一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块及设计方法

技术领域

本发明涉及桥梁抗震技术领域，具体涉及到一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块及设计方法。

背景技术

柔性桥墩以其设计、施工简便，适应性强，大量应用于普通桥梁。随着公路建设的快速发展，这类桥梁在高烈度地震区也会越来越多，由于在这些地区桥梁地震位移响应较大，规范要求进行防落梁设计，其中设置纵向抗震挡块是重要的手段之一。纵向抗震挡块在我国属于抗震构造措施，设计要求比较简略。国外设计规范一般是利用桥梁简支端支座反力来计算抗震挡块的设计地震碰撞力。当梁联宽度及长度较大时，计算的地震碰撞力可能偏小，而桥墩较柔时，又有可能偏大，所以不很准确。桥梁纵向抗震挡块在地震作用下的受力过程本质上是上部梁联与桥墩之间的冲击碰撞过程，因而许多学者直接采用碰撞分析方法对抗震挡块进行研究，提出了比较适用的有限单元来进行模拟分析，以直接计算抗震挡块的碰撞作用。但是，由于挡块的冲击碰撞作用非常复杂，影响因素也很多，所以准确计算分析还有困难，同时计算也很繁琐，难以直接应用到桥梁纵向抗震挡块设计中。我国高烈度地震区分布广泛，桥梁在地震发生时往往是重要的救灾控制通道，自身因地震出现落梁或其它损坏不仅会造成重大损失，同时还会对地震救灾产生巨大的不利影响。因此，研究柔性墩桥梁纵向抗震挡块的设计方法，使其简便地应用到普通桥梁设计当中，同时研究简单实用的纵向抗震挡块，便于桥梁建设大量应用，均具有十分重要的实际意义。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块及设计方法，该纵向抗震挡块使该类型桥梁在强烈地震作用下过渡桥墩参与抵抗地震作用和消耗地震能量，保证桥梁不出现落梁问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下所述：

一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块，所述纵向抗震挡块12安装于柔性墩桥梁的过渡桥墩盖梁1和主梁7之间，其特征在于：所述纵向抗震挡块12包括：钢箱挡块2、锚板3、锚筋4和橡胶垫块5；

过渡桥墩盖梁1通过锚板3或锚板3与锚筋4，与钢箱挡块2连接；

所述钢箱挡块2上部贴有橡胶垫块5。

所述纵向抗震挡块12纵桥向布置在主梁7上的端横梁6的跨中侧，与端横梁6的净距≥200mm；所述纵向抗震挡块12横桥向布置在梁间间隙内，并靠近主梁7腹板。

纵向抗震挡块12在过渡桥墩盖梁1上纵桥向前后两侧均设置，一侧纵向抗震挡块12设置有若干个，且若干个纵向抗震挡块12相对过渡桥墩盖梁1横桥向中线对称布置。

钢箱挡块2为箱形钢结构，腹板10与顶底板9均采用对接焊缝连接，钢箱挡块2上部盖板11采用角焊缝连接，钢箱挡块2下部无底板，钢箱挡块2底部与锚板3采用对接和角接组合焊缝连接。

所述钢箱挡块2安装在主梁7上设置的端横梁6两侧，与端横梁6的间距≥20mm。

所述过渡桥墩盖梁1为混凝土盖梁时，锚板3与混凝土盖梁通过锚筋4连接；所述过渡桥墩盖梁1为钢盖梁时，锚板3与钢盖梁焊接。

所述锚板3厚度≥25mm。

所述橡胶垫块5的厚度≥40mm。

一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块中纵向抗震挡块的设计方法，包括

S1、计算作用在纵向抗震挡块12上的地震力；

S2、通过地震力计算纵向抗震挡块12上钢箱挡块的设计弯矩和设计剪力；

S3、通过地震力计算锚板3锚固的设计弯矩和设计剪力。

所述地震力的计算方式为：

所述钢箱挡块2设计弯矩和设计剪力的计算方式为：

M

V

所述锚板3锚固的设计弯矩和设计剪力的计算方式为：

M

V

式(1)～(5)中，M

所述地震力、钢箱挡块2设计弯矩和设计剪力和锚板3锚固的设计弯矩和设计剪力的计算中所有材料强度均取标准值。

本发明的有益效果为：

1、本发明让过渡桥墩参与抵抗桥梁纵向强烈地震作用，充分发挥了桥梁整体抗震性能。通过设置主梁端横梁与纵向抗震挡块之间的间隙，桥梁在小震作用时因桥梁纵向位移较小，纵向抗震挡块不受力；当桥梁在强烈地震作用时，桥梁纵向位移较大，主梁撞击纵向抗震挡块，纵向抗震挡块带动过渡桥墩参与抵抗地震作用和消耗地震能量。因此，本发明采用了分阶段设防的抗震设计原则，提高了整体桥梁的抗震性能。

2、本发明的纵向抗震挡块中的钢箱挡块性能稳定，可抵抗地震作用下的主梁撞击和消耗大量地震能量，保证桥梁不出现落梁。钢箱挡块采用钢结构，材料性能稳定，且为箱形结构，稳定性较好，钢箱挡块上部与主梁端横梁作用的部分设置较厚的橡胶垫块，起到缓冲地震力的作用，所以钢箱挡块可以抵抗地震作用的冲击作用。钢箱挡块钢结构具有优越的屈服性能，屈服后性能稳定，可消耗大量地震能量，当地震作用力非常大时，钢箱挡块底部屈服，但上部仍会完好，增加主梁相对位移，地震对钢箱挡块作用力会相对减小，所以可以防止落梁。

3、本发明纵向抗震挡块设计方法简便实用。对于高烈度地震区的柔性墩桥梁，设计时必然要计算桥墩的等效屈服弯矩，按本发明方法，利用等效屈服弯矩就可以很容易计算出纵向抗震挡块所承受的纵向地震力，并设计出相应的纵向抗震挡块，所以本纵向抗震挡块的设计几乎不增加桥梁设计的工作量，非常简便实用。

4、本发明纵向抗震挡块结构简单，便于加工，且适用范围广泛。纵向抗震挡块主体结构为简单的箱形钢挡块和锚板，加工、运输和安装均非常简易，且可适用于混凝土或钢结构主梁，也可适用于混凝土桥墩或钢结构桥墩，所以适用范围非常广泛。

5、本发明纵向抗震挡块容易恢复。如果在强烈地震作用下钢箱挡块出现较大的屈服变形，地震过后，可将变形后而不能使用的钢箱挡块割除，再在锚板上焊接安装新加工的钢箱挡块即可恢复纵向抗震挡块的抗震和防落梁作用。

附图说明

图1为本发明整体安装结构示意图；

图2为实施例一纵向抗震挡块布置示意图；

图3为实施例一纵向抗震挡块结构示意图；

图4为实施例二纵向抗震挡块布置示意图；

图5为实施例二纵向抗震挡块结构示意图；

图中所示：1过渡桥墩盖梁；2钢箱挡块；3锚板；4锚筋；5橡胶垫块；6端横梁；7主梁；8伸缩缝；9顶底板；10腹板；11上部盖板；12纵向抗震挡块；13桥墩塑性铰；14墩柱；15桥墩基础；16支座。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施例进一步的说明本发明的技术方案：

实施例一

如图1、2和3所示，本发明提供了一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块及设计方法，所述纵向抗震挡块12应用于柔性墩桥梁，设置在柔性墩桥梁的过渡桥墩盖梁1上。所述柔性墩桥梁的桥墩由基础、柔性墩柱和盖梁组成，主梁7由多片T型梁或小箱梁组成，T型梁或小箱梁梁体间有净间距且端部设有端横梁6，过渡桥墩为其上主梁7设置伸缩缝8的桥墩。

本发明的纵向抗震挡块12包括：钢箱挡块2、锚板3、锚筋4和橡胶垫块5，具体实施如下所述：

钢箱挡块2为箱形钢结构，腹板10与顶底板9均采用对接焊缝连接，钢箱挡块2上部盖板11采用角焊缝连接，钢箱挡块2下部无底板，钢箱挡块2底部与锚板3采用对接和角接组合焊缝连接。钢箱挡块2上部贴有厚度≥40mm的橡胶垫块5。

在本实施例中，过渡桥墩盖梁1为混凝土盖梁，锚板3与混凝土盖梁通过锚筋4连接。锚板3厚度≥25mm。

所述纵向抗震挡块12安装在过渡桥墩盖梁1上，纵桥向布置在端横梁6的跨中侧，与端横梁6的净距≥200mm；横桥向布置在梁间间隙内，并靠近主梁7腹板；纵向抗震挡块12在过渡桥墩盖梁1上纵桥向前后两侧均设置，一侧纵向抗震挡块12设置有若干个，且若干个纵向抗震挡块12相对过渡桥墩盖梁1横桥向中线对称布置；一个过渡桥墩盖梁1上设置纵向抗震挡块12的个数应根据计算确定。

当强烈地震过后，如果钢箱挡块2变形过大而不能使用，可将钢箱挡块2自锚板3处割除，再在原位焊接一个新的钢箱挡块2。

实施例二

如图1、3和4所示，本发明提供了一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块及设计方法，所述纵向抗震挡块12应用于柔性墩桥梁，设置在柔性墩桥梁的过渡桥墩盖梁1上。所述柔性墩桥梁的桥墩由基础、柔性墩柱和盖梁组成，主梁7由多片T型梁或小箱梁组成，T型梁或小箱梁梁体间有净间距且端部设有端横梁6，过渡桥墩为其上主梁7设置伸缩缝8的桥墩。

本发明的纵向抗震挡块12包括：钢箱挡块2、锚板3、锚筋4和橡胶垫块5，具体实施如下所述：

钢箱挡块2为箱形钢结构，腹板10与顶底板9均采用对接焊缝连接，钢箱挡块2上部盖板11采用角焊缝连接，钢箱挡块2下部无底板，钢箱挡块2底部与锚板3采用对接和角接组合焊缝连接。钢箱挡块2上部贴有厚度≥40mm的橡胶垫块5。

在本实施例中，过渡桥墩盖梁1为钢盖梁，锚板3与钢盖梁直接焊接。锚板3厚度≥25mm。

所述纵向抗震挡块12安装在过渡桥墩盖梁1上，纵桥向布置在端横梁6的跨中侧，与端横梁6的净距≥200mm；横桥向布置在梁间间隙内，并靠近主梁7腹板；纵向抗震挡块12在过渡桥墩盖梁1上纵桥向前后两侧均设置，一侧纵向抗震挡块12设置有若干个，且若干个纵向抗震挡块12相对过渡桥墩盖梁1横桥向中线对称布置；一个过渡桥墩盖梁1上设置纵向抗震挡块12的个数应根据计算确定。

当强烈地震过后，如果钢箱挡块2变形过大而不能使用，可将钢箱挡块2自锚板3处割除，再在原位焊接一个新的钢箱挡块2。

实施例三

本发明还提供了一种柔性墩桥梁纵向抗震挡块设计方法以计算作用在纵向抗震挡块12上的地震力和设计纵向抗震挡块12。采用下式计算地震力：

采用下式计算钢箱挡块2设计弯矩和设计剪力：

M

V

采用下式计算锚板3锚固的设计弯矩和设计剪力：

M

V

式(1)-(5)中，M

实施例一和实施例二的工作原理为：

柔性墩桥梁过渡桥墩一般设置纵向滑动支座16，过度渡桥墩上部两侧主梁7会在地震作用下相对过渡桥墩纵向滑动，两侧主梁7或相对同向运动，或相对反向运动。当强烈地震时，主梁7梁端位移较大，如果主梁7相对同向运动，一侧主梁7的端横梁6会撞击到纵向抗震挡块12中的钢箱挡块2，由于有较厚的橡胶垫块5，对钢箱挡块2作用的地震力相对较均匀稳定，因此，纵向抗震挡块12在地震力的作用下带动过渡桥墩跟随主梁7一起运动，从而使过渡桥墩参与抵抗地震作用；当地震力非常大时，过渡桥墩底部达到等效屈服弯矩，此时纵向抗震挡块12完好，所以过渡桥墩在纵向抗震挡块12的带动下，随主梁7发生较大的位移，但不会出现落梁。如两侧主梁7相对反向运动，极端情况是两侧主梁7端横梁6均撞击到相应的纵向抗震挡块12，由于纵向抗震挡块12的限制，两侧主梁7的地震效应均会降低；当地震力非常大时，两侧纵向抗震挡块12结构中的钢箱挡块2出现屈服，会大量消耗地震能量，减轻地震效应，同时，钢箱挡块2上部仍然完好，且主梁7梁端距过渡桥墩盖梁1的边缘仍有较长的距离，移动过程中地震能量会进一步大幅减弱，所以不会发生落梁。由于纵向抗震挡块部12中的锚板3相对钢箱挡块2按能力保护设计，锚板3不会发生破坏，地震后，如果钢箱挡块2屈服变形较大而不能使用，可将钢箱挡块2自锚板3处割除，再在原位焊接一个新的钢箱挡块2，非常方便。因此本发明纵向抗震挡块12具有提高柔性墩桥梁整体抗震性能、防止落梁和便于恢复的优点。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。