[發明專利]外置耗能自復位橋梁墩柱結構體系及實現方法

有效

• 申請號: 201110215479.7
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102304892A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 辛克貴;何銘華;郭佳
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: E01D19/02
• 分類號: E01D19/02;E01D21/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術領域

本發明屬于橋梁工程領域。特別涉及由外置耗能組件進行抗震耗能，由彈性復位組件進行殘余變形控制的一種外置耗能自復位橋梁墩柱結構體系及實現方法。

背景技術

近期頻發的強烈地震對我國造成重大財產損失并嚴重的威脅了人民百姓的生命安全，而橋梁作為交通樞紐生命線的關鍵環節，在抗震救災中擔任著運輸援救物資、搶救生命的重大責任，研究橋梁新型抗震體系的意義重大。然而，在汶川地震、玉樹地震這樣強震作用下，許多既有橋梁因抗震結構體系的局限導致抗震能力不足而倒塌，部分未倒塌橋梁震后殘余變形過大，無法通過震后有限的修復重新投入使用，而需要被拆除，給恢復交通生命線，快速救災搶險以及降低經濟損失帶來了諸多不便。近年來，基于性能設計的橋梁抗震研究和設計越來越多地著眼于提升橋梁結構震后性能，以保證交通生命線的暢通，以期通過對結構的巧妙設計，最大限度地減少地震損失。與上部結構和基礎承臺相比，橋墩體系的抗震設計和性能表現顯得尤為重要。過去基于延性的橋墩設計主要著眼于確保結構在遭遇極端荷載的情形下(如地震)的結構安全，并沒有對短暫的極端荷載作用過后的結構性能給予足夠的重視。在地震過后，即便結構不發生倒塌，也會因為發生了過大的不可恢復的塑性殘余變形，而最終仍然需要被拆除、重建。例如在Hyogo-ken?Nanbu(日本兵庫縣南部地震)地震中，大約250座鋼筋混凝土橋墩柱和20座鋼橋墩柱在強震中倒塌；100余座橋墩因為墩柱傾斜超過1°或者頂部偏移超過1.75％，影響了繼續服役的性能需求而被拆除，造成了巨大的經濟損失；類似的情形也出現在了我國汶川等地震災區中。在過去基于延性設計的混凝土墩柱或者鋼墩柱中，預設的截面延性變形機制主要通過墩柱的結構材料如鋼材或者混凝土的屈服形成截面塑性鉸來實現，在中等地震強度的情況下就會發生，導致不可忽略的殘余變形，帶來了4點不足：1、截面延性變形過大且難以局部恢復，導致被整體拆除；2、即便延性變形在限值以內，設計截面的承載力和剛度都出現了明顯的下降，對繼續服役造成不利的影響；3、對于交通生命線上的橋墩拆除和重建會阻礙交通恢復通行；4、直接造成巨大的經濟損失。在這樣的現實狀況下，工程界需要尋求更加先進的設計方案以及更為嚴格的橋梁抗震設計規范準則。

發明人的理論和試驗研究表明，本發明所涉及的自復位橋梁墩柱結構體系能夠有效地將彈性復位組件(如預應力組件)與耗能組件(如耗能鋼筋)結合起來，共同工作，實現預設的外置耗能-抗震-更換修復、彈性-復位的抗震自復位機制。本發明所涉及的自復位橋梁墩柱結構體系擁有穩定的耗能能力，并且能夠顯著地控制殘余變形。本發明由無粘結預應力鋼筋與外置耗能組件共同組成，其受力特點為：1、分布在墩柱外側四周或者兩端(簡化起見，圖中僅示兩端)的外置屈服耗能組件保證了截面具有足夠的延性耗能能力；2、貫穿于全墩柱軸心位置的預應力鋼束將原本分開澆筑的墩柱與基座夾緊連接，地震荷載作用過后，由于預應力鋼筋的線彈性特性，可以產生恢復力，使得該節點重新回到初始位形，而不產生殘余變形。近期頻發的強烈地震對我國造成重大財產損失并嚴重的威脅了人民百姓的生命安全，而橋梁作為交通樞紐中的關鍵，在抗震救災中擔任著運輸援救物資、搶救生命的重大責任，研究橋梁抗震的意義重大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種外置耗能自復位橋梁墩柱結構體系及實現方法，其特征在于，所述外置耗能自復位橋梁墩柱結構體系由橋梁墩柱1、橋臺2、具有彈性復位功能的無粘結預應力鋼筋3、橋墩預埋件4、橋臺預埋件5以及外置耗能器6組成，橋梁墩柱1與橋臺2靠具有彈性復位功能的無粘結預應力鋼筋組件3及外置耗能器6連接，具有能夠有效減小殘余變形并保證足夠耗能能力的橋梁墩柱結構體系；在橋臺預制施工時，預留無粘結預應力鋼筋孔洞，并同時預埋橋臺預埋件5，預應力鋼筋孔應與上面的橋梁墩柱的預應力鋼筋孔嚴格對齊，以保證無粘結預應力鋼筋3能順利穿過橋梁墩柱的預應力鋼筋孔及橋臺孔，并有效張拉，沒有彎折。

所述橋臺預埋件5由兩塊大小相等的上方鋼板10和下方鋼板9、四根角鋼15以及四片連接板14組裝而成，上方鋼板10置于橋臺2頂面，與橋梁橋墩接觸，橋臺預埋件上面的上方鋼板10與橋墩預埋件4一起克服因橋梁墩柱與橋臺間因擺動而產生夾角，保護混凝土，為橋墩提供了足夠的延性，減緩了混凝土柱及橋臺在橋梁墩柱1柱腳處的接觸破壞，改善了結構的局部承壓性能；此外，橋臺預埋件下方鋼板9與四個角鋼15一起，起到支撐、分壓的作用，以防止后張拉預應力鋼筋在錨固端部產生過大的局部壓力而壓潰混凝土。