[發明專利]應用于H型混凝土橋塔上橫梁的組合型剪力鉸裝置

有效

• 申請號: 201410694015.2
• 申請日: 2014-11-27
• 公開（公告）號: CN104532737A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 王瑞龍;徐艷;李建中;項乃亮;鄧雅蘭;劉笑顯
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D11/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明屬于土木工程、地震工程技術領域，具體涉及一種應用于H型混凝土橋塔上橫梁的組合型剪力鉸裝置，既可以連接橋塔兩個塔柱，滿足其正常使用的功能要求，又能在地震作用下耗散能量，顯著地改善斜拉橋、懸索橋橋塔的橫橋向抗震性能。

背景技術

隨著跨江、跨海橋梁工程的發展和興起，大跨度橋梁—斜拉橋、懸索橋以其跨越能力大、造型美觀、受力合理、施工技術成熟等優點，得到了廣泛的應用。目前我國《城市橋梁抗震設計規范》對斜拉橋、懸索橋橋塔的性能目標的規定要求為：在偶遇地震（相當于2500年的回歸期）作用下，主塔局部可發生可修復的損傷，但整體應保持基本彈性。但隨著近年來強震的不斷頻發，尤其是對于近斷層斜拉橋、懸索橋，即使通過現行規范進行橋塔的抗震設計，在遭遇此類型強震作用時，橋塔都有可能成為易損部位，尤其是塔底區域和塔上橫梁。而且因為橋塔高階振型的參與，在地震作用下，其潛在塑性區域存在不確定性，一旦其進入非線性損傷階段，它的塑性耗能機制是不可預知的。而通常情況下，現行的橋塔在設計時將上、下橫梁和塔柱同時澆筑為一個整體，形成框架結構共同承受地震作用力。此時，塔底、塔柱與上、下橫梁交接處及塔上、下橫梁端部在橫橋向地震作用時均會承受較大的彎矩作用而可能破壞，對橋塔抗震非常不利，在工程實踐中，通常需要在滿足靜力需求的基礎上，大幅度提高塔柱和橫梁的配筋率以達到規范規定的抗震性能目標，這種做法是非常不經濟的。因此，對于強震區域的斜拉橋、懸索橋的混凝土橋塔，需要采用更加合理的抗震措施，降低地震需求，防止強震作用下橋塔等重要受力構件產生嚴重的損傷破壞，優化橋塔的橫向抗震性能，提高工程經濟性。

發明內容

本發明目的在于提供一種應用于H型混凝土橋塔上橫梁的組合型剪力鉸裝置，該裝置既可以連接橋塔兩個塔柱，滿足其正常使用的功能要求，又可以利用剪力鉸只傳遞剪力不傳遞彎矩的特點，將轉動變形限制在該組合型剪力鉸裝置內，減弱了H型橋塔的框架效應，減小了塔柱所承受的地震力，并利用橡膠墊層耗散地震能量，顯著地改善了斜拉橋、懸索橋橋塔的橫橋向抗震性能。

本發明的原理為：將傳統的上橫梁與塔柱之間的連接分為兩部分：一是用來傳遞豎向剪力的剪力鉸部分，二是用來傳遞水平拉壓力和耗散地震能量的橡膠墊層部分。剪力鉸部分是由鉚接在塔柱上的塔柱連接鋼板14上焊接側向腹板側向鋼板12與鉚接在塔上橫梁腹板上的上橫梁腹板連接鋼板11形成，用來傳遞在橫橋向地震作用下產生塔上橫梁與塔柱之間的豎向剪力；橡膠墊層部分是由鉚接在塔柱上的塔柱連接槽形鋼板9和工字型鋼板8咬合形成，接觸面填充橡膠墊層用來緩沖地震作用，并耗散地震能量，傳遞塔柱和上橫梁之間的水平拉壓力，其中工字型鋼板8焊接在翼緣豎向鋼板7上，翼緣豎向鋼板7焊接在鉚接于上橫梁翼緣的水平上橫梁翼緣水平連接鋼板6上。

據此，本發明提出的應用于H型混凝土橋塔上橫梁的組合型剪力鉸裝置，所述裝置由橋塔塔柱1、橋塔上橫梁2、混凝土壁3、上橫梁上翼緣4、上橫梁下翼緣5、保護墊層部分和剪力鉸部分組成，其中：

所述剪力鉸部分包括上橫梁腹板連接鋼板11、腹板側向鋼板12、剪力鉸13、塔柱連接鋼板14和上橫梁腹板15組成，所述橋塔塔柱1為箱型截面塔柱，橋塔塔柱1箱型截面上的混凝土壁3通過剪力釘連接塔柱連接鋼板14，塔柱連接鋼板14兩側分別焊接有腹板側向鋼板12；橋塔上橫梁2的兩側為上橫梁腹板15，所述兩塊上橫梁腹板15分別通過剪力釘連接相應的上橫梁腹板連接鋼板11，上橫梁腹板連接鋼板11與腹板側向鋼板12通過剪力鉸13相連；形成剪力鉸部分；

所述保護墊層部分由上橫梁翼緣水平連接鋼板6、翼緣豎向鋼板7、工字型鋼板8、塔柱連接槽型鋼板9和橡膠墊層10組成，橋塔塔柱1的混凝土壁3上通過剪力釘連接塔柱連接槽形鋼板9，橋塔上橫梁2的上橫梁上翼緣4或上橫梁下翼緣5處均設有保護墊層，上橫梁上翼緣4或下橫梁下翼緣5兩側通過剪力釘連接上橫梁翼緣水平連接鋼板6，上橫梁翼緣水平連接鋼板6通過焊接連接翼緣豎向鋼板7，翼緣豎向鋼板7通過螺栓連接工字形鋼板8，工字形鋼板8的翼緣與塔柱連接槽形鋼板9相接，工字形鋼板8的翼緣與塔柱連接槽形鋼板9連接處填充橡膠墊層10，所述橡膠墊層10起緩沖作用。

本發明中，所述連接所用的剪力釘、錨栓、及銷釘和各種型號的鋼板采用的鋼材型號和加工工藝，均根據抗震設計要求采用。

本發明提供的技術方案優點：

1）與傳統塔上橫梁直接與塔柱固結相比，該組合型剪力鉸裝置通過橡膠墊層緩沖地震作用，耗散地震能量，且在交接處釋放彎矩，保護了塔柱，有效地改善了橋塔的橫橋向抗震性能。