[發明專利]內置耗能鋼板和粘彈性材料層的橋墩耗能與防壓碎結構

有效

• 申請號: 201610109864.6
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105586828B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 王景全;王震
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D19/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及中高烈度區橋梁快速施工技術和抗震設計方法，特別涉及節段拼裝技術、體外預應力技術和利用金屬材料耗能的減震隔震技術，屬于土木工程領域。

背景技術

干接縫節段拼裝橋墩因具有快速施工的優勢和自復位能力，在包括港珠澳大橋和加拿大聯邦大橋在內的一些跨江跨海大橋中得到了工程應用。這一形式的橋墩是將墩身沿豎向分割成若干節段，縱向受力鋼筋在節段接縫處斷開，節段之間采用“干接縫”連接，或是在接縫處填充環氧樹脂來提高橋墩的耐久性，然后采用后張預應力的方式將節段連接成整體。國內外學者通過試驗和理論研究發現，干接縫節段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力較差，并且容易在底節段發生壓碎。

為提高干接縫節段拼裝橋墩的耗能能力，目前在工程實踐和科學研究中使用最多的方法是在干接縫節段拼裝橋墩中內置耗能鋼筋。這一方法雖然可以提高橋墩的耗能能力，但同時會導致震后橋墩的殘余變形增加，同時內置的耗能鋼筋在震后也不易更換。

針對干接縫節段拼裝橋墩在地震激勵下底節段容易壓碎的問題，工程中應用最多的方法是對底節段混凝土增加約束來提高混凝土的變形能力，包括在底節段混凝土中增加箍筋用量、使用鋼管混凝土制作底節段或是在底節段混凝土外部包裹FRP，這一方法確實能夠減輕底節段在地震激勵下的損傷程度，但損傷的混凝土也存在震后不易更換的問題。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種內置耗能鋼板和粘彈性材料層的橋墩耗能與防壓碎結構，利用可更換超高性能混凝土UHPC(Ultra High Performance Concrete，UHPC)板內置耗能鋼板和粘彈性材料層來提高干接縫節段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節段壓碎，使用這一結構不僅可以提高干接縫節段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力和防止底節段壓碎，而且能夠通過在震后更換受損的UHPC板及其中內置的耗能鋼板和粘彈性材料層來快速修復受損橋墩，及時恢復橋梁的使用功能。

技術方案：本發明是一種可內置耗能鋼板和粘彈性材料層的橋墩耗能與防壓碎結構，該結構在橋墩底節段四邊外側各布置兩塊相疊合的UHPC板，橋墩底節段的外側面與UHPC板之間設置粘彈性材料層，兩塊UHPC板之間預留管道用來放置耗能鋼板；精軋螺紋鋼筋穿過所述的UHPC板與橋墩底節段，精軋螺紋鋼筋的兩端通過高強螺母和鋼墊片錨固，通過精軋螺紋鋼筋施加預應力將兩者組合成整體；所述的耗能鋼板通過端部預留孔洞分別與上部節段和承臺的預埋鋼棒相連；所述的橋墩底節段和UHPC板與上部節段之間需設置橡膠墊層，防止在地震作用激勵下由于橋墩底節段的碰撞造成上部節段發生損傷，上部節段在與橋墩底節段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小。

所述的預埋鋼棒端部直徑略小于耗能鋼板端部的預留孔洞直徑，其余部分直徑大于耗能芯板端部預留孔洞的直徑，通過螺母將耗能鋼板固定。

所述的UHPC板使用摻入微細鋼纖維的UHPC進行制作。

所述的耗能鋼板端部設置加勁肋。

所述的預留管道尺寸略大于耗能鋼板的外尺寸。

有益效果：本發明對比已有技術具有以下優點：

1.該發明采用能力保護原理將易損區與受保護區進行分離，利用精軋螺紋鋼筋施加預應力將作為易損區的UHPC板與作為受保護區的內部底節段組合成整體，可在震后通過精軋螺紋鋼筋的放松和重新張拉，實現對受損UHPC板的快速更換。

2.易損區采用UHPC板，可以充分利用UHPC因摻入鋼纖維而具有的“裂而不碎”的性質以及因結構密實而具有的耐腐蝕的性質。

3.在橋墩底節段和UHPC板之間設置粘彈性材料層，通過計算保證在地震作用激勵下僅橋墩底節段與UHPC板之間發生較小的相對位移，利用粘彈性材料發生剪切變形時能夠耗能的工作原理，增加橋墩的耗能能力，同時粘彈性材料層僅與UHPC板膠結，與橋墩底節段無粘結，在震后更換UHPC板就實現了粘彈性材料層的替換。

4.在橋墩底節段四邊分別設置兩塊可更換UHPC板，用于放置耗能鋼板的預留管道設置在兩塊UHPC板之間，這樣的做法既有利于震后對耗能鋼板進行觀察和更換，也有利于防止耗能鋼板銹蝕。

5.耗能鋼板外尺寸要稍小于預留管道的尺寸，管道周圍的UHPC能夠防止耗能鋼板在受壓時發生屈曲破壞，耗能鋼板的上、下端部通過端部預留孔洞分別與上部節段和承臺的預埋鋼棒相連，預埋鋼棒與預留孔洞連接段直徑小于預留孔洞直徑，其余部分直徑大于預留孔洞直徑，這樣只需在外側使用螺母就能將耗能鋼板端部固定，需要的施工空間小，既有利于震后對耗能鋼板的更換，也保證了耗能鋼板在地震作用激勵下可以自由變形。