本發(fā)明涉及橋墩制作，尤其涉及一種消抗一體化橋墩及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、橋梁結(jié)構(gòu)抗震是在地震區(qū)建造橋梁，為使其對(duì)可能發(fā)生的地震有足夠安全，或減輕震害而便于修復(fù)，對(duì)于傳統(tǒng)橋梁，抗震措施主要靠設(shè)置足夠大的截面或者配置足夠多的鋼筋以達(dá)到足夠的地震抗力，但是一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的延性變形，即便結(jié)構(gòu)沒有倒塌，也面臨著加固及修復(fù)困難，無(wú)法二次使用的問題；此外，由于地震的破壞形式不同，震后修復(fù)的手段及難易程度也不同；經(jīng)過對(duì)震后橋梁進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)延性較好，大多能滿足抗震要求，而橋梁下部結(jié)構(gòu)往往破壞的很多；而對(duì)于橋梁下部結(jié)構(gòu)的破壞，一般采取震后加固的措施，常見的有貼碳纖維布，或者使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(frp)，或者粘貼鋼板，或者增大截面，在原有橋墩的基礎(chǔ)上繼續(xù)在橋墩外部澆筑混凝土；但是這些措施對(duì)于震害不嚴(yán)重的橋梁是有作用的，對(duì)于震害嚴(yán)重的橋梁，就只有進(jìn)行橋墩的更換了；混凝土是目前最常用的建筑材料，抗壓性能較好，但受拉和受彎性能較差，在彎拉狀態(tài)下極易開裂；但是如果使其處于三向受壓狀態(tài)，則其抗壓強(qiáng)度和延性都會(huì)提高；在不增加自重又能提高強(qiáng)度和延性的要求下，粘貼碳纖維布或使用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(frp)是不錯(cuò)的選擇，但是不足之處在于這種材料成本高，價(jià)格昂貴，同樣，對(duì)于橋墩震后開裂修復(fù)，粘貼鋼板不可取，有時(shí)候現(xiàn)澆混凝土增大截面的條件又不具備，更換橋墩又不方便也不經(jīng)濟(jì)，因此，開發(fā)一種減震抗震，更換方便的橋墩對(duì)建筑的綠色低碳、經(jīng)濟(jì)耐久以及防震減災(zāi)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、現(xiàn)有技術(shù)一，申請(qǐng)?zhí)朿n202010729691.4公開了一種組合式減震橋墩，包括主體、承重裝置、底座、連接裝置、第一連桿、第二連桿和孔洞，主體的上方設(shè)有承重裝置，承重裝置包括彈簧、支撐板、緩沖柱和第一橡膠墊，第一連桿的下方設(shè)有支撐柱，支撐柱由墊塊、橡膠柱和下壓板組成，第二連桿的下方設(shè)有固定塊，主體的外部設(shè)有孔洞，主體的下方設(shè)有連接裝置，連接裝置包括第二橡膠墊、螺帽和螺栓組成，連接裝置的下方設(shè)有底座，在底座的頂部安裝了連接裝置不僅可以給主體的本身增加緩震的效果，還可以增加橋梁的穩(wěn)定性，并且在承重裝置內(nèi)部添加了多層硬性緩沖的裝置，可以把橋面?zhèn)鬏數(shù)臎_擊力與重量進(jìn)行層層分解，達(dá)到良好的緩震效果。雖然可以增加橋墩的緩震效果，增加橋梁的穩(wěn)定性。但是橋墩損壞后不易更換，更換成本高。

3、現(xiàn)有技術(shù)二，申請(qǐng)?zhí)朿n202310322165.x公開了一種橋梁減震耗能裝置及帶有減震裝置的橋梁，涉及橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，該裝置包括至少一放大組件，放大組件包括至少一搖擺傳力桿和垂直穿過所有搖擺傳力桿中部的搖擺旋轉(zhuǎn)軸，搖擺旋轉(zhuǎn)軸軸向方向沿主梁縱向方向設(shè)置，且與墩柱在橫向方向上相對(duì)固定，搖擺旋轉(zhuǎn)軸將搖擺傳力桿劃分為連接段和放大段，連接段端部隨主梁橫向振動(dòng)產(chǎn)生橫向位移；金屬阻尼組件，其上側(cè)與放大段端部相連接，用于提供阻尼作用；通過搖擺旋轉(zhuǎn)軸將搖擺傳力桿劃分為連接段和放大段，且連接段長(zhǎng)度小于放大段長(zhǎng)度，連接段端部隨主梁橫向振動(dòng)產(chǎn)生橫向位移時(shí)，放大段端部會(huì)產(chǎn)生更大位移，帶動(dòng)金屬阻尼組件發(fā)生更大形變，提高阻尼作用。雖然使用金屬阻尼與震感對(duì)抗，起到了橋梁減震的作用。但是損壞后不易更換，更換成本高，建造過程中使用材料成本高，價(jià)格昂貴。

4、現(xiàn)有技術(shù)三，申請(qǐng)?zhí)朿n202110630139.4公開了一種節(jié)段拼裝搖擺橋墩多重減震體系，包括上部結(jié)構(gòu)、拉索減震支座、蓋梁、節(jié)段拼裝橋墩、角鋼阻尼器、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力索、承臺(tái)和凹槽剪力鍵；上部結(jié)構(gòu)通過拉索減震支座支承在蓋梁上；橋墩節(jié)段之間其內(nèi)部通過凹槽剪力鍵連接，橋墩節(jié)段之間其外部通過連接蓋板連接，并用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力索將節(jié)段拼裝橋墩、蓋梁和承臺(tái)連接成整體；橋墩的頂部與蓋梁，以及橋墩的底部與承臺(tái)通過角鋼阻尼器連接。雖然將減隔震體系和搖擺體系結(jié)合應(yīng)用于節(jié)段拼裝橋墩上，通過一種搖擺橋墩多重減震的構(gòu)造方式，該多重減震體系適用于裝配式t梁、小箱梁、整體箱梁的主梁形式，保證了正常使用狀態(tài)的工作性能，見笑了橋墩的地震內(nèi)力響應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)了自復(fù)位的功能。但是一旦結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過大的延性變形，即便結(jié)構(gòu)沒有倒塌，也面臨著加固及修復(fù)困難，無(wú)法二次使用的問題，且震后的修復(fù)手段及難易程度也不同。

5、目前，現(xiàn)有技術(shù)一、現(xiàn)有技術(shù)二及現(xiàn)有技術(shù)三存在橋墩結(jié)構(gòu)抗震能力差，抗震效果不明顯，材料成本高，價(jià)提供格昂貴，橋墩震后開裂加固及修復(fù)困難，無(wú)法二次使用的問題。因此，本發(fā)明提供一種消抗一體化橋墩及其控制方法，通過在梁底設(shè)置摩擦擺支座，在橋墩節(jié)段之間設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋、消抗一體化裝置，以及在墩底設(shè)置摩擦減震裝置，充分將結(jié)構(gòu)的抗力和消能減震結(jié)合在一起，極大的提高了結(jié)構(gòu)的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種消抗一體化橋墩及其控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中橋墩結(jié)構(gòu)抗震能力差，抗震效果不明顯，材料成本高，價(jià)格昂貴，橋墩震后開裂加固及修復(fù)困難，無(wú)法二次使用的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種消抗一體化橋墩，所述消抗一體化橋墩包括：梁底；

4、在梁底設(shè)置摩擦擺支座，在橋墩節(jié)段間設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋、消抗一體化裝置及鋼-uhpc混凝土柱芯；

5、消抗一體化裝置，用于受拉側(cè)由預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉，減輕橋墩振動(dòng)，釋放內(nèi)部能量并減少動(dòng)態(tài)荷載；

6、鋼-uhpc混凝土柱芯，用于支撐，增強(qiáng)橋墩的承載力；與柱間節(jié)段連接處的消抗一體化裝置配合實(shí)現(xiàn)震中耗能以及震后結(jié)構(gòu)的自復(fù)位；

7、摩擦減震裝置，在墩底設(shè)置，用于通過摩擦力消耗地震能量，利用摩擦面之間的滑動(dòng)吸收能量；

8、墩底緩沖裝置，用于吸收和耗散由地震引起的動(dòng)力能量；

9、墩底摩擦耗能裝置，用于通過摩擦系統(tǒng)來(lái)耗散能量，通過摩擦作用實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的衰減。

10、墩底消能復(fù)位裝置，用于利用sma環(huán)形阻尼器的特性，實(shí)現(xiàn)橋梁在經(jīng)歷大振動(dòng)后不會(huì)受到永久性變形；

11、梁側(cè)抗傾覆裝置，用于通過耳板與鋼連桿的結(jié)合，防止橋梁的傾覆或滑移。

12、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，梁側(cè)抗傾覆裝置包括耳板、第一鋼連桿；橋面由波形鋼腹板梁構(gòu)成，耳板與第一鋼連桿組成梁側(cè)抗傾覆裝置，由膨脹螺栓固定在橋墩上，耳板與橋墩之間有一塊第一墊板。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，摩擦擺支座包括摩擦擺支座上部、摩擦擺支座下部、第一高強(qiáng)彈簧、第五螺栓和聚四氟乙烯；

14、摩擦擺支座上部、摩擦擺支座下部由第五螺栓固定在一起，第一高強(qiáng)彈簧由第四螺栓固定在牙板上，聚四氟乙烯存放在高強(qiáng)彈簧與第五螺栓處，組成摩擦擺支座。

15、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鋼-uhpc混凝土柱芯包括第一鋼套管、第三鋼肋板、第三栓釘焊接成整體后與uhpc混凝土澆筑成整體。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，摩擦耗能裝置包括第二鋼肋板、鋼頂板、第一鋼腹板、第四鋼肋板、第一橡膠塊、上摩擦板、下摩擦板、sma環(huán)形阻尼器、sma蜂窩結(jié)構(gòu)、第二橡膠塊、第十一螺栓；

17、其中，墩底緩沖裝置由鋼頂板、第一鋼腹板、第四鋼肋板、鋼底板焊接成整體，并且在鋼頂板、鋼底板之間，鋼肋板一側(cè)設(shè)置有第一橡膠塊，第一橡膠塊與鋼管混凝土下節(jié)段相抵接；墩底緩沖裝置下方為摩擦耗能裝置，由上摩擦板和下摩擦板通過第八螺栓栓接而成，上下各有一塊鋼墊板；摩擦耗能裝置下方為墩底消能復(fù)位裝置，由sma環(huán)形阻尼器內(nèi)嵌sma蜂窩結(jié)構(gòu)組成，其上下由第十一螺栓栓接，靠近鋼支座下部結(jié)構(gòu)的一側(cè)為第二橡膠塊，有上下分布的上牙板和下牙板將其固定；

18、墩底緩沖裝置下方為摩擦耗能裝置，由上摩擦板和下摩擦板通過第八螺栓栓接而成，上下各有一塊鋼墊板；摩擦耗能裝置下方為墩底消能復(fù)位裝置，其上下由第十一螺栓栓接，靠近鋼支座下部結(jié)構(gòu)的一側(cè)為第二橡膠塊，有上下分布的上牙板和下牙板將其固定。

19、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，墩底消能復(fù)位裝置由sma環(huán)形阻尼器內(nèi)嵌sma蜂窩結(jié)構(gòu)組成；墩底緩沖裝置由鋼頂板、第一鋼腹板、第四鋼肋板、鋼底板焊接成整體，并且在鋼頂板、鋼底板之間，第四鋼肋板一側(cè)設(shè)置有第一橡膠塊，第一橡膠塊與鋼管混凝土下節(jié)段相抵接；墩底定位裝置由鋼支座上部結(jié)構(gòu)、鋼支座下部結(jié)構(gòu)和高強(qiáng)鋼定位裝置互相嵌套而成。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，消抗一體化裝置包括帶孔鋼圓臺(tái)、鋼導(dǎo)塊、sma環(huán)筋、第二高強(qiáng)彈簧及塑料波紋管；

21、鋼-uhpc混凝土柱芯的兩側(cè)對(duì)稱分布有上下對(duì)稱連接的帶孔鋼圓臺(tái)，兩帶孔鋼圓臺(tái)由三根sma環(huán)筋固定，其內(nèi)部有塑料波紋管，塑料波紋管內(nèi)有一根第二高強(qiáng)彈簧，在帶孔鋼圓臺(tái)上下兩側(cè)各有一塊第二鋼肋板，每塊第二鋼肋板有均勻分布的12個(gè)第二栓釘焊接；在鋼-uhpc混凝土柱芯下方，左右兩側(cè)各有一塊第一鋼肋板，各有兩排分布均勻的18個(gè)第一栓釘將其固定。

22、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，橋墩節(jié)段包括第二墊板、豎向加勁肋、第六螺栓、第二鋼連桿、角鋼、第一鋼肋板、第一栓釘、鋼套筒、第二栓釘、第二鋼肋板、鋼墊塊、圓鋼管、第五鋼肋板、鋼管混凝土上節(jié)段；

23、其中，第一鋼連桿中間設(shè)置有一塊第二墊板，通過第二螺栓固定；橋柱整體由鋼套筒覆蓋，三根圓鋼管豎向貫穿在橋柱內(nèi)，橋柱與鋼懸臂中間有一層角鋼，通過第六螺栓固定；鋼管混凝土上節(jié)段上半部分，左右兩側(cè)各有一塊第一鋼肋板，各有兩排分布均勻的個(gè)第一栓釘將其固定，在兩塊第一鋼肋板中間，有上下左右對(duì)稱分布的四塊第五鋼肋板，每塊第五鋼肋板有三個(gè)第一螺栓固定，在第五鋼肋板上下分布的間隔內(nèi)部，固定有三個(gè)等距的第二鋼連桿，該第二鋼連桿橫向貫穿橋柱。

24、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，鋼懸臂由鋼腹板和第二豎向加勁板焊接而成；

25、其中，鋼懸臂與第一鋼連桿中間有一塊第二墊板8，通過第二螺栓8固定；橋柱整體由鋼套筒覆蓋，三根圓鋼管豎向貫穿在橋柱內(nèi)，圓鋼管內(nèi)部有預(yù)應(yīng)力筋，上部固定在摩擦擺支座中間支座上，橋柱與鋼懸臂中間有一層角鋼，通過第六螺栓固定；鋼管混凝土上節(jié)段上半部分，左右兩側(cè)各有一塊第一鋼肋板，各有兩排分布均勻的8個(gè)第一栓釘將其固定，在兩塊第一鋼肋板中間，有上下左右對(duì)稱分布的四塊第五鋼肋板，每塊第五鋼肋板有三個(gè)第一螺栓固定，在第五鋼肋板上下分布的間隔內(nèi)部，固定有三個(gè)等距的第二鋼連桿，該第二鋼連桿橫向貫穿橋柱；在鋼管混凝土上節(jié)段下半部分有鋼-uhpc混凝土柱芯，在第一鋼肋板相靠近方向的中間有兩塊左右對(duì)稱分布的第五鋼肋板，每塊第五鋼肋板各有三個(gè)第一螺栓焊接；鋼管混凝土下節(jié)段與鋼管混凝土上節(jié)端下半部分相同，包括兩側(cè)帶孔鋼圓臺(tái)和第二鋼肋板；在鋼管混凝土下節(jié)段下方，左右兩側(cè)各有一塊第一鋼肋板，在第一鋼肋板相靠近方向的中間有兩塊左右對(duì)稱分布的第五鋼肋板，每塊第五鋼肋板各有三個(gè)第一螺栓焊接；墩底緩沖裝置由鋼頂板、第一鋼腹板、第四鋼肋板、鋼底板焊接成整體，并且在鋼頂板、鋼底板之間，鋼肋板一側(cè)設(shè)置有第一橡膠塊，第一橡膠塊與鋼管混凝土下節(jié)段相抵接；在兩墩底消能復(fù)位裝置中間有高強(qiáng)鋼定位裝置，固定于鋼支座上部結(jié)構(gòu)與鋼支座下部結(jié)構(gòu)之間，在高強(qiáng)鋼定位裝置上部，橫向貫穿有兩個(gè)第三鋼連桿，兩第三鋼連桿與橋柱連接處有耗能角鋼，在第三鋼連桿貫穿處，左右兩側(cè)各有一塊第二鋼肋板，分別由個(gè)第二栓釘栓接；在橋墩最下方，圓鋼管內(nèi)有第二預(yù)應(yīng)力筋、第三預(yù)應(yīng)力筋；橋墩底部有基礎(chǔ)包裹。

26、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了如下技術(shù)方案：

27、一種消抗一體化橋墩控制方法，其應(yīng)用于所述的消抗一體化橋墩，所述消抗一體化橋墩控制方法，包括：

28、墩底緩沖裝置、摩擦耗能裝置、墩底消能復(fù)位裝置通過sma蜂窩結(jié)構(gòu)、sma環(huán)形阻尼器和兩處橡膠塊對(duì)地震進(jìn)行大幅度有效消能，sma蜂窩結(jié)構(gòu)和sma環(huán)形阻尼器也能對(duì)結(jié)構(gòu)自復(fù)位提供很大的復(fù)位能量；

29、消抗一體化裝置通過鋼肋板牢牢固定在橋柱上，在發(fā)生地震時(shí)，通過小幅度的晃動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)大幅度的消能，抵抗外力防止橋墩傾覆；

30、摩擦擺支座通過梁側(cè)抗傾覆裝置與橋墩上節(jié)段連接，摩擦擺支座通過其內(nèi)部的高能彈簧和聚四氟乙烯，在受到地震震動(dòng)后，通過小幅度的摩擦移動(dòng)對(duì)地震進(jìn)行消能。

31、本發(fā)明的波形鋼腹板梁、鋼腰梁及各個(gè)角鋼和螺栓的組合形成高強(qiáng)剛度的整體結(jié)構(gòu)，提高了橋墩在各種荷載下的整體穩(wěn)定性；采用高強(qiáng)鋼及uhpc(超高性能混凝土)材料，顯著提高了結(jié)構(gòu)的承載能力和耐久性。提升橋梁的使用壽命：利用高強(qiáng)、耐久材料減少養(yǎng)護(hù)頻率，整體延長(zhǎng)了橋梁的服務(wù)壽命；顯著提高結(jié)構(gòu)在極端荷載下的承載能力，降低在地震等自然災(zāi)害時(shí)橋梁失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。抗傾覆與抗震設(shè)計(jì)，耳板與第一鋼連桿組成梁側(cè)抗傾覆裝置，在極端情況下提供額外的穩(wěn)定性；在支座中使用摩擦擺結(jié)構(gòu)，允許垂直和水平位移，有效吸收和耗散地震能量。安全防護(hù)：提高了橋梁的抗傾覆能力，使其在強(qiáng)震荷載下能夠有效保持穩(wěn)定；減震效果：通過摩擦結(jié)構(gòu)的引入，可以顯著降低地震振動(dòng)傳遞至結(jié)構(gòu)的能量，減少對(duì)橋梁的損害。緩沖與消能機(jī)制，由鋼墊板與橡膠塊結(jié)合，使得在地震或重載下有良好的耗能效果；sma(形狀記憶合金)環(huán)形阻尼器提供非線性耗能機(jī)制，使其在回彈中恢復(fù)形狀，有效消耗震動(dòng)能量。有效的保護(hù)手段：緩沖和消能機(jī)構(gòu)能顯著降低動(dòng)力荷載帶來(lái)的影響，提高結(jié)構(gòu)耐震性能；降低維護(hù)成本：減少因震動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)損害，降低后期的維護(hù)和修復(fù)費(fèi)用。預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了多根圓鋼管內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，增強(qiáng)了對(duì)建筑物的約束力和穩(wěn)定性，提升了對(duì)沖擊和震動(dòng)的抵御能力。增強(qiáng)應(yīng)力分配：通過預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，使得結(jié)構(gòu)在施工或使用中產(chǎn)生的應(yīng)力能夠更均勻地分布，防止應(yīng)力集中導(dǎo)致的裂縫或破壞；提升結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性：通過合理的設(shè)計(jì)分配，最大化材料利用率，降低材料成本。組件連接與整體協(xié)調(diào)，各個(gè)部件間通過高強(qiáng)連接件和螺栓高效連接，以提高結(jié)構(gòu)的工裝效率和施工精度；各部件均為預(yù)制并互相配合，保證施工過程的高效率和準(zhǔn)確性。施工便利性：模塊化設(shè)計(jì)使得組件的運(yùn)輸、安裝和調(diào)試均變得更加簡(jiǎn)單快速；提高施工質(zhì)量：通過精確設(shè)計(jì)的連接件，減少了因安裝不當(dāng)造成的質(zhì)量問題。