶部支座的钢套筒安装在底部节段和底部第二节段的接缝处，确保安装牢固，钢套筒不与墩身发生滑移；

钢套筒安装过程中，应保证钢套筒上的阻尼器顶部支座和环形钢板上的阻尼器底部支座全部对齐；

第四步：将阻尼器的底部接头和顶部接头分别与环形钢板上的阻尼器底部支座和钢套筒上的阻尼器顶部支座连接，并确保连接可靠。

优选的，环形钢板底面栓钉沿环形钢板周长焊接n圈，n≥1；

优选的，阻尼器底部支座和环形钢板采用螺栓连接；

优选的，环形钢板内环直径应大于桥墩墩身直径5%以上；

优选的，钢套筒由n瓣组件组成，组件之间采用螺栓连接，n≥2；

优选的，本方法采用2个可以在拉伸和压缩两个方向提供阻尼力的粘滞流体阻尼器，其中一个阻尼器位于顺桥向方向安装；

优选的，两个阻尼器之间的水平向夹角为90°~135°。

优选的，阻尼器安装完毕后，其与墩身的竖直向夹角在30°~45°之间。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：（1）采用本方法加固预制节段拼装桥墩，钢套筒、环形钢板和粘滞流体阻尼器通过连接件连接后，形成一套独立的耗能装置，不需要预埋构件，不需要局部补强，因此，不增加原桥墩的设计复杂程度和施工难度；（2）本发明方法利用钢套筒和环形钢板底座将阻尼器和桥墩连接，产生的阻尼力仅与液压缸运动速度有关，在消耗大量地震能量的同时又不给原结构附加刚度，保证了原有桥墩在温度变形和徐变等慢速变形情况下不会产生附加应力；（3）采用本发明加固，一般情况下只需要安装两个粘滞流体阻尼器，较其他方法更节约成本；（4）采用本发明方法加固预制节段拼装桥墩，方法简单，不增加桥墩设计的复杂程度，不改变原有结构的传力路径；（5）本发明方法采用粘滞流体阻尼器为桥墩提供阻尼力，粘滞流体阻尼器性能可靠，保养维修方便，阻尼系数条幅较大，应用范围比较广泛；（6）本发明方法在提高预制节段拼装桥墩耗能能力的同时，还可以提供一定的限位保护作用。

附图说明

图1是本发明提高预制节段拼装桥墩耗能能力的方法的结构示意图。

图2是安装有阻尼器底部支座的环形钢板示意图。

图3是钢套筒组件示意图。

具体实施方式

下面结合实例和说明书附图对本发明作进一步说明。

本发明提高预制节段拼装桥墩耗能能力的方法。如图1所示，主要由预制节段拼装桥墩、粘滞流体阻尼器12、带有阻尼器顶部支座9的钢套筒组件78和带有阻尼器底部支座5的环形钢板底座4组成。带有阻尼器底部支座5的环形钢板4，其底面沿周长均匀焊接n圈栓钉15，将环形钢板4在承台1顶面安装就位；在墩身节段拼装完成后，将带有阻尼器顶部支座9的钢套筒组件78安装在墩身底部节段2和底部第二节段3的接缝位置，并用螺栓10将锁紧板11锁紧；之后，将粘滞流体阻尼器的顶部接头和底部接头分别与钢套筒组件7和8上的和环形钢板4上的支座9和支座5连接，并确保连接牢靠。

（1）制作环形钢板和钢套筒组件：如图2和3所示。

首选，按照粘滞流体阻尼器12的安装位置，在预先切割好的环形钢板4上制作用于安装阻尼器底部支座5的螺孔，并在螺孔内制作螺纹；

所述的粘滞流体阻尼器12的安装位置，两个阻尼器之间的水平向夹角为90°~135°；

在制作好螺孔的环形钢板4底面，沿其周长均匀焊接两圈栓钉15；

待钢板4冷却后，用螺栓6将阻尼器底部支座5固定在上述环形钢板4上，并拧紧螺栓6；

在预先轧制好的两瓣钢套筒78上，分别在沿其高度方向的中部焊接阻尼器顶部支座9，采用双边角焊缝焊接；

所述的焊接阻尼器顶部支座9，应保证在钢套筒拼装完成后，两个阻尼器顶部支座9的水平向夹角与环形钢板底座4上的阻尼器底部支座5水平向夹角相同。

（2）安装组件：

在承台1混凝土浇筑完毕后，混凝土未终凝之前，将第（1）步中制作好的带有阻尼器底部支座5和栓钉15的环形钢板底座4安装在承台1顶面混凝土表面；

所述的环形钢板4安装应确保环形钢板底座4水平，并且所有栓钉15完全插入承台1顶面混凝土，环形钢板底座4的底面与承台1的顶面混凝土贴合良好；

所述的环形钢板4安装时，应保证其中一个阻尼器底部支座5位于顺桥向方向；

预制节段拼装桥墩节段拼装完成后，将墩身底部节段2和底部第二节段3接缝附近混凝土表面进行凿毛处理；

用水冲洗干净处理过的混凝土表面，并配合毛刷刷洗；

待墩身混凝土表面晾干；

将第（1）步中制作好的带有阻尼器顶部支座的钢套筒a瓣7和b瓣8内侧均匀涂抹一层粘钢胶；

所述的钢套筒内侧应保持清洁，若其表面生锈，应首先进行除锈处理；

将涂有粘钢胶的钢套筒的两瓣组件7和8套在预制节段拼装桥墩的底部节段2和底部第二节段3的接缝位置，用螺栓10将钢套筒的锁紧板11拧紧；

所述钢套筒安装就位过程中，将套筒上的两个阻尼器顶部支座9和位于环形钢板底座4上的两个阻尼器底部支座5对齐后，再将锁紧板11上的螺栓10全部拧紧；

用铰接螺栓13将粘滞流体阻尼器的底部接头与环形钢板4上的阻尼器底部支座5连接；

用铰接螺栓14将粘滞流体阻尼器的顶部接头与钢套筒a7、b8瓣上的阻尼器顶部支座9连接；

待两个粘滞流体阻尼器12和底部支座5、顶部支座9连接完成后，将铰接螺栓13和铰接螺栓14分别拧紧。

安装完毕后，阻尼器与墩身的竖直向夹角为30°~45°。

本发明利用粘滞流体阻尼器为预制节段拼装桥墩提供阻尼力，提高了预制节段拼装桥墩的耗能能力，并且使用钢套筒和环形钢板把粘滞流体阻尼器安装在预制节段拼装桥墩和承台上，不需要预埋预留件，也不需要进行打孔等损坏桥墩结构的作业，安装方便。同时，一般粘滞流体阻尼器的位移行程较大，可以满足预制节段拼装桥墩在地震作用下桥墩发生较大摆动的情况。本发明只需要安装两个粘滞流体阻尼器，其夹角α在90°~135°之间，较现有类似方法更节约成本。