[發明專利]一種橋塔橫向抗震結構及其設計方法

有效

• 申請號: 201910258958.3
• 申請日: 2019-04-02
• 公開（公告）號: CN109853385B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 張超;林成杰;方圣恩
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: E01D19/14
• 分類號: E01D19/14
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;黃詩錦

本發明涉及一種橋塔橫向抗震結構及其設計方法，包括基礎承臺和設置在基礎承臺上的橋塔，所述橋塔包含兩個對稱設置的塔柱和水平設置在兩個塔柱中下部之間的下橫梁，所述下橫梁的兩端設置有彎曲耗能裝置，兩個塔柱的上端之間通過若干個剪切耗能裝置連接，所述塔柱的下端與基礎承臺之間連接有軸向耗能裝置。本發明結構設計合理，在超越設防水準的地震作用下，軸向耗能裝置、彎曲耗能裝置和剪切耗能裝置會先后優先發生彈塑性變形、耗散能量，構成多道抗震設防，從而保護橋塔塔柱等關鍵構件不發生地震損傷；并且耗能裝置具有易更換的特性，可廣泛應用于斜拉橋體系橋塔的結構設計當中。

技術領域：

本發明涉及一種橋塔橫向抗震結構及其設計方法。

背景技術：

斜拉橋為目前最常用的大跨度橋梁的形式之一。其中，橋塔為斜拉橋體系中最重要的構件之一。地震作用下，斜拉橋在縱橋向抗震性能通常較好；但是在橫橋向，橫向地震力通常是橋塔的控制荷載作用。目前，各國的橋梁抗震設計規范普遍要求斜拉橋橋塔在設計地震下（設防地震重現期2500年）保持彈性。這意味著，現有斜拉橋的橋塔橫向抗震性能僅能滿足抗震設防標準，當遭受更大地震時，橋塔有可能會屈服并進入塑性工作狀態。已經發生的臺灣集集大地震（1999年）中，集鹿大橋的橋塔塔身橫向即產生了約2米長的混凝土塑性區，對該橋塔的承載能力影響較大。作為主要承力構件，發生于塔身的地震損傷甚至可能會引起整個斜拉橋的失效或倒塌。而且，由于塔身的受力十分復雜，橋塔塔身地震損傷的震后修復十分困難，施工周期較長，震后修復效果較差。因此，從抗震安全性來說，即使在超越設防標準的地震作用下，斜拉橋橋塔的塔身仍應保持彈性受力，橋塔發生損傷的部位應位于次要受力構件，最大程度地減小斜拉橋承載力的下降；從震后可恢復性來說，橋塔的地震損傷部位在地震后應快速地、簡單地、完全地被修復，在最短的時間內恢復斜拉橋的正常使用功能。

目前，關于橋塔的專利均僅針對橋塔的外觀優化。目前為止，有關橋梁橋塔的專利均未涉及橋塔抗震性能的提高，無法解決橋塔所面臨的主要受力構件可能遭受地震損傷及震后損傷構件難以修復的問題。

發明內容：

本發明針對上述現有技術存在的問題做出改進，即本發明所要解決的技術問題是提供一種橋塔橫向抗震結構及其設計方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種橋塔橫向抗震結構，包括基礎承臺和設置在基礎承臺上的橋塔，所述橋塔包含兩個對稱設置的塔柱和水平設置在兩個塔柱中下部之間的下橫梁，所述下橫梁的兩端設置有彎曲耗能裝置，兩個塔柱的上端之間通過若干個剪切耗能裝置連接，所述塔柱的下端與基礎承臺之間連接有軸向耗能裝置。

進一步的，所述塔柱包括從上往下依次設置的上塔柱、中塔柱以及下塔柱，若干個剪切耗能裝置設置在兩個塔柱的上塔柱之間；所述下橫梁位于中塔柱與下塔柱的交點處；所述下塔柱的下端與基礎承臺斷開，且在斷開處設置有摩擦墊層，所述軸向耗能裝置設置在下塔柱的下端外側。

進一步的，所述剪切耗能裝置與上塔柱、彎曲耗能裝置與下橫梁、軸向耗能裝置與下塔柱及基礎承臺之間均通過螺栓連接。

進一步的，所述剪切耗能裝置、彎曲耗能裝置以及軸向耗能裝置均為金屬阻尼器、粘滯阻尼器、粘彈性阻尼器、摩擦消能阻尼器或者復合阻尼器。

進一步的，所述基礎承臺上設有用于容置下塔柱的下端的凹部，所述摩擦墊層設置在凹部的內部。

進一步的，所述摩擦墊層為砂墊層、低強度混凝土墊層或者緩沖橡膠墊層。

本發明采用的另一種技術方案是：一種橋塔橫向抗震結構的設計方法，包含如下步驟：

步驟S1：根據橋梁設計規范，初步選定下塔柱、下橫梁、中塔柱以及上塔柱的截面尺寸和材料參數；