[发明专利]具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩

说明书

本发明公开了一种具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩，由承台、下部桥墩、上部桥墩、纵向钢筋、灌浆套筒、立体马牙槎、纤维混凝土、低屈服点金属圆管、高强金属板、万向铰、加固层共同组成。具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩制作简单、安装方便，现场拼装时下部桥墩上顶面及上部桥墩下底面的立体马牙槎相互插接，并由纤维混凝土填充立体马牙槎周围空隙，有效增加粘结面积，同时在桥墩拼装截面位置处设置加固层，提高装配式桥墩的整体性能。在地震作用下，由布置于桥墩下部耗能支撑发挥减震效果，通过低屈服点金属圆管及其内部纤维混凝土的变形耗散外界能量，保证桥梁结构在震后的正常使用。

技术领域

本发明涉及一种具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩，该发明施工简单、现场安装方便、整体性能强，拼接截面位置远离塑性铰区域，在地震作用下通过布置于下部桥墩侧面及承台顶面间的耗能支撑耗散地震能量。本发明属于桥梁建造及抗震、减震技术领域。

背景技术

在桥梁建造过程中，要求在保证结构安全性和可靠性的前提下，最大限度提高施工速度、保证施工质量、降低环境污染、减小施工成本。传统的钢筋混凝土桥墩施工建造通常采用现场浇筑，具有施工周期长、湿作业多、对环境破坏严重、结构质量得不到保证等不足。因此，为满足桥梁建造的要求，预制装配式桥墩应运而生。

装配式桥墩施工技术将桥墩划分为多个组件由工厂进行预制，待组件的强度满足要求后运输到施工现场进行安装。装配式桥墩在整个施工过程中具有不需要架设模板，施工速度快、对环境影响小、对施工人员的需求量低等优势，在城市及山区高架桥、跨海大桥中得到了广泛应用。然而目前采用砂浆进行现场连接的装配式桥墩，接头多采用平面接缝形式，难以消除组件间可能发生的剪切错动，其整体性能不如现浇式桥墩。因此有必要对装配式桥墩中组件的连接形式进行改进，提高装配式桥墩的整体性能。

我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃。强烈的地震作用多次带来巨大的人员伤亡和经济损失。其中，由于桥梁受损导致交通中断、救援难以及时开展等造成的间接损失数额巨大。我国国家公路网规划强调将提高交通网络安全性、可靠性和应急保障能力作为发展要求，而桥梁作为交通网络中重要的节点，其抗震性能需要引起足够的重视。桥墩作为桥梁结构中的主要承重构件，其损伤程度直接决定桥梁是否能够正常运营。因此如何提升钢筋混凝土桥墩的抗震性能成为抗震研究的重点之一。普通混凝土抗弯、抗拉性能较差，材料本身为脆性破坏；而钢筋的截面配箍率、纵筋配筋率以及钢筋强度在多因素影响下具有上限，上述两方面限制了桥墩抗震性能的进一步提升。

在桥梁抗震设计中主要采用延性设计理念，允许桥梁进入塑性阶段，并通过塑性铰区域混凝土的开裂和破坏耗散地震能量。尽管该方法能够保证桥梁在地震中不易倒塌，但强震作用下，桥墩塑性铰区域破坏严重，产生较大残余变形。在震后严重影响了桥梁正常功能的使用，对交通功能恢复带来巨大阻碍。

针对装配式桥墩在施工和使用过程中存在的上述不足，本发明提出一种具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩。在现场拼装时，该发明通过下部桥墩顶部及上部桥墩底部的立体马牙槎的相互配合并借助填充纤维混凝土、在连接部位设置加固层等措施提高桥墩的整体性。在地震作用下，通过由低屈服点金属圆管以及纤维混凝土组成的耗能支撑耗散地震能量，保护桥墩塑性铰区域不发生破坏、不产生残余变形。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种具有立体马牙槎和纤维混凝土灌浆的装配式多向耗能桥墩及其相应的施工方法。它具有制作简单、拼装方便、整体性强、抗震性能高等优点。在拼装过程中，通过立体马牙槎、纤维混凝土以及加固层提高桥墩的整体性能。在地震作用下，通过布置在下部桥墩周围的低屈服点金属圆管以其内部的纤维混凝土耗散地震能量，防止桥墩塑性铰区域发生损伤，保证桥梁结构在强震作用下的安全性。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：