[发明专利]一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩

说明书

技术领域

本发明涉及新型桥梁结构体系，特别涉及基于保险丝理念的双层高架桥梁中的双层桥梁排架墩体系。

背景技术

城市交通拥堵问题日益严重，加快城市高架桥梁建设，发挥其立体交通优势，是解决城市交通问题的重要途径。在此背景下，利用双层桥梁排架墩作为主要承重构件的双层高架桥梁，在立体交通系统中具有突出优势，在城市交通系统建设中具有广泛应用前景。

传统的双层桥梁排架墩在使用过程中具有两个突出缺陷，其一是现场施工对城市环境和交通产生较大影响，现场浇筑混凝土会产生大量噪音和建筑垃圾，且混凝土浇筑、养护会长时间占用交通通道；其二是传统的双层桥梁排架墩抗震能力弱，强震下易发生损伤破坏，且震后残余位移大，不利于结构的震后快速修复。这与桥梁工程作为交通生命线工程的特点很不相称。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩。该结构所有构件均可工厂预制，现将仅需拼装完成，利用了预制拼装结构的施工优势，可大大加快施工进度，同时减轻了对城市环境和交通产生的较大影响。另外，该结构利用带竖缝耗能角钢实现了基于“功能分离”和“保险丝”理念的抗震设计，以桥梁、盖梁承受竖向荷载，侧向强度、刚度和耗能能力通过带竖缝耗能角钢提供。强震下，结构的地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，其余部分基本保持弹性。震后损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，从而迅速恢复原结构的使用功能。

为达到以上目的，通过以下技术方案实现的：

一种基于带竖缝耗能角钢的摇摆自复位双层桥梁排架墩，其特征在于：包括，排架墩基础，设置于排架墩基础之上左、右两侧的2根底层预制钢管混凝土桥墩，内部浇筑自密实钢纤维混凝土。设置于底层预制钢管混凝土桥墩顶端的底层预制盖梁，设置于底层预制盖梁之上左右两侧的2根顶层预制桥墩，设置于顶层预制桥墩顶端的顶层预制盖梁，穿过底层预制钢管混凝土桥墩的无粘结预应力筋，带竖缝耗能角钢。

带竖缝耗能角钢以低屈服点的Q235软钢制成，通过螺栓将底层预制钢管混凝土桥墩与排架墩基础和底层预制盖梁连接，并在接缝处设置保证抗剪和抗扭强度的钢制方形键。

每块带竖缝耗能角钢中设置3～5道竖缝，每道竖缝宽度1-2.0cm。设置竖缝的目的在于削弱角钢的强度和刚度，确保地震下整个摇摆自复位双层桥梁排架墩的地震损伤集中于耗能角钢，且螺栓和螺栓孔不发生损伤破坏。

每块带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。

无粘结预应力筋穿过底层预制钢管混凝土桥墩，底部锚固于排架墩基础中，上端锚固于底层预制盖梁的上部。

钢制方形键以低屈服点的Q235软钢制成，焊接于底层预制钢管混凝土桥墩上下两端，共4块；与之对应的排架墩基础、底层预制盖梁上共预留4个方形凹槽，且方形凹槽边长较钢制方形键大1.0-2cm，便于安装。方形凹槽四周设置钢板，防止局部应力集中造成的混凝土破坏。

钢制方形键与方形凹槽的接缝部位无纵筋穿过，仅预留穿过无粘结预应力筋的孔洞。

采用上述技术方案的本发明：

1.摇摆自复位双层桥梁排架墩可作为双层高架桥梁的主要承重构件，发挥双层高架桥的立体交通优势，减轻城市拥堵。

2.摇摆自复位双层桥梁排架墩所有构件均为工厂预制，现将仅需安装完成，可大大加快施工进度，减少对环境和交通的不利影响。

3.所有预制桥墩、盖梁是双层桥梁排架墩的竖向承重构件，而侧向力、侧向刚度和强度主要由带竖缝耗能角钢提供，实现了结构基于“功能分离”的抗震设计理念。

4.强震下，双层桥梁排架墩底层将发生摇摆反应，大大减轻结构承受的地震力，且地震损伤集中于带竖缝耗能角钢，通过带竖缝耗能角钢的破坏消耗地震能量，双层桥梁排架墩其余部分将免于地震损伤。且震后损坏的带竖缝耗能角钢可快速替换，实现结构基于“保险丝”理念的抗震设计。

5.带竖缝耗能角钢中设置一系列螺栓孔，通过数量匹配的螺栓将带竖缝耗能角钢与底层预制钢管混凝土桥墩、排架墩基础和底层预制盖梁连接。

6.摇摆自复位双层桥梁排架墩中共设置12块带竖缝耗能角钢，其中排架墩平面内安装8块起到横桥向耗能的作用，排架墩平面外安装4块起到纵桥向耗能的作用。带竖缝耗能角钢安装灵活，布置方便，在桥梁双向均可起到耗能作用，有效避免了延性系梁、防屈曲支撑等构件仅能单向耗能的缺点，且不影响桥梁下部的通车能力。