[发明专利]一种易于震后修复及耐腐蚀的自定心桥墩结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种装配式钢筋混凝土桥墩，具体涉及一种易于震后修复及耐腐蚀的自定心桥墩结构。

背景技术

地震对桥梁安全构成了严重的威胁。在地震作用下，墩台连接处受较大弯矩和剪力，往往成为整个结构体系中最薄弱的环节。桥墩承担传力、支撑上部结构的作用，墩台连接失效往往将导致整个桥梁丧失承载力，甚至倒塌。此外，墩台连接处的震后修复难度较大。因此，针对墩台连接方式的改进非常重要而有意义。

在传统的现浇桥墩中，桥墩主要通过底部形成塑性铰耗能（即混凝土的开裂、压碎以及钢筋屈服），震后残余变形给修复和后续使用带来困难。装配式桥墩将桥墩分成节段在工厂预制，现场通过后张预应力钢筋把各节段以及承台连接，具有施工周期短、构件质量高、现场工作少等优点，但传统的装配式桥墩的墩台连接被削弱，因此在地震区的应用受到限制。此外，实际工程墩台的连接目前多采用“湿连接”，即桥墩节段插入承台预留洞口一定深度，然后现场浇筑混凝土，填充两者之间缝隙。由于仍需现浇混凝土，因此“湿连接”的方式在一定程度上削弱了预制装配式结构施工快、成本低的优点。而且，在“湿连接”桥墩中，桥墩插入承台较深，使得耗能机制与现浇桥墩相同（底部节段形成塑性铰），震后修复困难。针对“湿连接”的不足，桥梁工作者提出了“干连接”的方法，即在桥墩-承台连接界面预埋钢筋以耗散地震能量，震后破坏主要集中在耗能装置上。因此与现浇结构相比，“干连接”装配式混凝土桥墩的破坏程度要小得多，容易实现震后修复。但是装配式桥墩相对现浇桥墩的耗能能力弱，墩台在发生相对转角的时候，桥墩底部混凝土会较早地出现局压破坏。预埋在基础/墩底的耗能钢筋在震后损坏后较难替换。此外，耗能材料使用钢材，由于“干连接”存在拼缝，在近水环境中易被锈蚀。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的现浇钢筋混凝土桥墩以及装配式“干连接”混凝土桥墩的不足，提供了一种易于震后修复及耐腐蚀的自定心桥墩，可以有效地降低结构在地震作用下的残余变形从而减少震后修复的代价，并保证桥墩在正常使用条件下的耐久性。

本发明采用的技术方案为：一种易于震后修复及耐腐蚀的自定心桥墩结构，包括混凝土承台、预制桥墩节段、后张预应力FRP筋、承台预埋筋、FRP连接套筒、防锈耗能筋、牛腿下侧螺母、牛腿下侧垫板、牛腿、牛腿上侧螺母、牛腿上侧垫板、牛腿预留孔道、承台预留孔道和锚具；所述预制桥墩节段放置在混凝土承台顶面中间的下凹部位上，所述下凹部位的周围均匀分布有承台预埋筋，下凹部位的中心设有承台预留孔道，所述预制桥墩节段与混凝土承台之间通过后张预应力（纤维增强聚合物）FRP筋连接，后张预应力FRP筋穿过承台预留孔道，后张预应力FRP筋底部安装有锚具，所述预制桥墩节段的底部设置有牛腿，牛腿四周均匀布置有防锈耗能筋，所述防锈耗能筋自上而下依次穿过牛腿上侧螺母、牛腿上侧垫板、牛腿预留孔道、牛腿下侧垫板和牛腿下侧螺母，防锈耗能筋的下端通过FRP连接套筒与所述承台预埋筋连接。

作为优选，所述牛腿下部包裹有FRP套筒，在FRP套筒内部设有抗剪销栓。

作为优选，所述混凝土承台的下凹部位上面设有预埋FRP板。

本发明桥墩的承台在工厂预制或现浇完成，承台中心预留孔道用来穿过预应力高强防锈筋。承台上部做浅槽，用来安放桥墩和提高连接处抗剪能力。浅槽中预埋一片FRP板，浅槽周围植入预埋FRP筋。桥墩节段可在工厂预制，与承台相接触的节段，其下端一定长度预埋入FRP套筒中，以提高混凝土的抗局压破坏能力。桥墩经现场经吊装就位，将预应力FRP筋穿过墩台中预留的孔道，进行预应力张拉。后张预应力FRP筋既是施工阶段的拼装手段，又可以在使用阶段承受桥墩底部弯矩。为了提高节点的耗能能力，在桥墩底部安装外部耗能件。该耗能装置包括预埋筋、FRP连接套筒、防锈耗能筋、螺母、垫板、牛腿组成，牛腿和桥墩节段整浇，其中的预留孔道与预埋筋位置对齐；防锈耗能筋均匀设置于桥墩四周，每根对应于一根承台预埋筋，防锈耗能筋先后穿过桥墩外伸牛腿、牛腿下侧垫板、螺母，通过FRP套筒与预埋筋连接，旋紧螺母固定下侧垫板。最后在伸出牛腿上部的防锈耗能筋上，穿过上侧垫板并用螺母旋紧，完成耗能装置安装。