可更換復合板內(nèi)置防屈曲支撐的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及中高烈度區(qū)橋梁快速施工技術和抗震設計方法，特別涉及節(jié)段拼裝技術、體外預應力技術和利用金屬材料耗能的減震隔震技術，屬于土木工程領域。
【背景技術】
[0002]干接縫節(jié)段拼裝橋墩因具有快速施工的優(yōu)勢和自復位能力，在包括港珠澳大橋和加拿大聯(lián)邦大橋在內(nèi)的一些跨江跨海大橋中得到了工程應用。這一形式的橋墩是將墩身沿豎向分割成若干節(jié)段，縱向受力鋼筋在節(jié)段接縫處斷開，節(jié)段之間采用“干接縫”連接，或是在接縫處填充環(huán)氧樹脂來提高橋墩的耐久性，然后采用后張預應力的方式將節(jié)段連接成整體。國內(nèi)外學者通過試驗和理論研究發(fā)現(xiàn)，干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力較差，并且容易在底節(jié)段發(fā)生壓碎。
[0003]為提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩的耗能能力，目前在工程實踐和科學研究中使用最多的方法是在干接縫節(jié)段拼裝橋墩中內(nèi)置耗能鋼筋。這一方法雖然可以提高橋墩的耗能能力，但同時會導致震后橋墩的殘余變形增加，同時內(nèi)置的耗能鋼筋在震后也不易更換。
[0004]針對干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下底節(jié)段容易壓碎的問題，工程中應用最多的方法是對底節(jié)段混凝土增加約束來提高混凝土的變形能力，包括在底節(jié)段混凝土中增加箍筋用量、使用鋼管混凝土制作底節(jié)段或是在底節(jié)段混凝土外部包裹FRP，這一方法確實能夠減輕底節(jié)段在地震激勵下的損傷程度，但損傷的混凝土也存在震后不易更換的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術問題:本發(fā)明的目的是提供一種可更換復合超高性能混凝土(UltraHighPerformance Concrete，UHPC)板內(nèi)置防屈曲支撐的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，利用可更換UHPC板內(nèi)置防屈曲支撐來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，使用該結(jié)構(gòu)不僅可以提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵下耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，而且能夠通過在震后更換受損的UHPC板和其中內(nèi)置的防屈曲支撐來快速修復受損橋墩，及時恢復橋梁的使用功能。
[0006]技術方案:本發(fā)明是一種可更換復合板內(nèi)置防屈曲支撐的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在橋墩底節(jié)段四邊外側(cè)各布置兩塊相疊合的UHPC板，兩塊UHPC板之間預留管道，管道內(nèi)放置兩塊相疊合的約束鋼板，在兩約束鋼板之間設置耗能芯板組成防屈曲支撐;兩約束鋼板通過螺栓和螺母連接固定，預留管道的內(nèi)尺寸略大于約束鋼板的外尺寸;精乳螺紋鋼筋穿過橋墩底節(jié)段兩側(cè)的UHPC板，其兩端通過高強螺母和鋼墊片錨固，UHPC板與橋墩底節(jié)段通過精乳螺紋鋼筋施加預應力將兩者組合成整體；
[0007]所述的耗能芯板上、下端通過端部預留孔洞分別與上部節(jié)段和承臺內(nèi)的預埋鋼棒相連。
[0008]所述的橋墩底節(jié)段及UHPC板與上部節(jié)段之間需設置橡膠墊層，防止在地震作用激勵下由于橋墩底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷，上部節(jié)段在與橋墩底節(jié)段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小。
[0009]所述的UHPC板需要使用摻入微細鋼纖維的UHPC進行制作。
[0010]所述的耗能芯板端部設置加勁肋。
[0011]所述的預埋鋼棒與預留孔洞連接段直徑小于預留孔洞直徑，其余段直徑大于預留孔洞直徑。
[0012]有益效果:本發(fā)明對比已有技術具有以下優(yōu)點:
[0013]1.該發(fā)明采用能力保護原理將易損區(qū)與受保護區(qū)進行分離，利用精乳螺紋鋼筋施加預應力將作為易損區(qū)的UHPC板與作為受保護區(qū)的內(nèi)部底節(jié)段組合成整體，可在震后通過精乳螺紋鋼筋的放松和重新張拉，實現(xiàn)對受損UHPC板的快速更換。
[0014]2.易損區(qū)采用UHPC板，可以充分利用UHPC因摻入鋼纖維而具有的“裂而不碎”的性質(zhì)以及因結(jié)構(gòu)密實而具有的耐腐蝕的性質(zhì)。
[0015]3.在橋墩底節(jié)段四邊分別設置兩塊可更換UHPC板，用于放置防屈曲支撐的預留管道設置在兩塊UHPC板之間，這樣的做法既有利于震后對防屈曲支撐進行觀察和更換，也有利于防止防屈曲支撐銹蝕。
[0016]4.防屈曲支撐外部約束鋼板尺寸要稍小于預留管道的尺寸，耗能芯板的上、下端通過端部預留孔洞分別與上部節(jié)段和承臺內(nèi)的預埋鋼筋相連，預埋鋼棒與預留孔洞連接段直徑小于預留孔洞直徑，其余部分直徑大于預留孔洞直徑，這樣只需在外側(cè)使用螺母就能將耗能芯板端部固定，需要的施工空間小，既有利于震后對防屈曲支撐的更換，也保證了耗能芯板在地震作用激勵下可以自由變形。
[0017]5.干接縫節(jié)段拼裝橋墩底節(jié)段及UHPC板與上部節(jié)段之間需設置橡膠墊層，防止地震作用激勵下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷，這樣就保證了橋墩可能發(fā)生的損傷只集中在可更換的UHPC板，有利于震后及時恢復橋梁的使用功能，為抗震救災贏得時間。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明實施例構(gòu)造剖面圖；
[0019]圖2是本發(fā)明實施例構(gòu)造俯視圖；
[0020]圖3是本發(fā)明實施例中防屈曲支撐構(gòu)造圖。
[0021]圖中標號說明:卜橋墩底節(jié)段、2-UHPC板、3-預留管道、4-耗能芯板、5-約束鋼板、6-螺栓、7-螺母、8-加勁肋、9-精乳螺紋鋼筋、10-高強螺帽、11-鋼墊片、12-耗能芯板端部預留孔洞、13-上部節(jié)段、14-預埋鋼棒、15-橡膠墊層。
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明是一種利用可更換UHPC板內(nèi)置防屈曲支撐來提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵下的耗能能力和防壓碎底節(jié)段壓碎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要使用可更換UHPC板、耗能芯板、約束鋼板、精乳螺紋鋼筋、螺栓、螺母、高強螺母、鋼墊片、預埋鋼棒和橡膠墊層。
[0023]所述的可更換UHPC板在橋墩底節(jié)段四邊分別設置兩塊，兩塊UHPC板之間預留管道，用于放置由耗能芯板和約束鋼板組成的防屈曲支撐，耗能芯板和約束鋼板通過螺栓和螺母連接，將所述的管道以橋墩中心呈對稱分布。
[0024]所述的可更換UHPC板與內(nèi)部底節(jié)段通過精乳螺紋鋼筋施加預應力組合成整體，通過計算得到可更換UHPC板的厚度，利用UHPC因摻入鋼纖維具有“裂而不碎”的性質(zhì)，保證震后可更換