[发明专利]可自复位的球入式带翼摇摆隔震墩柱

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁工程和渡河工程隔震技术领域，尤其是涉及一种可自复位的摇摆隔震墩柱。

背景技术

我国大部分地区处于地震多发区，特别是华北和西南等还是强震区，在这些地区建造构筑物时，必须考虑结构的抗震性能以及采取合理的结构形式来减少地震带来的破坏。近几次国内外的大地震都显示了桥梁工程破坏的严重后果，必须对其采取有效的抗震措施，以减轻桥梁的破坏，保持交通生命线工程在抗震救灾和震后灾区重建中畅通。根据结构抗震机理不同，可分为“抗震”、“减震消能”和“隔震”三种方式。桥梁减隔震设计主要是桥梁上、下部结构之间，采用各种减隔震支座代替传统桥梁支座，以延长结构自振周期而错开地震能量集中的频段，同时耗散部分地震能量。桥梁延性抗震设计主要是利用桥墩的塑性变形，但是桥墩塑性铰区的损伤破坏修复是困难的，严重时可以导致桥梁结构倒塌。高烈度区，对中矮桥墩，塑性铰区弯矩过大时为保证安全，靠增大截面面积的方法非常不经济，而且延性难以保证。针对上述问题，本文将隔震思想应用于桥墩部位，提出一种可自复位的摇摆墩柱的隔震结构。墩柱隔震的结构能够有效的释放墩底的弯矩，因此不会在桥墩底部形成塑性铰，有效地控制的桥墩在地震中的反应，从而保护了桥梁，达到了桥梁抗震设计的目的。

发明内容

为了解决背景技术中所阐述的桥梁抗震设计中桥墩存在的问题，本发明提出了一种可自复位的摇摆墩柱的隔震结构，可提高桥梁的抗震能力，且连接损坏后能快速修复。实现“消能”与“隔震”在桥墩抗震中联合应用，有效控制结构在地震作用下的破坏，保证结构的可恢复功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为可自复位的球入式带翼摇摆隔震墩柱，其为一种可自复位的摇摆墩柱的隔震结构，该隔震墩柱包括主梁1、桥墩2、承台3、半凸出式球状墩底5、桥墩翼板6、橡胶垫层7、挖空半球面承台顶8、形状记忆合金剪力螺栓10、斜截面挡块12。其将传统的支座连接墩梁的方式改为墩梁固结，将桥墩2与承台3的固结改为可产生摇摆的铰接。

桥墩2的底部预制成半凸出式球状墩底5；承台3的顶部预制成挖空半球状顶部8；桥墩2以“球入式”方式与承台3连接，其间填充橡胶垫层7更好的完成两者的滑移和转动并保护接触面。桥墩球状墩底上部两侧是桥墩翼缘板，翼缘板通过形状记忆合金剪力螺栓10与承台3锚固连接。形状记忆合金剪力螺栓10通过预埋的形状记忆合金剪力螺栓套筒9进行定位安置，并且两端通过端头锚固钢板11进行锚固。承台3的四周有高于桥墩翼缘板的斜截面挡块12，斜截面挡块12和桥墩翼板6侧面之间填充橡胶垫层7。

所述橡胶垫层7设置在半凸出式球状墩底5和挖空半球状顶部8之间、承台3和桥墩翼板6之间、桥墩翼板6侧面和承台挡块12之间。

半凸出式球状墩底5半球的半径R₁桥小于墩的半径或截面的最小尺寸，承台3的凹陷半径R₂小于承台厚度的一半，且R₁小于R₂。所述桥墩翼板6和承台3之间填充厚度D的橡胶垫层7，通过这种不完全固定的连接方式，墩柱达到“隔”震的目的。

橡胶层厚度D需要满足摇摆时橡胶垫层7和承台3接触面两者的相对变形的需求。桥墩2两侧有伸出的桥墩翼板6，桥墩翼板6的宽度L大于桥墩半径或截面的最大尺寸，桥墩翼板6高度H为1/3～1/2的承台3高度。

桥墩翼板6和承台3通过形状记忆合金剪力螺栓10进行连接。形状记忆合金材料(SMA)具有独特的形状记忆效应和相变超弹性性能，使得它能够产生较大的恢复应力和恢复应变。形状记忆合金剪力螺栓10能够为桥墩2提供拉拔力和抗剪力，帮助桥墩2复位。形状记忆合金剪力螺栓10在桥墩翼板6上均匀布置。

承台3四周为斜截面挡块12，可采用新型抗震档块形式；此斜截面挡块12由混凝土楔形块、竖向钢筋、水平钢筋、聚苯乙烯泡沫隔离块以及防粘结薄层组成，具有可复位性和易修复性。按牺牲型构件的设计思想，斜截面挡块12的宽度B满足设计地震动下结构性能需求，作为桥墩抗震的二次安全防线，限制桥墩摇摆时过大的位移，极端情况下，斜截面挡块12可破坏，从而保护桥梁结构主体。

本发明的有益效果是：

本发明的可自复位的摇摆墩柱的隔震结构，在地震作用下减震效果显著，主要体现在以下几点：

1.由于桥墩和承台的连接方式可简化为铰接，地震中桥墩底部的弯矩得到释放，震后桥墩与基础基本无损伤，完整性较好。且摇摆隔震对现有常规桥墩的设计改动较小，容易实现，适用范围广。