一种预制装配式桥墩联系梁及其施工方法 |
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| 申请号 | CN202311552086.4 | 申请日 | 2023-11-21 | 公开(公告)号 | CN117513134A | 公开(公告)日 | 2024-02-06 |
| 申请人 | 浙大城市学院; | 发明人 | 王城泉; 谢长根; 庄一舟; 王新泉; 吴熙; 周子健; 雷霆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种预制装配式桥墩联系梁及其施工方法，该联系梁连接于两个桥墩柱之间；联系梁包括第三 钢 板，第三钢板的两端连接有第二钢板，第二钢板连接有工字形钢板，工字形钢板设置于桥墩柱的内部；第三钢板与第二钢板之间留有间隙且通过若干个耗能机构连接；耗能机构包括滑轨以及与滑轨滑动连接的滑 块 ，滑块内设置有钢柱；滑轨通过记忆 合金 柱与第三钢板和第二钢板中的一个固定连接，滑轨开设有限位孔，钢柱穿过限位孔与第三钢板和第二钢板中的另一个固定连接。本发明滑块受 力 后可在滑轨的限位孔内任意移动，将任意方向的移动 变形 转变为 记忆合金 柱的扭转变形，能吸收更多 能量 ，还能恢复成初始形状，极大提高了结构体系在复杂受力下的抵抗能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种预制装配式桥墩联系梁，其特征在于，所述联系梁(13)连接于两个桥墩柱(12)之间；所述联系梁(13)包括第三钢板(4)，所述第三钢板(4)的两端连接有第二钢板(3)，所述第二钢板(3)远离所述第三钢板(4)的一端连接有工字形钢板(1)，所述工字形钢板(1)设置于桥墩柱(12)的内部；所述第三钢板(4)与第二钢板(3)之间留有间隙且通过若干个耗能机构(15)连接；所述耗能机构(15)包括滑轨(7)以及与所述滑轨(7)滑动连接的滑块(8)，所述滑块(8)内设置有钢柱(9)；所述滑轨(7)的一端通过记忆合金柱(6)与第三钢板(4)和第二钢板(3)中的一个固定连接，滑轨(7)的另一端开设有限位孔(14)，所述钢柱(9)穿过所述限位孔(14)与第三钢板(4)和第二钢板(3)中的另一个固定连接。 |
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| 说明书全文 | 一种预制装配式桥墩联系梁及其施工方法技术领域背景技术[0002] 随着城市化进程的加速，桥梁建设的需求不断增加。高墩大跨的连续刚构桥因其具有跨越能力大、施工方便等优点，在桥梁建设中得到了广泛应用。由于主梁跨度大，桥体由于受温度影响变形、混凝土收缩徐变、车辆运行等对高墩大跨的连续刚构桥影响较大，因此桥墩处常常会设置联系梁用来缓解结构受力。但由于上部结构荷载较大，地震作用时，桥梁往往会产生较大的纵向位移并发生纵向碰撞反应，此时的桥墩不能够很好地承载主梁的纵向位移，桥墩或主梁可能会产生严重的震害。 [0003] 当墩柱高度较大时，在两个桥墩柱之间设置联系梁可显著提高墩柱稳定性，增强结构整体刚度。但在地震、车辆、大风等因素作用下，桥梁频繁地发生大位移变形时，桥墩的联系梁会存在混凝土开裂、剥落、修复困难等情况。尤其是在地震作用下，结构的受力方向较为复杂，其他方向的力也可能导致联系梁的破坏，并且震后难以修复。因此，优化联系梁的结构形式十分重要，联系梁的延性、耗能性亟需进一步提升。 发明内容[0004] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种预制装配式桥墩联系梁及其施工方法，能将结构体系各种复杂方向受力导致的相对位移转化为记忆合金柱的扭转变形，该记忆合金柱延性高且变形后可恢复，能有效地吸收能量，记忆合金柱损坏后更换简单，安装方便，受力性能好，延性高，耗能强。 [0005] 一方面，本发明提供了一种预制装配式桥墩联系梁，所述联系梁连接于两个桥墩柱之间；所述联系梁包括第三钢板，所述第三钢板的两端连接有第二钢板，所述第二钢板远离所述第三钢板的一端连接有工字形钢板，所述工字形钢板设置于桥墩柱的内部；所述第三钢板与第二钢板之间留有间隙且通过若干个耗能机构连接；所述耗能机构包括滑轨以及与所述滑轨滑动连接的滑块，所述滑块内设置有钢柱；所述滑轨的一端通过记忆合金柱与第三钢板和第二钢板中的一个固定连接，滑轨的另一端开设有限位孔，所述钢柱穿过所述限位孔与第三钢板和第二钢板中的另一个固定连接。 [0006] 在一种实施方式中，所述工字形钢板与第二钢板之间通过两个第一钢板连接，两个所述第一钢板之间通过高强螺栓连接，所述工字形钢板与其中一个第一钢板焊接连接，所述第二钢板与另一个第一钢板焊接连接。 [0007] 在一种实施方式中，两个所述第三钢板前后对称布置且之间设置有若干个加劲肋，两个所述第二钢板也前后对称布置且之间设置有若干个加劲肋；其中一侧的第三钢板与第二钢板之间通过若干个耗能机构连接，另一侧的第二钢板与第三钢板之间也通过若干个耗能机构连接。 [0008] 在一种实施方式中，所述滑轨的一端开设有腰型孔，所述记忆合金柱的一端被固定在所述腰型孔内，记忆合金柱的另一端与所述第三钢板或第二钢板固定连接；记忆合金柱的截面形状为椭圆形。 [0009] 在一种实施方式中，所述钢柱的一端与滑块连接，所述限位孔为长条形，所述钢柱被限制于长条形的限位孔内，钢柱的另一端穿过所述限位孔与所述第三钢板或第二钢板固定连接。 [0010] 在一种实施方式中，所述滑轨为钢制的滑轨，所述滑块为钢制的滑块，所述钢柱为钢制的柱子；所述记忆合金柱的材质为形状记忆合金。 [0012] 在一种实施方式中，所述第三钢板与第二钢板之间留有的间隙为10～40mm，以使该联系梁具有变形耗能的空间。 [0013] 在一种实施方式中，两个所述桥墩柱之间设置有多个联系梁；所述工字形钢板预埋于桥墩柱的内部，工字形钢板上布置有若干个剪力钉，以增强其与桥墩柱的连接强度。 [0014] 另一方面，本发明提供了一种预制装配式桥墩联系梁的施工方法，所述方法包括以下步骤： [0016] 步骤二、利用多台竖向激光测距仪分别测量联系梁与盖梁底部水平挡板之间的距离； [0017] 步骤三、若多台激光测距仪测量的距离一致，则使用高强螺栓将桥墩柱内部预埋的工字形钢板与第二钢板进行连接固定，安装完成后投入使用；若多台激光测距仪测量的距离不一致，则操作吊车进行纠偏； [0018] 步骤四、若桥梁结构遭遇地震或其他力作用产生变形时，对记忆合金柱通电加温； [0019] 步骤五、所述滑轨与所述第三钢板或第二钢板之间仅靠所述记忆合金柱固定连接；所述滑块与所述钢柱布置在所述滑轨开设的限位孔；所述滑轨为耗能的主要传力构件，结构体系受力发生变形时，通过固定的钢柱带动滑轨转动，钢柱上的滑滑块能够在滑轨的限位孔内沿任意方向滑动，结构任意方向上的受力变形都通过滑轨的转动转化为记忆合金柱的扭转变形；所述记忆合金柱能够限制所述滑轨的摆动幅度，以限制结构产生大位移变形；记忆合金柱通电加温能够恢复为原来的形状以减小结构残余变形；若记忆合金柱吸收大量能量无法完全恢复，或者第三钢板因耗能损坏，则拆卸高强螺栓进行更换。 [0020] 有益效果 [0021] 1、本发明提供的联系梁可分为两部分，联系梁两侧的工字形钢板预埋于桥墩柱内，中间部分通过滑轨、滑块、钢柱及记忆合金柱与两侧的第三钢板、工字形钢板和桥墩柱机械连接。桥墩柱受力时会带动与其固定的钢柱和滑块共同受力，滑块受力后可在滑轨的限位孔内任意移动，从而将任意方向的移动变形通过滑轨转变为记忆合金柱的扭转变形。 记忆合金柱的延性高，扭转变形能吸收更多能量，并且记忆合金柱还能恢复成初始形状，这极大地提高了结构体系在复杂受力状态下的抵抗能力，可有效地消耗各种能量，大大提高结构延性。 [0022] 2、本发明通过两块打孔的第一钢板连接锚固区的工字形钢板和耗能区的第二钢板，两块打孔的第一钢板之间采用高强螺栓连接，当记忆合金柱或者第三钢板因耗能损坏，可及时拆卸高强螺栓进行更换，并且耗能钢材均可提前在工厂预制，安装方便，维护简单，施工周期短。 [0023] 3、本发明提供的联系梁使用前后两侧布置钢板，中间布置加劲肋，提高了结构整体抗剪承载力和延性，在相同承载力需求下可优化联系梁厚度，降低联系梁重量，承力钢板均布置剪力钉，提高了结构整体性，强化抗震性能。附图说明 [0025] 图1为本发明提供的联系梁连接于两个桥墩柱之间的结构示意图。 [0026] 图2为本发明提供的联系梁的正视图。 [0027] 图3为本发明提供的联系梁的侧视图。 [0028] 图4为本发明提供的联系梁的俯视图。 [0029] 图5为本发明提供的耗能机构的结构示意图。 [0030] 图6为本发明提供的联系梁的作用机理图。 [0031] 图中：1、工字形钢板；2、第一钢板；3、第二钢板；4、第三钢板；5、加劲肋；6、记忆合金柱；7、滑轨；8、滑块；9、钢柱；10、高强螺栓；11、剪力钉；12、桥墩柱；13、联系梁；14、限位孔；15、耗能机构。 具体实施方式[0032] 以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。 [0033] 本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。 [0034] 此外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以间接地在所述另一元件上并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到所述另一元件，或者可以间接地连接到所述另一元件并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。在下文中，同样的附图标记表示同样的元件。 [0035] 本发明中采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，这仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。 [0036] 如图1‑5所示，本发明提供了一种预制装配式桥墩联系梁，所述联系梁13连接于两个桥墩柱12之间；所述联系梁13包括第三钢板4，所述第三钢板4的两端连接有第二钢板3，所述第二钢板3远离所述第三钢板4的一端连接有工字形钢板1，所述工字形钢板1设置于桥墩柱12的内部；所述第三钢板4与第二钢板3之间留有间隙且通过若干个耗能机构15连接；所述耗能机构15包括滑轨7以及与所述滑轨7滑动连接的滑块8，所述滑块8内设置有钢柱9； 所述滑轨7的一端通过记忆合金柱6与第三钢板4和第二钢板3中的一个固定连接，滑轨7的另一端开设有限位孔14，所述钢柱9穿过所述限位孔14与第三钢板4和第二钢板3中的另一个固定连接。 [0037] 可选地，在一实施例中，所述工字形钢板1与第二钢板3之间通过两个第一钢板2连接，两个所述第一钢板2之间通过高强螺栓10连接，所述工字形钢板1与其中一个第一钢板2焊接连接，所述第二钢板3与另一个第一钢板2焊接连接。 [0038] 可选地，在一实施例中，两个所述第三钢板4前后对称布置且之间设置有若干个加劲肋5，两个所述第二钢板3也前后对称布置且之间设置有若干个加劲肋5；其中一侧的第三钢板4与第二钢板3之间通过若干个耗能机构15连接，另一侧的第二钢板3与第三钢板4之间也通过若干个耗能机构15连接。 [0039] 在本实施中，加劲肋5与第三钢板4或第二钢板3通过焊接相连，以增强结构整体刚度。耗能机构15在第三钢板4的两端以及两个第三钢板4的前后均有布置，能够提高该联系梁13可吸收的能量。 [0040] 可选地，在一实施例中，所述滑轨7的一端开设有腰型孔，所述记忆合金柱6的一端被固定在所述腰型孔内，记忆合金柱6的另一端与所述第三钢板4或第二钢板3固定连接；记忆合金柱6的截面形状为椭圆形。 [0041] 可选地，在一实施例中，所述钢柱9的一端与滑块8连接，所述限位孔14为长条形，所述钢柱9被限制于长条形的限位孔14内，钢柱9的另一端穿过所述限位孔14与所述第三钢板4或第二钢板3固定连接。 [0042] 可选地，所述滑轨7为钢制的滑轨，所述滑块8为钢制的滑块，所述钢柱9为钢制的柱子；所述记忆合金柱6的材质为形状记忆合金，其受力变形后在一定条件下可恢复为初始形状。 [0043] 可选地，在一实施例中，所述滑轨7倾斜布置且与水平面的夹角小于45度，以便于所述记忆合金柱6受扭变形耗能。 [0044] 可选地，在一实施例中，所述第三钢板4与第二钢板3之间留有的间隙为10～40mm，以使该联系梁13具有变形耗能的空间。 [0045] 可选地，两个所述桥墩柱12之间设置有多个联系梁13，以增强桥墩结构体系在复杂受力状态下的抵抗能力，可有效地消耗各种能量，大大提高结构延性。 [0046] 可选地，所述工字形钢板1预埋于桥墩柱12的内部，工字形钢板1上布置有若干个剪力钉11，以增强其与桥墩柱12的连接强度，提升结构整体性。 [0047] 可选地，所述滑轨7与所述记忆合金柱6每侧布置有多个，优选为不少于五个。 [0048] 其中，上述部件均可在工厂提前预制，为便于运输也可在施工现场焊接组装。 [0049] 本发明提供的联系梁13的作用机理为：如图6所示，耗能机构15的滑轨7是耗能的主要传力构件，结构体系受力发生变形时，通过固定的钢柱9带动滑轨7转动，滑轨7内放置滑块8，钢柱9上的滑块8能够在滑轨7的限位孔14内自由滑动，结构任意方向上的受力变形都通过滑轨7的转动转化为记忆合金柱6的扭转变形。记忆合金柱6是一种通过热弹性与马氏体相变及其逆变而具有形状记忆效应的由两种以上金属元素所构成的材料，这是一种能够记忆形状的材料，并在加热到一定温度时能恢复为原来的形状。该记忆合金柱6具备更好的延性，并且左右均有布置，从而能够给整体结构提供较强的减震、抗冲击能力。记忆合金柱6的另一端还充当限位板的作用，当滑轨7有摆动幅度较大的趋势时，会由于记忆合金柱6的另一端的阻碍无法进行较大的摆动，从而限制了结构产生大位移变形，记忆合金柱6能够持续耗能，极大的减缓了外层混凝土的开裂，提高了结构整体的耗能性。 [0050] 此外，本发明还提供了一种预制装配式桥墩联系梁的施工方法，应用了所述的一种预制装配式桥墩联系梁，包括以下步骤： [0051] 步骤一、根据施工要求确定联系梁13与桥墩柱12的连接位置；吊装前在地面现场组装好联系梁13或在工厂提前组装好，吊车将联系梁13吊起，升至指定连接位置，联系梁13的两侧与桥墩柱12两侧平行； [0052] 步骤二、利用多台竖向激光测距仪分别测量联系梁13与盖梁底部水平挡板之间的距离； [0053] 步骤三、若多台激光测距仪测量的距离一致，则使用高强螺栓10将桥墩柱12内部预埋的工字形钢板1与第二钢板3进行连接固定，安装完成后投入使用；若多台激光测距仪测量的距离不一致，则操作吊车进行纠偏； [0054] 步骤四、若桥梁结构遭遇地震或其他力作用产生变形时，对记忆合金柱6通电加温； [0055] 步骤五、所述滑轨7与所述第三钢板4或第二钢板3之间仅靠所述记忆合金柱6固定连接；所述滑块8与所述钢柱9布置在所述滑轨7开设的限位孔14；所述滑轨7为耗能的主要传力构件，结构体系受力发生变形时，通过固定的钢柱9带动滑轨7转动，钢柱9上的滑滑块8能够在滑轨7的限位孔14内沿任意方向滑动，结构任意方向上的受力变形都通过滑轨7的转动转化为记忆合金柱6的扭转变形；所述记忆合金柱6能够限制所述滑轨7的摆动幅度，以限制结构产生大位移变形；记忆合金柱6通电加温能够恢复为原来的形状以减小结构残余变形；若记忆合金柱6吸收大量能量无法完全恢复，或者第三钢板4因耗能损坏，则拆卸高强螺栓10进行更换。耗能钢材均可提前在工厂预制，安装方便，维护简单，施工周期短。 [0057] 以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。 [0058] 本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 |
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