[发明专利]具有震后可恢复性能的自耗能高墩结构体系

说明书

本发明公开了一种具有震后可恢复性能的自耗能高墩结构体系，包括角柱、角柱预埋件、横系梁、可替换式薄壁板、薄壁板上部连接板、薄壁板下部连接板和齿形后浇带；所述角柱的数量为四根，角柱之间由横系梁与可替换式薄壁板相互连接形成空心薄壁结构；所述横系梁沿角柱高度方向间隔分布，通过焊接或者螺栓连接与角柱预埋件连接，形成刚性连接；所述可替换式薄壁板安装在上下相邻两根横系梁之间，在可替换式薄壁板与薄壁板下部连接板之间设置有一条齿形后浇带，将可替换式薄壁板与薄壁板下部连接件连接。本发明具有构造简单、结构形式合理、减振子构件易于安装更换、减震性能优良等特点，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明为一种抗震与减震技术，一种新型桥墩的结构体系，具体是基于损伤控制思想，通过在结构体系层面的设计，提出一种具有多级抗震设防、薄壁板为主要耗能构件，横系梁为备用耗能构件，通过构件的损伤耗能使角柱免受损伤，且损伤耗能构件可以替换的新型桥墩结构体系。

背景技术

超高桥梁中的墩柱属于高墩，由于截面尺寸很大，常采用薄壁截面或组合截面。高墩本身就是一个大型结构。墩柱通常有两个主要作用，一是在正常使用过程中墩柱作为承担整个结构荷载的下部结构构件，二是在遭遇地震作用时，允许在墩柱截面产生塑性铰，耗散地震能量，以保护整体结构。这样的设计会带来两个问题：第一是耗能能力有限；第二由于产生塑性变形的损伤是永久性的，很难修复。

与传统的墩柱形式相比，新型自耗能高墩从体系方面入手，将在地震作用下发挥耗能的部分从整体结构中分离出来，把高墩结构分为主体构件以及减振次级构件，主体构件在正常使用阶段承担上部结构的荷载，而减振次级构件并不直接参与承担荷载，但与主要构件形成组合结构，提供较大的抗侧刚度。在整体结构遭受地震作用时，减振次级构件通过率先发生损伤，耗散地震输入振动能量，同时降低整体结构的刚度，周期延长，使所受地震力也下降，并提高结构的安全性，而主体构件仍然处于弹性状态。在把传统的桥梁墩柱体系进行分离的基础上，将减振次级构件设计成具有多级抗震设防的性能，在遭受不同强度等级的地震时，控制减振子构件的损伤次序：薄壁板为主要耗能构件，率先进入耗能阶段，其次横系梁作为备用的耗能构件。构造设计时，将减震子构件设计为可替换式，并从修复难度及连接构造方面，区别对待不同的构件，方便替换的同时经济性也得到了保障。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的高墩桥梁震后损伤，难以修复或修复成本高的难题，设计了具有震后可恢复性能的新型自耗能高墩结构体系。将角柱作为墩柱的主体构件，可替换的横系梁以及薄壁板作为减振子构件，在整体墩柱并没有采用特殊材料以及高昂的造价的基础上，通过优化墩柱的体系以及构造设计，提供了一种具有震后可恢复性的新型自耗能桥墩。作为减振子构件的横系梁以及薄壁板均可以替换，并且均可以实行工厂化生产，装配快速灵活。

本发明采用的技术方案为：一种具有震后可恢复性能的自耗能高墩结构体系，包括角柱、角柱预埋件、横系梁、可替换式薄壁板、薄壁板上部连接板、薄壁板下部连接板和齿形后浇带；

所述角柱的数量为四根，角柱之间由横系梁与可替换式薄壁板相互连接形成空心薄壁结构，截面形式为矩形，角柱位于截面的四个顶点；

所述角柱中预先安装并浇筑有角柱预埋件，角柱预埋件沿角柱高度方向每隔一段距离布置，水平方向布置于角柱内侧，同一水平面高度一个角柱布置一对，四角一共布置八个；所述横系梁沿角柱高度方向间隔分布，通过焊接或者螺栓连接与角柱预埋件连接，形成刚性连接；

所述可替换式薄壁板安装在上下相邻两根横系梁之间，可替换式薄壁板上端设有薄壁板上部连接板，薄壁板上部连接板采用高强螺栓与横系梁连接，可替换式薄壁板下方设有薄壁板下部连接板，薄壁板下部连接板采用高强螺栓与横系梁连接，在可替换式薄壁板与薄壁板下部连接板之间设置有一条齿形后浇带，后浇带在薄壁板上部与钢梁连接固定之后浇筑，将可替换式薄壁板与薄壁板下部连接件连接，可替换式薄壁板与横系梁浇筑沿角柱高度方向可分层设置，布置范围为高墩塑性铰区域，也可为全部区域。