桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法

本发明涉及一种桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法，属于桥梁工程抗震设计。

背景技术：

1、桥梁是交通线上重要枢纽与生命线工程，一旦发生破坏，严重影响灾后救援工作。为了加快灾后救援和重建速度，桥梁结构震后功能性和可恢复性受到广泛关注。

2、桥台与主梁以及主梁间在车辆行驶或地震作用下不可避免地发生碰撞，可能会造成桥台或主梁破坏。在历次震害调研中发现，桥台可能会由于地基丧失承载力发生桥台滑移，还可能由于台身与上部结构碰撞或桥台后倾致使桥台发生破坏。因此需要降低桥台与主梁的碰撞，并提升桥台的抗震能力。目前现行抗震规范《公路桥梁抗震设计规范》中并未对桥台进行抗震设计规定，在计算时也仅是考虑桥墩对主梁的纵向约束，一般不将桥台作为抗震构件进行专门抗震设计，将会致使桥台与主梁在地震下发生严重碰撞，甚至会导致桥梁由于主梁巨大的移位而发生落梁破坏。

3、在地震作用下，主梁与桥台易发生冲击或连续碰撞，这些接触碰撞可能会改变主梁的边界条件，可能会造成其发生平面内旋转，造成主梁发生偏移或直接倒塌，从而造成严重的震害。目前桥台与主梁间也仅仅是设置一定厚度的橡胶垫以减少碰撞反应，但是并不能有效限制两者之间碰撞造成的移位，更不促使其在发生碰撞反应后快速恢复至原来位置。因此，针对桥台与主梁连接构造，亟需提出自复位连接构造及其实施方法，旨在减少地震能量的输入，降低两者碰撞反应，避免主梁与桥台由于碰撞发生严重损伤，提升碰撞后主梁与桥台的自复位能力，以提高桥梁结构震后的功能快速恢复能力，避免桥梁由于桥台与主梁碰撞发生严重破坏和落梁等。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法，用于降低桥梁主梁与桥台间碰撞损伤，提升两者间碰撞后自复位能力。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、桥台与主梁自复位连接构造，包括主梁、桥台以及摩擦摆减隔震支座，所述摩擦摆减隔震支座布置在主梁与桥台间，以降低地震对主梁的影响；还包括形状记忆合金自复位耗能阻尼器以及惯容装置；其中，主梁后端顶部与桥台间安装惯容装置，以降低主梁振动或震动对桥台的影响；主梁后端底部与桥台间安装形状记忆合金自复位耗能阻尼器，耗散主梁振动或震动产生的能量，提升主梁的自复位能力；

4、所述惯容装置由弹簧元件、阻尼元件与惯容元件构成，用以降低主梁与桥台间的碰撞振动；

5、所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器由阻尼器安装板、上外套管、下外套管、楔形内芯、形状记忆合金棒材以及螺母构成；所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器通过阻尼器安装板安装于主梁与桥台间；阻尼器安装板之间设置有上外套管以及下外套管，上外套管以及下外套管间还设置有形状记忆合金棒材，形状记忆合金棒材两端通过螺母分别固定在上外套管、下外套管的外侧；所述楔形内芯夹设在所述上外套管以及下外套管之间，且所述上外套管以及下外套管内侧均设置有与楔形内芯外形匹配的楔形内齿；初始状态下，在形状记忆合金棒材的紧固下，所述楔形内齿与楔形内芯外表面处于夹持状态；当楔形内芯处于拉伸或压缩状态时，楔形内芯通过摩擦提供耗能能力，上外套管与下外套管发生外扩，使形状记忆合金棒材拉长，形状记忆合金棒材提供自复位力，使形状记忆合金自复位耗能阻尼器具有自复位能力。

6、进一步地，所述摩擦摆减隔震支座由支座底板、支座顶板以及二者之间的球芯三部分组成，利用球芯摇摆起到减隔震效果。

7、进一步地，所述摩擦摆减隔震支座在初始状态或摇摆状态时的竖向承载力需要大于上部结构主梁传递来竖向荷载的1.2倍；所述摩擦摆减隔震支座中支座底板以及支座顶板上粘结有聚四氟乙烯板，用以降低与球芯的摩擦；所述摩擦摆减隔震支座中支座底板的弧形面积大于支座顶板的弧形面积，用以满足支座的摇摆空间需求。

8、进一步地，所述惯容装置中的弹簧元件、阻尼元件与惯容元件采用并联或串联方式。

9、进一步地，所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器中的形状记忆合金棒材的抗拉承载力需要大于由于耗能钢芯拉伸或压缩使上外套管与下外套管外扩产生的力；此外，所述上外套管、下外套管与阻尼器安装板间间距需要满足主梁与桥台之间变形需求且压缩时避免发生屈曲现象；所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器中的螺母采用高强钢材制成，避免由于上外套管和下外套管外扩对其造成损伤。

10、进一步地，所述惯容装置顶部设置有止水带，用以避免漏水或渗水造成惯容装置和形状记忆合金自复位耗能阻尼器腐蚀。

11、进一步地，所述桥台设置在翼墙的外侧，且所述桥台底部设置有桩基础；所述主梁、桥台顶部设置有桥面铺装，所述止水带设置在桥面铺装与惯容装置之间。

12、进一步地，所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器与惯容装置为多组；所述形状记忆合金自复位耗能阻尼器与惯容装置的位置和数量，可根据碰撞力大小、耗能与恢复力需求沿纵桥向和横桥向布置。

13、进一步地，所述主梁为单主梁或多主梁；当主梁为多主梁时，在多主梁间也布置有形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置，以耗散主梁横桥向运动产生的能量，降低主梁间碰撞，并促进其自复位。

14、上述桥台与主梁自复位连接构造的实施方法，包括如下步骤：

15、s1.根据摩擦摆减隔震支座、形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置尺寸，设计桥台和桩基础尺寸以预留安装空间；

16、s2.在桥台顶部与主梁间安装摩擦摆减隔震支座并调平；

17、s3.在桥台顶部安装或浇筑主梁；

18、s4.在主梁底部后端与桥台间安装形状记忆合金自复位耗能阻尼器；

19、s5.在主梁顶部后端与桥台间安装惯容装置；

20、s6.在惯容装置顶部布置止水带，并进行桥面铺装。

21、本实施例的原理为：在正常工作状态时，摩擦摆减隔震支座将上部结构主梁的荷载传递给桥台和桩基础；形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置减少主梁与桥台间碰撞振动，耗散能量，提升主梁的自复位能力。地震作用下，首先，摩擦摆减隔震支座降低地震输入主梁的能量，减少主梁与桥台间、以及主梁间碰撞；此外，惯容装置降低地震作用造成的碰撞，形状记忆合金自复位耗能阻尼器中楔形内芯与上下外套管间发生摩擦耗能，耗散主梁位置变化产生的能量，避免主梁与桥台发生损伤；形状记忆合金自复位耗能阻尼器中形状记忆合金棒材变形不仅可以耗散一部分能量，且其自复位能力促使主梁快速恢复到初始状态。地震荷载作用下造成形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置发生损伤，可以通过后期更换个别受损构件恢复其性能。

22、相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、本发明提出桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法。在桥台与主梁底部间放置摩擦摆减隔震支座，减少地震对主梁的影响；主梁后端的顶部与桥台间设置惯容装置，降低主梁与桥台间碰撞响应；主梁后端的底部与桥台间设置形状记忆合金自复位耗能阻尼器，耗散两者相对运动产生的能量，降低主梁与桥台的损伤，提升相对运动后的自复位能力；采用本发明提出的桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法，在行车状态时，能够由形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置降低振动响应；地震作用下，首先通过摩擦摆减隔震支座，降低地震输入桥梁主梁的能量，减少主梁的地震响应；此外，通过形状记忆合金自复位耗能阻尼器和惯容装置降低地震造成主梁间以及主梁与桥台间碰撞的响应幅值，耗散地震能量，提升主梁自复位能力。具体如下：

24、1.提出的桥台与主梁自复位连接构造及其实施方法，在行车状态下，利用惯容装置与形状记忆合金自复位耗能阻尼器降低主梁与桥台间振动以及主梁间振动，耗散振动的能量，并提升主梁的自复位能力。

25、2.地震作用下，主梁与桥台间竖向安装摩擦摆减隔震支座，降低地震能量对主梁的输入，减少地震带来的损伤；同时利用惯容装置与形状记忆合金自复位耗能阻尼器降低主梁与桥台以及主梁间碰撞，提升结构耗能能力与自复位能力。

26、3.摩擦摆减隔震支座、形状记忆合金自复位耗能阻尼器与惯容装置安装所需空间小，安装便捷，适用场景广泛，既适用于单主梁，又适用于多主梁的桥梁，在实际工程中推广应用前景广阔。

27、4.摩擦摆减隔震支座、形状记忆合金自复位耗能阻尼器与惯容装置损坏后便于快速更换个别受损构件，使桥台与主梁连接快速恢复至初始性能。