局部使用橡胶混凝土的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造

技术领域

本发明涉及整体式桥台桥梁抗震性能优化设计领域，尤其涉及一种整体式桥台-H型钢桩节点抗震性能的改善。

背景技术

传统桥梁结构中，桥台处的支座和伸缩缝是桥梁中的薄弱位置，在外部环境作用下和地震发生时，容易发生破坏或失效，从而影响了桥梁的正常使用，提高了维护费用。而整体桥由于取消了桥台处的伸缩装置和支座，梁端直接与桥台浇筑成一体，主梁的变形主要由桥台、基础和土的变形来适应；在地震过程中减轻了上部结构的移位震害，避免了桥台处支座的震害，并且梁端直接与桥台浇筑成一体，增加了结构的整体性，减轻了桥梁墩柱的震害。

为了最大限度地提高基础的柔性以适应上部结构变形，整体式桥台的基础通常采用单排桩。我国的桥梁设计中对混凝土桩的应用更多，但钢筋混凝土桩的水平变形能力明显低于钢桩，在侧向循环荷载作用下极易开裂而导致钢筋腐蚀，抗震性能与耗能性能不佳，且桩破坏后较难修复。此外在地质条件复杂、岩面起伏较大的场地，混凝土桩会出现难以施打的情况。因此，在国外工程中较广泛应用的H型钢桩更适用于整体式桥台的基础。

橡胶混凝土是通过将废旧橡胶轮胎颗粒掺入水泥混凝土混合物中制成的一种新型绿色环保建筑材料。该方法既改善了混凝土的力学性能，又解决了废旧轮胎造成的“黑色污染”问题。与普通混凝土相比，橡胶集料混凝土具有延性韧性较好，抗裂性能优异，耐久性能较好，密度小，抗冲击性能较好，隔热隔声等优势。同时，钢筋橡胶混凝土构件具有良好的延性和耗能能力，适用于高抗震要求的建筑结构。

在地震作用下，整体式桥台和钢桩基础吸收上部结构的变形，协调桥梁的整体受力，而整体式桥台-钢桩节点是受力过程的关键点之一。工程中一般采用将H型钢桩直接嵌入桥台，并保证一定嵌固长度的方式。地震时钢桩桩头与桥台节点处混凝土直接接触挤压，混凝土变形能力较低，容易开裂及局部压碎，影响结构的延性，故需对整体式桥台-钢桩节点进行改善。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种局部使用橡胶混凝土的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造，本发明形成的抗震构造不仅结构设计合理，而且施工方便，节约工期。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种局部使用橡胶混凝土的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造，包括桥台和H型钢桩，所述H型钢桩的上部沿桥台的长度嵌入至所述桥台内，所述H型钢桩顶部的外周浇筑有橡胶混凝土，所述橡胶混凝土嵌入至所述混凝土桥台的深度大于所述H型钢桩嵌入至所述混凝土桥台的深度；所述桥台是由浇筑在所述橡胶混凝土部分外周和顶部的混凝土构成的混凝土桥台；所述的橡胶混凝土由混凝土和橡胶颗粒组成，其中，橡胶掺量为5％-15％，橡胶颗粒粒径为0.85-4.75mm，所述橡胶混凝土的强度与构成桥台的混凝土的强度基本一致。

进一步讲，本发明所述的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造，其中，在所述H型钢桩嵌入所述桥台的范围内、沿所述桥台长度与所述的橡胶混凝土交替的设有混凝土。

所述橡胶混凝土与所述桥台的侧面之间设有波纹套管，所述波纹套管的内侧面与所述H型钢桩的之间留有距离。所述波纹套管嵌入至所述混凝土桥台的深度与所述橡胶混凝土嵌入至所述混凝土桥台的深度相等。

所述H型钢桩的高*宽不大于350mm*370mm；所述H型钢桩嵌入所述混凝土桥台的深度按照提供给所述H型钢桩足够锚固来确定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)H型钢桩挤土体积和沉桩阻力小，穿透力强，适用于混凝土桩难以施打的情况。此外H型钢桩增加了结构的柔性及桥梁纵桥向变形能力，提高了纵桥向容许的水平位移量。

(2)由于在H型钢桩嵌入桥台部分局部采用了弹性模量较低，变形能力较大的橡胶混凝土，提高了桥台-H型钢桩节点的转动能力，进一步增加了结构的柔性及桥梁纵桥向变形能力，进一步提高了纵桥向容许水平位移量。

(3)由于在H型钢桩嵌入桥台部分局部采用了延性及抗裂性较高的橡胶混凝土，降低了结构侧向刚度及作用于节点的地震力，减少了地震作用下节点处局部混凝土的压碎及钢桩塑性变形，降低了震后修复成本。

(4)由于适用于改造成整体式桥台桥梁的中小跨径桥梁数目庞大，本发明中的橡胶混凝土可以提高目前废弃橡胶的回收率，将橡胶混凝土应用在整体式桥台桥梁的建设和旧桥改造上，有利于解决废弃橡胶所带来的环保和资源缺乏问题，社会效应显著。

附图说明

图1是本发明所述的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造的主视结构示意图；

图2是图1中A-A剖切位置的断面结构示意图。

图中：1-桥台，2-橡胶混凝土，3-H型钢桩，4-波纹套管。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，术语、“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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的限制。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

本发明提出一种局部使用橡胶混凝土的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造，其目的在于克服节点处混凝土变形能力较低，地震作用下容易开裂及局部压碎，影响结构延性的缺点。充分利用橡胶混凝土弹性模量较低，变形能力较大，延性及抗裂性较高的优势，提高结构纵桥向水平变形能力，降低结构侧向刚度及作用于节点的地震力，减少地震作用下节点处局部混凝土的破坏及钢桩塑性变形，降低震后修复成本。

如图1和图2所示，本发明提出的一种局部使用橡胶混凝土的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造，包括桥台1和H型钢桩3，所述H型钢桩3的上部沿桥台1的长度嵌入至所述桥台1内，所述H型钢桩3顶部的外周浇筑有橡胶混凝土2，所述橡胶混凝土2嵌入至所述混凝土桥台的深度大于所述H型钢桩3嵌入至所述混凝土桥台的深度；所述桥台1是由浇筑在所述橡胶混凝土2部分外周和顶部的混凝土构成的混凝土桥台；所述的橡胶混凝土2由混凝土和橡胶颗粒组成，其中，橡胶掺量为5％-15％，橡胶颗粒粒径为0.85-4.75mm，具体实施时，所述橡胶混凝土2可以是通过将废弃橡胶制成颗粒掺入水泥混凝土混合物中制成的一种新型的绿色环保建筑材料，浇筑于嵌入桥台1部分的H型钢桩3桩顶的四周及顶部，所述橡胶混凝土2的强度与构成桥台1的混凝土的强度基本一致。

在所述H型钢桩3嵌入所述桥台1的范围内、沿所述桥台1长度与所述的橡胶混凝土2交替的设有混凝土。

所述橡胶混凝土2与所述桥台1的侧面之间设有波纹套管4，所述波纹套管4约束先于桥台浇筑的橡胶混凝土2；所述波纹套管4的内侧面与所述H型钢桩3的之间留有距离。所述波纹套管4嵌入至所述混凝土桥台的深度与所述橡胶混凝土2嵌入至所述混凝土桥台的深度相等。

所述H型钢桩3的高*宽不大于350mm*370mm；所述H型钢桩3嵌入所述混凝土桥台1的深度按照提供给所述H型钢桩3足够锚固来确定。

本发明的整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造提高了整体式桥台-H型钢桩节点的转动能力，降低了侧向刚度，增大了顶部结构的纵桥向容许水平位移量，提高了整体式桥台-H型钢桩节点处混凝土的延性及抗裂性能，改善了节点的抗震性能。橡胶混凝土的使用有利于解决废弃橡胶所带来的环保和资源缺乏问题，社会效应显著。

采用橡胶混凝土改进整体式桥台-H型钢桩节点抗震构造施工方法如下：

如图1和图2所示，所述的H型钢桩3为预制构件，可由工厂轧制所成或翼缘板及腹板焊接组成，推荐桩型不大于HP350*370。所述H型钢桩3嵌入所述混凝土桥台1的深度应可以提供给所述H型钢桩3足够的锚固。

所述的橡胶混凝土2部分采用的橡胶掺量为5％-15％，橡胶颗粒粒径为0.85-4.75mm，橡胶混凝土的强度应与桥台混凝土强度保持相近，以提供整体式桥台-H型钢桩节点足够的变形及承载能力。

所述的波纹套管4的直径可完全容纳所述H型钢桩3截面，并留有一定的空间。所述波纹套管4应比所述H型钢桩3嵌入所述混凝土桥台1更深。

所述H型钢桩3桩型较大，则需在嵌入深度范围内沿桥台1长度交替的使用橡胶混凝土2及普通混凝土，不再使用所述波纹套管4。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。