[发明专利]可更换复合板内置防屈曲支撑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可更换复合超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)板内置防屈曲支撑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：本发明是一种可更换复合板内置防屈曲支撑的桥墩耗能与防压碎结构，该结构在桥墩底节段四边外侧各布置两块相叠合的UHPC板，两块UHPC板之间预留管道，管道内放置两块相叠合的约束钢板，在两约束钢板之间设置耗能芯板组成防屈曲支撑；两约束钢板通过螺栓和螺母连接固定，预留管道的内尺寸略大于约束钢板的外尺寸；精轧螺纹钢筋穿过桥墩底节段两侧的UHPC板，其两端通过高强螺母和钢垫片锚固，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；

所述的耗能芯板上、下端通过端部预留孔洞分别与上部节段和承台内的预埋钢棒相连。

所述的桥墩底节段及UHPC板与上部节段之间需设置橡胶垫层，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UHPC板需要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。

所述的预埋钢棒与预留孔洞连接段直径小于预留孔洞直径，其余段直径大于预留孔洞直径。

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。

4.防屈曲支撑外部约束钢板尺寸要稍小于预留管道的尺寸，耗能芯板的上、下端通过端部预留孔洞分别与上部节段和承台内的预埋钢筋相连，预埋钢棒与预留孔洞连接段直径小于预留孔洞直径，其余部分直径大于预留孔洞直径，这样只需在外侧使用螺母就能将耗能芯板端部固定，需要的施工空间小，既有利于震后对防屈曲支撑的更换，也保证了耗能芯板在地震作用激励下可以自由变形。

5.干接缝节段拼装桥墩底节段及UHPC板与上部节段之间需设置橡胶垫层，防止地震作用激励下由于底节段的碰撞造成上部节段发生损伤，这样就保证了桥墩可能发生的损伤只集中在可更换的UHPC板，有利于震后及时恢复桥梁的使用功能，为抗震救灾赢得时间。

附图说明