[发明专利]内置防屈曲支撑和粘弹性材料层的桥墩耗能与防压碎结构

说明书

技术领域

本发明涉及中高烈度区桥梁快速施工技术和抗震设计方法，特别涉及节段拼装技术、体外预应力技术和利用金属材料耗能的减震隔震技术，属于土木工程领域。

背景技术

干接缝节段拼装桥墩因具有快速施工的优势和自复位能力，在包括港珠澳大桥和加拿大联邦大桥在内的一些跨江跨海大桥中得到了工程应用。这一形式的桥墩是将墩身沿竖向分割成若干节段，纵向受力钢筋在节段接缝处断开，节段之间采用“干接缝”连接，或是在接缝处填充环氧树脂来提高桥墩的耐久性，然后采用后张预应力的方式将节段连接成整体。国内外学者通过试验和理论研究发现，干接缝节段拼装桥墩在地震激励下耗能能力较差，并且容易在底节段发生压碎。

为提高干接缝节段拼装桥墩的耗能能力，目前在工程实践和科学研究中使用最多的方法是在干接缝节段拼装桥墩中内置耗能钢筋。这一方法虽然可以提高桥墩的耗能能力，但同时会导致震后桥墩的残余变形增加，同时内置的耗能钢筋在震后也不易更换。

针对干接缝节段拼装桥墩在地震激励下底节段容易压碎的问题，工程中应用最多的方法是对底节段混凝土增加约束来提高混凝土的变形能力，包括在底节段混凝土中增加箍筋用量、使用钢管混凝土制作底节段或是在底节段混凝土外部包裹FRP，这一方法确实能够减轻底节段在地震激励下的损伤程度，但损伤的混凝土也存在震后不易更换的问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种内置防屈曲支撑和粘弹性材料层的桥墩耗能与防压碎结构，利用可更换UHPC板内置防屈曲支撑和粘弹性材料层来提高干接缝节段拼装桥墩在地震作用激励下的耗能能力和防止底节段压碎，使用该结构不仅可以提高干接缝节段拼装桥墩在地震激励下耗能能力和防止底节段压碎，而且能够通过在震后更换受损的UHPC板和其中内置的防屈曲支撑和粘弹性材料层来快速修复受损桥墩，及时恢复桥梁的使用功能。

技术方案：本发明是一种内置防屈曲支撑和粘弹性材料层的桥墩耗能与防压碎结构，该结构在桥墩底节段四边各布置两块相叠合的UHPC板，桥墩底节段和UHPC板之间设置粘弹性材料层，两块UHPC板之间预留管道用来放置由耗能芯板和约束钢板组成的防屈曲支撑，耗能芯板和约束钢板通过螺栓和螺母连接；

精轧螺纹钢筋横向穿过所述的UHPC板与桥墩底节段，精轧螺纹钢筋的两端通过高强螺母和钢垫片固定，所述的UHPC板与桥墩底节段通过精轧螺纹钢筋施加预应力将两者组合成整体；

所述的耗能芯板通过端部预留孔洞分别与上部节段和承台的预埋钢棒相连；

所述的桥墩底节段和UHPC板与上部节段之间设置橡胶垫层，防止在地震作用激励下由于桥墩底节段的碰撞造成上部节段发生损伤，上部节段在与桥墩底节段接缝处要增加壁厚，向上壁厚逐渐减小。

所述的预埋钢棒端部直径略小于耗能芯板端部的预留孔洞直径，其余部分直径大于耗能芯板端部预留孔洞的直径。

所述的UHPC板使用掺入微细钢纤维的UHPC进行制作。

所述的耗能芯板端部设置加劲肋。

所述的预留管道尺寸略大于约束钢板的外尺寸。

有益效果：本发明对比已有技术具有以下优点：

1.该发明采用能力保护原理将易损区与受保护区进行分离，利用精轧螺纹钢筋施加预应力将作为易损区的UHPC板与作为受保护区的内部底节段组合成整体，可在震后通过精轧螺纹钢筋的放松和重新张拉，实现对受损UHPC板的快速更换。

2.易损区采用UHPC板，可以充分利用UHPC因掺入钢纤维而具有的“裂而不碎”的性质以及因结构密实而具有的耐腐蚀的性质。

3.在桥墩底节段和UHPC板之间设置粘弹性材料层，通过计算保证在地震作用激励下仅桥墩底节段与UHPC板之间发生较小的相对位移，利用粘弹性材料发生剪切变形时能够耗能的工作原理，增加桥墩的耗能能力，同时粘弹性材料层仅与UHPC板胶结，与桥墩底节段无粘结，在震后更换UHPC板就实现了粘弹性材料层的替换。

4.在桥墩底节段四边分别设置两块可更换UHPC板，用于放置防屈曲支撑的预留管道设置在两块UHPC板之间，这样的做法既有利于震后对防屈曲支撑进行观察和更换，也有利于防止防屈曲支撑锈蚀。