一种花瓶墩桥梁结构

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，特别是涉及一种花瓶墩桥梁结构。

背景技术

目前，连续桥梁有多种墩梁连接方式，较为常规的是在墩梁之间设置支座，桥墩有多种构造形式，其中花瓶墩为较普通常用的墩形，花瓶墩2′固定于承合4′上，如图1、图2所示，常规的连续桥梁的主要特征为支座3′所在平面与花瓶墩2′、横梁1′基本保持平行。墩顶两个支座3′中，沿着横桥向一个为限位支座，一个为活动支座，其中限位支座主要传递横梁1′与花瓶墩2′之间的横向力。如图2所示，支座3′由下自上依次包括支座垫石31′，支座本体32′以及梁底调平块33′，在支座3′内侧，一般还会设置防落梁挡块5′，防落梁挡块5′与支座垫石31′之间预留一定间隙，在地震作用下，横向限位支座被地震力剪坏之后，横梁1′有发生横桥向位移落梁的可能，防落梁挡块5′与支座垫石31′顶死后便可以避免此落梁情况的发生。然而，上述连续桥梁依然存在以下缺点：

1、现有的花瓶墩在横桥向受力上基本上为“拉-压杆”模式，横梁1′受力主要以上缘受拉，下缘受压为主，花瓶墩2′受力模式如图3所示，墩顶上缘存在较大拉力，由于混凝土抗压强度高、抗拉强度较低，为此，墩顶往往需要设置多层的横桥向的拉杆钢筋221′来承担此拉力，另外，除了保证墩顶的抗拉能力，还需要保证支座下方混凝土的抗剪承载力，往往需要配置较多斜筋222′来保证其抗剪承载能力，如图4、5所示，墩顶钢筋较密会导致混凝土不好浇筑，混凝土难以振捣，大幅增加施工难度，影响施工效率，另外支座3′竖向力较大时，可能会导致支座下方混凝土的抗剪面积不足，需要增大桥墩厚度来解决此问题，进一步增大建筑材料用量，增大工程投资。其中拉杆钢筋221′拉力Fs＝Fd*tanθ(Fd表示支座竖向力，θ表示支座竖向力与花瓶墩2′的混凝土压杆所形成的夹角)，支座竖向力及θ值越大，对花瓶墩2′受力越不利；

2、花瓶墩2′的墩顶沿横桥向通常只设置一个限位支座，在同等承载力的条件下，限位支座的造价要高于活动支座，而且在高烈度地震作用下，普通支座容易被剪坏，也可以设置专门的抗震支座，但抗震支座工艺更复杂，价格更昂贵。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何解决现有花瓶墩的施工难度和制作成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种花瓶墩桥梁结构，包括横梁和花瓶墩本体；

还包括设于所述横梁和花瓶墩本体之间的斜向支座，所述斜向支座沿横桥向对称设置于所述花瓶墩本体的上缘两端，所述斜向支座的轴线与所述花瓶墩本体的轴线所形成的夹角为θ；所述花瓶墩本体上还设有在横桥向起到限位作用的挡块机构；

其中，θ≤25°。

进一步优选地，所述花瓶墩本体包括直线段和圆弧段，所述斜向支座设于所述圆弧段的上缘，所述斜向支座的轴线与所述花瓶墩本体的轴线所形成的夹角为θ满足以下公式：

θ＝arctan{0.45(2s―b)/H}(1)

式(1)中，H表示所述圆弧段的高度，b表示所述直线段的宽度，s表示两个所述斜向支座中心点的间距。

进一步优选地，所述圆弧段的中部开设有掏空区域以使得所述圆弧段形成两个支腿，所述斜向支座设于所述支腿的上缘，所述挡块机构安装于所述掏空区域。

进一步优选地，所述挡块机构包括设于所述掏空区域内的联系板，所述联系板的上缘沿纵桥向开设有限位槽，所述挡块机构还包括设于所述横梁下缘中部的挡块，所述挡块的一端伸入所述限位槽内，所述挡块的下缘与所述联系板存在间隙，以使得所述挡块在纵桥向和竖向可以相对活动。

进一步优选地，所述挡块伸入所述限位槽的深度不小于20cm。

进一步优选地，所述挡块沿横桥向的两侧面设有橡胶条。

进一步优选地，所述联系板的厚度不小于30cm，且所述联系板的厚度不小于所述花瓶墩本体厚度的0.2倍，所述联系板的高度和宽度均小于所述直线段的宽度b。

进一步优选地，所述横梁在横桥向的宽度≤16m，两个所述斜向支座中心点的间距s≤6m，所述圆弧段的高度H≤5m，所述直线段的宽度b≥2.5m。

进一步优选地，所述横梁的下缘位置沿横桥向布置有受拉钢筋。

进一步优选地，两个所述斜向支座在其倾斜方向均为盆式活动支座。

本发明提供的一种花瓶墩桥梁结构与现有技术相比，其有益效果在于：

1、本发明通过将斜向支座以倾斜θ夹角设置在横梁和花瓶墩本体之间，以改变支座竖向力的方向，从而达到改善花瓶墩受力状态的目的，当倾斜的角度为θ时，花瓶墩本体的墩顶上缘基本上不产生拉力，由此可以取消墩顶上缘的拉杆钢筋和斜筋，优化桥墩厚度，降低花瓶墩本体的施工难度和制作成本，大幅优化受力较小区域的混凝土；

2、本发明通过在花瓶墩本体上设置挡块机构，挡块机构不仅在地震作用下，能够起到防止落梁的作用，并且在平时正常使用状态下，能够完全取代现有横向限位支座的功能，使得本发明的桥梁可以取消全桥的横向限位支座，保证了在不同的荷载工况下，沿横桥向均不会有支座剪坏的情况发生，同时优化了现有技术中防落梁挡块的数量，降低了工程造价和施工难度。

附图说明

图1是现有技术中连续桥梁的结构示意图。

图2是图1中A-A横断面的示意图。

图3是图2中花瓶墩的受力分析图。

图4是现有技术中墩顶受力主筋横断面示意图。

图5是现有技术中墩顶受力主筋立面示意图。

图6是本发明所述一种花瓶墩桥梁结构的结构示意图。

图7是本发明所述花瓶墩本体的受力分析图。

图8是本发明所述花瓶墩支腿的受力简化示意图。

图9是本发明所述挡块机构的装配示意图。

图10是本发明图9中所述花瓶墩本体的俯视图。

图11是本发明所述横梁的受力图。

图中：10、横梁；11、挡块；12、受拉钢筋；20、花瓶墩本体；21、直线段；22、圆弧段；23、支腿；24、掏空区域；25、联系板；26、限位槽；27、橡胶条；30、斜向支座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“之间”、“内”、“外”、“水平”、“竖直”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。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为便于对实施例的理解，现对“横桥向”和“纵桥向”和“竖向”进行说明，“横桥向”指的是桥梁的宽度方向，“纵桥向”指的是桥梁的长度方向，“竖向”指的是桥梁的高度方向。

如图6所示，本实施例提供一种花瓶墩桥梁结构，包括横梁10和花瓶墩本体20以及设于横梁10和花瓶墩本体20之间的斜向支座30，其中，斜向支座30沿横桥向对称设置于花瓶墩本体20的上缘两端，斜向支座30的轴线与花瓶墩本体20的轴线所形成的夹角为θ；其中，θ≤25°。本实施例通过将斜向支座30以倾斜θ夹角设置在横梁10和花瓶墩本体20之间，以改变支座竖向力的方向，从而达到改善花瓶墩受力状态的目的，当倾斜的角度为θ时，花瓶墩本体20的墩顶上缘在横桥向基本上不产生拉力，具体地，花瓶墩本体20上还设有在横桥向起到限位作用的挡块机构，花瓶墩本体20的顶部设有掏空区域24，挡块机构安装于掏空区域24内，由此可以取消墩顶上缘的拉杆钢筋，核心受力区域混凝土即支腿23区域混凝土接近轴心受压状态，由此可以取消斜筋，同时大幅优化非主要受力区域混凝土即掏空区域24的混凝土，同时优化桥墩厚度，降低花瓶墩本体20的施工难度和制作成本。

在一些实施方式中，如图7和图8所示，花瓶墩本体20包括直线段21和圆弧段22，斜向支座30设于圆弧段22的上缘，斜向支座30的轴线与花瓶墩本体20的轴线所形成的夹角为θ满足以下公式：

θ＝arctan{0.45(2s―b)/H}(1)

式(1)中，H表示圆弧段22的高度，b表示直线段21的宽度，s表示两个斜向支座30中心点的间距。

在上述示例中，左侧的斜向支座30对花瓶墩本体20上缘产生斜向力Fd1′，右侧的斜向支座30对花瓶墩本体20上缘产生斜向力Fd2′，此时，左侧的斜向支座30的斜向力Fd1′在水平方向的分力Fh1＝Fd1′*sinθ，竖向分力Fv1＝Fd1′*cosθ，右侧的斜向支座30的斜向力Fd2′水平方向的分力Fh2＝Fd2′*sinθ，竖向分力Fv2＝Fd2′*cosθ，其中，Fh1≈Fh2，且Fh1和Fh2方向相反，因此，花瓶墩本体20的上缘基本上不产生拉力，为此，可以取消墩顶上缘的拉杆钢筋。

在上述示例中，斜向支座30的倾斜角度θ＝arctan{0.45(2s-b)/H}不可过大，因为斜向支座30的斜向力Fd1′或Fd2′的水平分力Fh1和Fh2等于竖向分力Fv1和Fv2的tanθ倍，受力分解如图8所示，本实施例要求θ不超过25度，即水平分力Fh1和Fh2不能超过竖向分力Fv1和Fv2的0.466倍，其中竖向分力Fv1和Fv2等于上部结构的恒载(横梁)+活载(如车辆等)。

另外，如图11所示，水平分力Fh1和Fh2的反作用力作用于横梁10上，会让横梁10下缘产生拉力，相当于花瓶墩本体20顶部的横向拉力被斜向支座30转移到了横梁10上，这样设计的目的一方面是因为横梁10下缘本身为受压状态，可以抵抗一部分拉力，节省了一部分钢筋；另一方面是横梁10的宽度往往大于花瓶墩本体20的厚度，使得横梁10的底部有更多的空间来布置横向受拉钢筋12，不至于拥挤，混凝土容易浇筑和振捣，更易于施工，降低施工难度。

在其他实施方式中，如果上部结构(横梁)是钢结构，由于钢结构抗拉强度高，且在横梁10范围内一般都会将顶底板加厚，强度有较大富余，可以很好的消化此部分拉力，无需再增加横向受拉钢筋12。

在具体示例中，参照图9和图10，花瓶墩本体20上还设有在横桥向起到限位作用的挡块机构；具体地，圆弧段22的中部开设有掏空区域24以使得圆弧段22形成两个支腿23，斜向支座30设于支腿23的上缘，挡块机构安装于掏空区域24；通过在花瓶墩本体20上设置挡块机构，挡块机构不仅在地震作用下能够起到防止落梁的作用，并且在平时正常使用状态下，能够完全取代现有横向限位支座的功能，使得本发明的桥梁可以取消全桥的横向限位支座，保证了在不同的荷载工况下，沿横向均不会有支座剪坏的情况发生，同时优化了现有技术中防落梁挡块的数量，降低了工程造价和施工难度；另外，两个支腿23的受力接近轴心受压状态，横向弯矩较小，无需验算支座下方的混凝土即花瓶墩本体20顶部的抗剪承载能力，从而可以取消花瓶墩本体20的横向拉杆钢筋和斜向的抗剪钢筋，进一步优化桥墩厚度，节省成本。

在上述实施方式中，结合图9和图10，挡块机构包括设于掏空区域24内的联系板25，联系板25的上缘沿纵桥向开设有限位槽26，挡块机构还包括设于横梁10下缘中部的挡块11，挡块11的一端伸入限位槽26内，挡块11的下缘与联系板25存在间隙，以使得挡块11在纵桥向和竖向可以相对活动。以此，设置联系板25一方面是在更换斜向支座30时方便放置千斤顶，便于施工人员作业，另一单方面是能够为支腿23提供一定的侧向约束，增大支腿受压时的横向稳定性，减小其计算长度，增大其承载能力。

在上述实施方式中，由于挡块机构能够在横桥向起到限位作用，为此，本实施方式可以在墩顶取消传统的横向限位支座，作为优选，两个斜向支座30在其倾斜方向均为活动支座，并同时取消支座内侧的两个防落梁挡块，只在中间区域设置一个挡块11，并在墩顶联系板25上设置一个限位槽26，挡块11沿横桥向的两侧面设有橡胶条27，橡胶条27粘贴于挡块侧面，橡胶条27与限位槽26之间在纵桥向和竖向可以相对活动。以此，只在横桥向设置活动支座，同时防落梁挡块数量也减少了，降低了工程造价和施工难度，而且挡块11在平时正常使用状态下起到了横向限位支座的作用，在地震作用下，起到了防落梁作用，不会有支座剪坏的情况发生，即使橡胶条被挤坏，更换的成本和施工难度也非常低。

在上述实施方式中，为保证可以有效将支座竖向力变成支座斜向力，两个斜向支座30优选为盆式活动支座。

在其他实施方式中，支座倾斜布置的方式用于直线桥效果比较好，此时Fd1′≈Fd2′，当应用于曲线桥时，由于曲线桥的外侧支座反力大于内侧支座反力，这样会导致中间的挡块11与限位槽26之间始终有横向力存在，对支腿受力有不利影响，如果一定要用于曲线桥，本专利限制内外侧支座反力大小相差不得超过20％，并保证支腿23在受力上仍为小偏心压弯构件。

在一些实施方式中，为保证在竖向地震作用下横梁10与花瓶墩本体20不易完全脱离，为此，挡块11伸入限位槽26的深度不小于20cm。

在一些实施方式中，为保证更换斜向支座30时联系板25上有空间设置千斤顶，且联系板25有足够的刚度能将上部结构的横向力有效的传递给花瓶墩本体20，为此，联系板25的厚度不小于30cm，且联系板25的厚度不小于花瓶墩本体20厚度的0.2倍，为保证核心受力区支腿23不被过多削弱，限制联系板25的高度和宽度小于直线段21的宽度b。

在一些实施方式中，墩顶斜向支座30的倾斜角度θ直接由斜向支座30的间距s及花瓶墩本体20的宽度b等数值决定，为保证倾斜角度θ在较小的合理范围，且保证本发明尽可能应用于常规桥梁，限制横梁10在横桥向的宽度≤16m，花瓶墩本体20的圆弧段22的高度H≤5m，两个斜向支座30中心点的间距s≤6m，直线段21的宽度b≥2.5m。

综上，本发明实施例提供的一种花瓶墩桥梁结构，其通过将斜向支座30以倾斜θ夹角设置在横梁10和花瓶墩本体20之间，以改变支座竖向力的方向，从而达到改善花瓶墩受力状态的目的，当倾斜的角度为θ时，花瓶墩本体20的墩顶上缘基本上不产生拉力，由此可以取消墩顶上缘的拉杆钢筋和斜筋，优化桥墩厚度，降低花瓶墩本体20的施工难度和制作成本，大幅优化受力较小区域的混凝土；具体地，水平分力Fh1和Fh2的反作用力作用于横梁10上，会让横梁10下缘产生拉力，相当于花瓶墩本体20顶部的横向拉力被斜向支座30转移到了横梁10上，这样设计的目的一方面是因为横梁10下缘本身为受压状态，可以抵抗一部分拉力，节省了一部分钢筋；另一方面是横梁10的宽度往往大于花瓶墩本体20的厚度，使得横梁10的底部有更多的空间来布置横向受拉钢筋12，不至于拥挤，混凝土容易浇筑和振捣，更易于施工，降低施工难度；

另外，其通过在花瓶墩本体20上设置挡块机构，挡块机构不仅在地震作用下能够起到防止落梁的作用，并且在平时正常使用状态下，能够完全取代现有横向限位支座的功能，使得本发明的桥梁可以取消全桥的横向限位支座，保证了在不同的荷载工况下，沿横向均不会有支座剪坏的情况发生；具体地，两个支腿23的受力接近轴心受压状态，横向弯矩较小，无需验算支座下方的混凝土即花瓶墩本体20顶部的抗剪承载能力，从而可以取消花瓶墩本体20的横向拉杆钢筋和斜向的抗剪钢筋，进一步优化桥墩厚度，节省成本；两个斜向支座30在倾斜方向均为活动支座，并同时取消支座内侧的两个防落梁挡块，只在中间区域设置一个挡块11，并在墩顶联系板25上设置一个限位槽26，挡块11沿横桥向的两侧面设有橡胶条27，橡胶条27粘贴于挡块侧面，橡胶条27与限位槽26之间在纵桥向和竖向可以相对活动；以此，只在横桥向设置活动支座，同时防落梁挡块数量也减少了，降低了工程造价和施工难度，而且挡块11在平时正常使用状态下起到了横向限位支座的作用，在地震作用下，起到了防落梁作用，不会有支座剪坏的情况发生，即使橡胶条被挤坏，更换的成本也非常低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述优选实施方式的细节，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。

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，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。