[发明专利]带有震损可更换构件的预制拼装钢管混凝土自复位桥墩

说明书

本发明一种带有震损可更换构件的预制拼装钢管混凝土自复位桥墩，包括混凝土承台、上部钢管混凝土预制节段、底部钢管混凝土预制节段、震损可更换构件、后张预应力筋和耗能限位装置，上部钢管混凝土预制节段、底部钢管混凝土预制节段与混凝土承台通过后张预应力筋拼装成整体，预应力筋穿过桥墩节段孔道与承台孔道，将锚具分别锚固在混凝土承台底部与桥墩顶部；所述震损可更换构件包括震损可更换构件外钢皮与震损可更换构件混凝土。本发明同时给出上述桥墩的设计和施工方法。本发明不仅能使桥墩实现震后快速修复，且耗能限位装置能在不影响桥墩残余位移的情况下减小桥墩地震位移响应、增大桥墩耗能能力。

技术领域

本发明涉及一种可适用于中高烈度区域的预制节段拼装钢管混凝土桥墩，具体涉及震后快速修复技术、预制节段拼装技术、体外预应力技术和减震隔振技术，属于桥梁工程领域。

背景技术

桥梁结构在服役期间可能会遭受地震作用的威胁，作为震后物资运输的“生命线”工程，保证桥梁结构震后功能性具有重要的现实意义与实用价值。桥墩作为桥梁结构的主要承重构件及抗侧力构件，在桥梁结构抗震体系中承担着举足轻重的作用。目前，传统底部固结桥墩在地震作用下通过形成塑性铰来耗散地震能，使得桥墩在震后出现较大的残余位移和墩身损伤，这不仅使得桥梁结构难以实现震后快速修复，同时较大的残余位移和墩身损伤可能导致桥梁结构在震后丧失继续服役的功能。为提高桥梁结构的震后服役能力及可修复性，工程界提出一种“干接缝”预制拼装桥墩，该桥墩在地震作用下通过摇摆作用将损伤集中于摇摆界面附近，并通过预应力筋来减小残余位移。

钢管混凝土预制节段拼装桥墩具有侧向刚度大、外套钢管可兼做模板等优点而逐渐受到桥梁工程师的青睐。但现有文献表明，在地震作用下钢管混凝土预制节段拼装桥墩摇摆界面附近的外钢管屈服较早、混凝土在桥墩较大侧移角下会出现破碎，桥墩摇摆界面处的损伤部位修复困难，不利于震后继续服役。

由于“干接缝”预制拼装桥墩耗能能力差，使得其地震位移需求大，工程界通常采用附加耗能构件的方法来解决上述问题。附加耗能构件虽能增大桥墩的耗能能力，但可能会导致桥墩残余位移及墩身损伤增大。因此，现亟需提出一种能够在满足桥墩耗能能力及地震位移响应限值需求的同时，不增大桥墩残余位移的附加耗能装置。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统预制节段拼装钢管混凝土桥墩在地震激励下墩身损伤难以修复以及耗能装置对桥墩残余位移影响较大的不足，提供了一种带有震损可更换构件的预制节段拼装钢管混凝土自复位桥墩结构，将地震激励下的墩身损伤集中于震损可更换构件；耗能限位装置在地震作用下只承受拉力，可有效避免耗能限位装置受压屈曲。使用这种方法不仅能使桥墩实现震后快速修复，且耗能限位装置能在不影响桥墩残余位移的情况下减小桥墩地震位移响应、增大桥墩耗能能力。技术方案如下：

一种带有震损可更换构件的预制拼装钢管混凝土自复位桥墩，包括混凝土承台、上部钢管混凝土预制节段、底部钢管混凝土预制节段,其特征在于，还包括震损可更换构件、后张预应力筋和耗能限位装置，其中，

所述上部钢管混凝土预制节段、底部钢管混凝土预制节段与混凝土承台通过后张预应力筋拼装成整体，预应力筋穿过桥墩节段孔道与承台孔道，将锚具分别锚固在混凝土承台底部与桥墩顶部；

所述震损可更换构件包括震损可更换构件外钢皮与震损可更换构件混凝土，震损可更换构件混凝土包覆在底部钢管混凝土预制节段靠下部位的外周，震损可更换构件外钢皮包覆在震损可更换构件混凝土的外周，所述耗能限位装置包括耗能限位钢筋，所述耗能限位钢筋的两端分别连接于混凝土承台顶面和底部钢管混凝土预制节段的外钢管上。

优选地，底部钢管混凝土预制节段在靠近混凝土承台顶面附近横截面直径缩小，直径缩小尺寸与震损可更换构件厚度一致，底部钢管混凝土预制节段横截面直径缩小区域高度为震损可更换构件高度。

震损可更换构件通过高强摩擦型螺栓和连接盖板固定于底部钢管混凝土预制节段横截面直径缩小区域。