一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩制造技术

一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，包括混凝土承台（1），其特征在于：所述混凝土承台（1）的上端设置有承台嵌入凹槽（2），混凝土嵌入节段（3）的上端非粘接设置有多段混凝土桥墩主节段（4），位于最上端的混凝土桥墩主节段（4）非粘接设置有混凝土承载节段（5），非粘接连接部位相连接的端面分别设置为拓扑互锁面（6），各构件节段的中心沿纵向贯穿设置有预应力筋孔道（7），本发明专利技术结构合理，利用构件上拓扑互锁结构能有效限制了在水平方向的运动，极大降低了对构件对位精度的依赖，减少了砂浆的使用，提高了施工效率，同时达到了非常理想的减震耗能效果。非常理想的减震耗能效果。非常理想的减震耗能效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩


[0001]本专利技术涉及一种桥墩，尤其涉及一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，属于土木工程


技术介绍

[0002]桥梁是交通的关键部位，而梁桥又是应用最广泛的桥梁结构，桥墩不仅是桥梁重要的受力和承载结构，而且在地震时也很容易受到不可逆转的破坏。随着装配建筑的兴起，预制装配式梁桥结构的研究也成为重中之重。对于预制装配式混凝土梁桥结构来说，梁柱桥墩位置的抗震承载能力对整个结构的抗震性能具有十分重要的影响。目前装配式梁桥结构的桥墩节点都是大多采用现浇的形式，混凝土的凝固、养护等工序操作繁琐，施工周期长，更主要的是现有采用现浇节点的装配式桥墩的减震耗能性能严重不足，现浇节点部位在地震过程中往往会成为最薄弱的部位，极易出现应力集中，构件连接处很容易发生局部破坏。
[0003]同时，目前的混凝土预制装配桥墩还存在着许多明显的问题。其一，各预制节段间的连接面通常是一个平面，这样的平面转动能力较差。在自复位结构受到极端荷载而产生较大的摇摆时，连接处会产生较大的转动变形，对于转动能力差的平缝而言，在桥墩发生转动时，接触面混凝土会产生很小的“受压区”，产生很大的应力集中，难以通过摩擦耗散掉这部分能量，相反会产生很大的应力集中，使得构件连接处容易发生局部破坏，严重影响桥梁暗安全，缩短桥梁使用寿命。另外，平缝的抗剪能力比较差，桥墩所受到的剪力主要由预应力筋和耗能钢筋承担，而混凝土构件本身却没有提供任何作用，这是由于接触面上提供的摩擦力很小，抗震和自复位能力较差，无法承受地震的破坏。以上技术问题一直是制约装配式技术发展的技术难题，一直以来缺乏一种结构合理，安装方便，并且具有摩擦耗能和自复位功能的新型桥墩结构来解决上述技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对传统的现浇节点的装配式桥墩一直以来没能解决的装配难度大、对位精度要求高、抗震性能不佳的难题，在地震中极易发生破坏，不具有摩擦耗能和自复位功能的缺陷和不足，现提供一种结构合理，装配对位方便快捷，并达到了良好的摩擦耗能和自复位效果，巧妙解决了传统装配式桥墩所存在的技术难题，抗震性能好的一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是：一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，包括混凝土承台，所述混凝土承台的上端设置有承台嵌入凹槽，承台嵌入凹槽内设置有混凝土嵌入节段的底端，混凝土嵌入节段的上端非粘接设置有一段混凝土桥墩主节段或从下到上依次首尾非粘接设置有多段混凝土桥墩主节段，位于最上端的混凝土桥墩主节段非粘接设置有混凝土承载节段，非粘接连接部位相连接的端面分别设置为拓扑互锁面，相邻两个构件节段端部的拓扑互锁面相互配合形成拓扑互锁结构；混凝土嵌入节
段、混凝土桥墩主节段以及混凝土承载节段的中心沿纵向贯穿设置有预应力筋孔道，同一个桥墩上的混凝土嵌入节段、混凝土桥墩主节段以及混凝土承载节段通过穿入在预应力筋孔道上的预应力索结构张拉形成整体式结构。
[0006]进一步的，所述混凝土承台的内部设置有承台箍筋和承台纵筋，承台箍筋与承台纵筋相固定，承台嵌入凹槽的底部设置有锚具固定区，锚具固定区内设置有固定预应力钢绞线一端的锚具。
[0007]进一步的，所述混凝土嵌入节段、混凝土桥墩主节段以及混凝土承载节段的内部分别设置有架立筋和箍筋，位于同一节段内的架立筋和箍筋固定在一起。
[0008]进一步的，所述通过拓扑互锁面相配合的两个构件节段中的一个构件节段端部固定设置有耗能钢筋，另一个构件节段端部预埋设置有连接固定耗能钢筋的金属波纹管或开设有耗能钢筋连接孔，通过拓扑互锁面相配合的相邻两个构件节段之间通过耗能钢筋与金属波纹管或耗能钢筋连接孔相连接。
[0009]进一步的，所述拓扑互锁面为具有过渡平滑的凸凹曲面，相互配合的两个拓扑互锁面6具有能实现微小错动和凹凸互锁的功能。
[0010]进一步的，所述拓扑互锁面由四段三角函数曲线构成，长边为一个周期的余弦函数，短边为半个周期的余弦函数，拓扑互锁面由短边在长边上扫掠形成。
[0011]进一步的，所述拓扑互锁面由以下方程确定：
[0012][0013]其中，h为拓扑互锁面在z方向上的高度，b为拓扑互锁面在x方向上的单位长度，l为拓扑互锁面在y方向上的单位长度。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]1、本专利技术采用了拓扑互锁曲面作为桥墩构件节段的装配连接面，并且不再采用灌浆现浇这种粘接固定方式，装配连接面采用直接装配贴合的非粘接固定方式，装配在一起的两个拓扑互锁曲面之间具有互锁功能，在外力作用下能进行一定程度的微小的位移，并能实现摩擦耗能，极大地减小了应力，从根本上避免了地震或外力作用下造成的结构破坏。
[0016]2、本专利技术拓扑互锁面能够在连接界面处限制构件的相互错动，提高了装配式建筑构件安装后的抗剪能力，同时在拓扑互锁面的作用下，装配式构件节段具有非常优异的自复位功能，使得桥墩在地震发生后能够自动复位。
[0017]3、本专利技术采用具有拓扑互锁功能的装配式桥墩，利用构件上拓扑互锁结构能有效限制了在水平方向的运动，极大降低了对构件对位精度的依赖，减少了砂浆的使用，提高了施工效率，同时达到了非常理想的减震耗能效果。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的结构示意图。
[0019]图2是本专利技术混凝土承台的结构示意图。
[0020]图3是本专利技术混凝土嵌入节段的结构示意图。
[0021]图4是本专利技术混凝土承载节段的结构示意图。
[0022]图5是本专利技术拓扑互锁面的结构示意图。
[0023]图6是本专利技术往复荷载下的荷载
‑
位移曲线。
[0024]图7是本专利技术四种工况下的滞回曲线。
[0025]图8是本专利技术混凝土受拉破坏示意图。
[0026]图中：混凝土承台1，承台嵌入凹槽2，混凝土嵌入节段3，混凝土桥墩主节段4，混凝土承载节段5，拓扑互锁面6，预应力筋孔道7，金属波纹管8，耗能钢筋9，架立筋10，箍筋11，锚具固定区12，承台箍筋13，承台纵筋14。
具体实施方式
[0027]以下结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。
[0028]参见图1至图8，本专利技术的一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，包括混凝土承台1，其特征在于：所述混凝土承台1的上端设置有承台嵌入凹槽2，承台嵌入凹槽2内设置有混凝土嵌入节段3的底端，混凝土嵌入节段3的上端非粘接设置有一段混凝土桥墩主节段4或从下到上依次首尾非粘接设置有多段混凝土桥墩主节段4，位于最上端的混凝土桥墩主节段4非粘接设置有混凝土承载节段5，非粘接连接部位相连接的端面分别设置为拓扑互锁面6，相邻两个构件节段端部的拓扑互锁面6相互配合形成拓扑互锁结构；混凝土嵌入节段3、混凝土桥墩主节段4以及混凝土承载节段5的中心沿纵向贯穿设置有预应力筋孔道7，同一个桥墩上的混凝土嵌入节段3、混凝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，包括混凝土承台(1)，其特征在于：所述混凝土承台(1)的上端设置有承台嵌入凹槽(2)，承台嵌入凹槽(2)内设置有混凝土嵌入节段(3)的底端，混凝土嵌入节段(3)的上端非粘接设置有一段混凝土桥墩主节段(4)或从下到上依次首尾非粘接设置有多段混凝土桥墩主节段(4)，位于最上端的混凝土桥墩主节段(4)非粘接设置有混凝土承载节段(5)，非粘接连接部位相连接的端面分别设置为拓扑互锁面(6)，相邻两个构件节段端部的拓扑互锁面(6)相互配合形成拓扑互锁结构；混凝土嵌入节段(3)、混凝土桥墩主节段(4)以及混凝土承载节段(5)的中心沿纵向贯穿设置有预应力筋孔道(7)，同一个桥墩上的混凝土嵌入节段(3)、混凝土桥墩主节段(4)以及混凝土承载节段(5)通过穿入在预应力筋孔道(7)上的预应力索结构张拉形成整体式结构。2.根据权利要求1所述的一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，其特征在于：所述混凝土承台(1)的内部设置有承台箍筋(13)和承台纵筋(14)，承台箍筋(13)与承台纵筋(14)相固定，承台嵌入凹槽(2)的底部设置有锚具固定区(12)，锚具固定区(12)内设置有固定预应力钢绞线一端的锚具。3.根据权利要求1所述的一种基于拓扑互锁的具有自复位功能的装配式桥墩，其特征在于：所述混凝土嵌入节段(3)、混凝土桥墩...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊剑，秦宇，陈俊郧，武昱辉，吴志峰，闫俊杰，刘灿，陆旸，李苑，王逸轩，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：