[发明专利]一种高耐久性抗地震倒塌的多柱墩体系及施工方法

说明书

一种高耐久性抗地震倒塌的多柱墩体系及施工方法，属桥梁工程领域，主要由承台、中墩、边墩、预制盖梁等组成。所有桥墩均采用不锈钢管混凝土，工厂预制完成，且钢管两端设置抗拔环，截面中间布置无粘结预应力筋。中墩截面尺寸大于左右两侧的边墩，施工完毕后中墩与承台、盖梁交界部位钢管沿环向截断。边墩上下两端缠绕环向CFRP(碳纤维布)。该结构体系利用预制结构的施工优势，在正常使用状态下耐久性风险低。强震下，中墩转化为摇摆‑自复位体系，延长结构自振周期，本身不发生损伤破坏，且提供多柱墩体系的轴向承载力。边墩在强震下类似于钢管混凝土，可提供侧向强度、刚度和耗能能力，但承受的轴力很小，不发生倒塌破坏。

技术领域

本发明涉及新型桥梁多柱墩，特别涉及采用预制拼装结构和高耐久性、抗地震倒塌设计的桥梁多柱墩体系。

背景技术

多柱墩在我国城市大型桥梁工程建设中应用广泛。目前的桥梁多柱墩抗震设计以延性抗震设计为依据，强震下桥墩中形成塑性铰以消耗地震能量。但延性抗震设计首先会造成桥墩的严重损伤破坏和较大的震后残余位移，不利于桥墩的震后修复；且延性抗震设计的桥墩在强震下仍存在较大的倒塌破坏风险。

利用预制拼装结构的施工优势，将桥梁的大部分部件工厂预制，现场拼装完成，可大大加快施工进度，并有效提高构件的施工质量。在预制拼装结构的基础上，放松桥墩与下部承台、上部盖梁间的连结，形成摇摆-自复位结构，可大大减轻上部结构承受的地震力，并利用特殊的构造措施避免摇摆-自复位结构在强震下的损伤破坏，有利于多柱墩的震后功能快速恢复。

但应当注意到，预制拼装结构目前存在几个问题，其一是预制拼装结构在等同现浇和摇摆-自复位体系间的抉择。因等同现浇体系受力机理类似于整体现浇形式，工程技术人员对其在施工及使用过程中安全性更有把握，但等同现浇体系难以实现结构的地震损伤控制设计，震后不易修复。而摇摆-自复位结构体系虽易实现多柱墩的地震损伤控制设计，但目前工程技术人员对其施工及使用过程中的安全性信心不足。第二个关键问题是预制拼装结构体系的耐久性很值得关注，因体系中采用了预应力筋，且摇摆-自复位体系由于人为设置了摇摆接缝，外界侵蚀性介质易侵入结构中，更对结构的耐久性不利。

综合上述背景，现有的多柱墩抗震设计面临较大困难。因此，提出一种既有很好的耐久性，又具有良好抗地震倒塌能力的多柱墩体系；既利用目前国家大力推广的预制拼装结构体系施工快、节约劳动力的优点，又顺应结构抗震向地震损伤控制设计和震后功能恢复方向发展的趋势，成为桥梁工程设计人员面临的重大挑战。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种高耐久性抗地震倒塌的多柱墩体系及施工方法，由承台、左边墩、右边墩、中墩、预制盖梁、无粘结预应力筋、自密实微膨胀高强混凝土、抗拔环、环形钢板、栓钉、不锈钢管、截断环、环向CFRP(碳纤维布)、剪力键组成。具体操作上，将多柱墩体系的左、右墩设置为等同现浇的预制装配式结构，通过采用承插式连结、环形钢板、栓钉，抗拔环等一系列的构造措施增强左、右墩与承台、盖梁的连结，且保证其良好的抗侧向强度、刚度和耗能能力。利用中墩在强震前和强震后的体系转换，既保证了中墩在正常服役时的耐久性，又保证了其在强震下发生摇摆-自复位反应，可显著减轻中墩的地震损伤破坏，并依靠中墩提高结构的竖向刚度、强度和抗地震倒塌能力。

上述高耐久性抗地震倒塌的多柱墩体系及施工方法将保证桥梁具有良好的耐久性和抗地震倒塌能力，且施工方便，便于安装，震后可修复性良好。上述技术措施将在城市大型桥梁建设中具有广泛应用前景。

为达到以上目的，可通过以下技术方案实现：

一种高耐久性抗地震倒塌的多柱墩体系，主要由承台(1)、左边墩(2-1)、右边墩(2-2)、中墩(3)、预制盖梁(4)、无粘结预应力筋(5)、自密实微膨胀高强混凝土(6)、抗拔环(7)、环形钢板(8)、栓钉(9)、不锈钢管(10)、截断环(11)、环向CFRP(12)、剪力键(13)、预留插槽(14)组成。