一种桥墩内部纵筋因地震破坏后的上拉约束补强修复方法

技术领域

本发明属于桥梁抗震领域，具体为一种桥墩内部纵筋因地震破坏后的上拉约束补强修复方法。

背景技术

高速铁路桥梁在整个高速铁路中起着至关重要的作用，因此防止高速铁路桥梁破坏是一项具有重要意义的事情。

在历来的地震中，桥墩的震害主要集中为底部塑性铰区域保护层混凝土脱落、核心混凝土压碎和纵筋屈服破坏。其中桥墩起到支承主梁和轨道结构、将上部结构地震荷载传递到地基的作用。因此，桥墩是桥梁结构不可或缺的一个关键构件。然而，现有的传统桥墩大多都有如下缺陷：

1、为确保桥墩的延性能力而控制纵向配筋率，导致在大震时桥墩所配置的纵筋不足，引发纵筋的屈服和破坏。

2、地震导致的桥墩残余位移难以控制。

3、桥墩的震后修复工序繁杂，难以保证在损坏后快速完成修复以抵抗下一次地震。

发明内容

本发明目的在于提供一种可以克服上述缺陷的桥墩内部纵筋因地震破坏后的上拉约束补强修复方法。

本发明提供的这种桥墩内部纵筋因地震破坏后的上拉约束补强修复方法，采用以下技术方案：沿桥墩的外壁轴向均布补强装置，各补强装置包括补强钢板构件、安装块、上卡扣组件、下卡扣组件、铁链和支撑组件；安装块的一侧预埋于桥墩的上部，补强钢板构件既可相对安装块上下滑动，又可通过安装块的初始状态上限位；上卡扣组件的一侧预埋于桥墩内，可通过水平伸缩来实现补强钢板构件顶部相对安装块上滑后的上限位；下卡扣组件布置于补强钢板构件的下方，底部预埋于地面，顶部可实现补强钢板构件相对安装块上滑时的下限位；铁链下端与补强钢板构件上端固定，铁链上端固定于桥墩的预埋件上；支撑组件的底部预埋于地面，顶部支撑铁链；正常情况下，铁链不起作用，下卡扣组件不起作用，补强钢板构件的顶部通过安装块和上卡扣组件定位；地震破坏桥墩内部纵筋后桥墩产生弯曲破坏且弯曲达到设计值时，铁链将补强钢板构件往上拉，上卡扣组件使补强钢板构件上限位，下卡扣组件使补强钢板构件下限位，对桥墩抗弯补强进行自修复。

上述技术方案实施时，所述补强钢板构件包括竖向板体及其顶部外侧连接的挂接头、底部外侧连接的扣接头。

上述技术方案实施时，所述竖向板体的顶部内侧设置沿板体宽度方向的矩形凹槽；所述挂接头为反C型结构，顶部折边作为挂接边，底部折边与所述竖向板体的外侧连接固定；所述扣接头是底部为上凹弧形边的矩形块。

上述技术方案实施时，所述安装块为矩形块，其上设置竖向的贯穿孔，对应贯穿孔的内侧两端对称固定竖向挡块。

上述技术方案实施时，竖向板体与安装块装配时，顶部插入安装块的贯穿孔中，挂接头的顶部折边作为竖向板体顶部下限位的挂接边。

上述技术方案实施时，所述上卡扣组件包括卡块和弹簧，卡块为矩形块，水平布置于所述安装块的竖向挡块之间，可沿竖向挡块滑动，卡块的厚度与所述竖向板体上的矩形凹槽匹配，弹簧水平连接于卡块的内侧，弹簧处于自由状态时，卡块的外侧越过贯穿孔的内侧缘。

上述技术方案实施时，所述下卡扣组件包括支撑构件、卡扣构件和弹簧，卡扣构件设置于支撑构件内侧的矩形腔室中，内侧侧缘与支撑构件顶部的内侧侧缘平齐，外侧与支撑构件转动铰接，压簧上端与矩形腔室顶面固定、下端与卡扣构件顶面固定。

上述技术方案实施时，所述卡扣构件为倒置的偏心T型体，其翼板的内侧长度小于外侧长度，翼板外侧长度的外部通过销轴与所述支撑构件铰接。

上述技术方案实施时，所述支撑构件的顶部与竖向板体之间的间距大于竖向板体的厚度，卡扣构件的翼板处于水平状态时，扣接头的外侧缘与卡扣构件翼板的内侧有重叠段。

上述技术方案实施时，所述支撑组件包括落地支撑杆和铁链套管，落地支撑杆的上端支撑于铁链套管的下侧。

本发明沿桥墩外壁轴向均布补强装置，与桥墩内的纵筋同向布置。正常情况下及小地震作用下，通过桥墩内部纵筋保证桥墩的正常使用功能，避免因直接在桥墩内部增加钢筋产生的超筋现象。在较高级别的地震作用下，当桥墩内部纵筋破坏后，桥墩将发生弯曲变形，当弯曲达到设计值时，与桥墩固定的铁链将补强钢板构件上拉，使补强钢板构件的顶部通过与桥墩固定的上卡扣组件定位，底部通过固定于地面的下卡扣组件定位，通过补强钢板构件对桥墩进行抗弯补强修复。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体布置示意图。

图2为本实施例中单个补强装置与桥墩的装配示意图。

图3为图2中补强装置的侧视示意图。

图4为补强装置中补强钢板构件的放大结构示意图。

图5为图2中的A部放大示意图。

图6为图2中的B部放大示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种桥墩内部纵筋因地震破坏后的上拉约束补强修复方法，沿桥墩的外壁轴向均布补强装置。

如图2所示，补强装置包括补强钢板构件1、安装块2、上卡扣组件3、下卡扣组件4、铁链5和支撑组件6。

结合图2至图6可以看出：

安装块2水平布置，内侧预埋于桥墩的上部，伸出部分设置用于安装补强钢板构件1的贯穿孔，对应贯穿孔的内侧两端对称焊接竖向挡块21。

即桥墩预制时先将安装块2定位预埋。

结合图3、图4可以看出：

补强钢板构件1包括竖向板体11及其顶部外侧连接的挂接头12、底部外侧连接的扣接头13。

竖向板体11的顶部内侧设置沿板体宽度方向的矩形凹槽111。

挂接头12为反C型结构，顶部折边作为挂接边，底部折边与竖向板体11的外侧连接固定。

扣接头13是底部为上凹弧形边的矩形块。

补强钢板构件1制作时，挂接头12不与竖向板体11焊接。

上卡扣组件3包括卡块31和弹簧32，卡块31为矩形块，水平布置于安装块2的竖向挡块21之间，竖向挡块21作为卡块31滑动的导向结构。即上卡扣组件制作时，要尤其注意卡块31与安装块上竖向挡块之间的间距匹配。

卡块31的厚度与竖向板体11上的矩形凹槽111匹配，弹簧32水平连接于卡块31的内侧，弹簧32处于自由状态时，卡块31的外侧越过安装块2贯穿孔的内侧缘。

上卡扣组件3的卡块31制作时，需与安装块2上的竖向挡块21预装配，保证卡块31能顺畅的在竖向挡块21之间滑动。

上卡扣组件3确定弹簧32的长度时，需使卡块31外侧越过安装块2上的贯穿孔内侧。

上卡扣组件3的弹簧32也需在桥墩预制时定位预埋固定，所以安装块2和上卡扣组件3需在桥墩预制的时候制作并预埋固定好。

下卡扣组件4包括支撑构件41、卡扣构件42和弹簧43。

支撑构件41包括设置有矩形槽的支撑块411，支撑块的顶边伸出于底边外，设置有用于安装卡扣构件和弹簧的倒L形槽，还包括支撑块底边两侧对称设置竖向块412。

卡扣构件42为倒置的偏心T型体，其翼板的内侧长度小于外侧长度，翼板外侧长度的外部通过销轴与支撑构件41的竖向块412铰接。

卡扣构件42的内侧底面通过支撑块411开设倒L形槽后凸台支撑，外侧通过弹簧43拉住保持其初始状态的水平。

支撑组件6包括落地支撑杆61和铁链套管62，落地支撑杆61的上端支撑于铁链套管62的下侧。

钢板补强构件1、下卡扣组件4、铁链5及支撑组件6在工厂制作好后运输至现场安装。

具体装配过程如下：

1、安装补强钢板构件1

竖向板体11的顶部插入安装块2上的贯穿孔中，挂接头12的顶部折边挂于安装块2的外侧上表面。

2、安装下卡扣组件4

支撑构件41的支撑块411顶部位于竖向板体11的正外侧，小间隙保证竖向板体11能上下运动，同时保证竖向板体11底部的扣接头13与卡扣构件42的底面有重叠段，拉动竖向板体11能使卡扣构件42绕其与竖向块412之间的铰接销轴转动，最终使扣接头13的顶面与支撑块顶边的底面扣接。

3、安装支撑组件铁链5和支撑组件6

将铁链5穿过支撑组件6的铁链套管62，铁链5下端与挂接头12连接固定，上端与桥墩顶部预埋的拉钩固定，将支撑组件6的落地支撑杆61顶部支撑铁链套管62，底部固定于地面。

现场安装完成后的初始状态为：

钢板补强构件1顶部的挂接头12通过安装块2下限位，补强钢板构件1底部扣接头13的顶面与下卡扣组件4的卡扣构件42底面接触。卡扣构件42的底面在弹簧43的作用下保持水平状态，上卡扣组件的弹簧32处于被压缩状态，使卡块31挤压竖向板体11。铁链5不受力。

补强装置的工作原理如下：

正常情况下，铁链5不起作用，下卡扣组件4不起作用，补强钢板构件1的顶部通过安装块2和上卡扣组件3定位。

地震破坏桥墩内部纵筋后桥墩产生弯曲破坏且弯曲达到设计值时，铁链5将补强钢板构件1往上拉，当竖向板体11顶部的矩形凹槽111上升至对应上卡扣组件3的卡块31位置时，卡块31在弹簧32的复位作用下插入矩形凹槽中使竖向板体顶部限位，同时，竖向板体11上升时，底部的扣接头13使下卡扣组件4的卡扣构件42向外转动，直至扣接头13与卡扣构件42脱离与支撑块411顶部的底面扣接，至此，钢板补强构件的顶部和底部均为定位对桥墩抗弯补强进行自修复。卡扣构件在弹簧43的复位作用下回到水平状态。