套管耗能自复位空心桥墩及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑结构技术领域，具体是涉及一种套管耗能自复位空心桥墩及其施工方法。
背景技术
在强震作用下，传统抗震桥梁的桥墩端部会发生破坏，该破坏的修复较为耗时，严重影响了震后的交通恢复。为了解决上述问题，近年来，研究人员提出了一类自复位摇摆式桥墩。该桥墩在发生较大侧向位移后仍能实现自复位，震后基本没有损伤。但对于普通的自复位空心桥墩，桥墩的边缘混凝土容易在摇摆过程中发生破坏，不仅修复困难，还会导致预应力大量损失，大大减弱了桥墩的自复位能力，因此也不适合长期使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种套管耗能自复位空心桥墩及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得套管耗能自复位空心桥墩的维护成本降低，且震后恢复能力提高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种套管耗能自复位空心桥墩，包括帽梁、空心柱和基础，所述基础位于所述空心柱的下方，所述帽梁位于所述空心柱的上方，所述帽梁的下端面安装一上防护板，所述基础的上端面安装一下防护板，所述空心柱靠近所述上防护板的一端可拆卸安装一上耗能套，另一端可拆卸安装一下耗能套，所述上防护板的上端面接触所述帽梁，下端面接触所述上耗能套，所述下防护板的上端面接触所述下耗能套，下端面接触所述基础，所述空心柱内设有一后张预应力筋，所述后张预应力筋的上端穿过所述上防护板伸入至所述帽梁内，所述后张预应力筋的下端穿过所述下防护板伸入至所述基础内，且所述后张预应力筋的两端分别固定在所述帽梁的上端面和所述基础的下端面。
优选地，所述空心柱包括内管和外管，所述外管套设于所述内管外周，且所述内管和所述外管同轴设置，所述内管和所述外管之间填充混凝土，所述后张预应力筋位于所述内管内，且所述后张预应力筋的两端分别伸出所述内管的两端。
优选地，所述后张预应力筋的上下两端分别通过锚固装置固定在所述帽梁的上端面和所述基础的下端面。
优选地，所述基础的下端设有人孔，所述人孔在垂直于所述后张预应力筋的方向贯通所述基础，所述后张预应力筋的下端伸入至所述人孔内，且所述人孔用于施工人员进入并安装所述锚固装置。
优选地，所述上防护板和所述下防护板均为普通钢板，所述上防护板的上端固定有多个上锚固钢筋，所述上锚固钢筋伸入至所述帽梁内并固定，所述下防护板的下端固定有多个下锚固钢筋，所述下锚固钢筋伸入至所述基础内并固定。
优选地，还包括上套管和下套管，所述上套管套设于所述空心柱上，且所述上套管的上端与所述上耗能套的下端接触，所述上套管的下端固定在所述空心柱的外壁，所述下套管的下端与所述下耗能套接触，且所述下套管的上端固定在所述空心柱的外壁。
优选地，所述上耗能套和所述下耗能套结构相同，且均为软钢材料制成。
优选地，所述上耗能套和所述下耗能套均包括两个相同的半环，每个所述半环的两端各设有一凸缘，所述凸缘上设有多个螺纹孔，两个所述半环通过螺栓依次穿过两个所述凸缘上的螺纹孔连接。
本发明还提供了一种套管耗能自复位空心桥墩的施工方法，用于形成上述技术方案中任一项所述的套管耗能自复位空心桥墩，包括以下步骤：
S1：预制安装有上防护板的帽梁，并在所述帽梁上预留用于安装后张预应力筋的孔道；预留基础中用于安装所述后张预应力筋的孔道，定位下防护板的位置，浇注混凝土形成所述基础；
S2：待所述基础的混凝土凝固并与所述下防护板结为一体，将空心柱放置在所述下防护板上，所述空心柱的中心轴与所述基础上预留孔道的中心轴重合；
S3：将预制的所述帽梁放置在所述空心柱上，且所述上防护板与所述空心柱上端接触，所述空心柱的中心轴与所述帽梁上预留孔道的中心轴重合；
S4：将所述后张预应力筋依次穿过所述帽梁上的预留孔道、所述空心柱和所述基础上的预留孔道，施加预应力，并将所述后张预应力筋的两端分别固定在所述帽梁上端面和所述基础下端面；
S5：将上耗能套和下耗能套分别可拆卸安装在所述空心柱的上端和下端，且所述上耗能套接触所述上防护板，所述下耗能套接触所述下防护板。
优选地，S1步骤还包括：预制所述帽梁时，在所述上防护板的一面安装多个钢筋，将所述上防护板上的钢筋固定在所述帽梁内；成型所述基础时，在所述下防护板的一面安装多个钢筋，将所述下防护板上的钢筋固定在所述基础内，且所述基础下端预留人孔；预制所述空心柱时，将两个不同直径的钢管同轴套设在一起，并在两个钢管之间的间隙填充混凝土，所述空心柱的一端安装一个上套管，所述上套管的下端与所述空心柱焊接，所述空心柱的另一端安装一个下套管，所述下套管的上端与所述空心柱焊接；
S5步骤中，使所述上耗能套的下端接触所述上套管的上端，并使所述下耗能套的上端接触所述下套管的下端。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的套管耗能自复位空心桥墩，帽梁的下端面安装一上防护板，基础的上端面安装一下防护板，且空心柱位于上防护板和下防护板之间，防止空心柱在摇摆时破坏帽梁和基础上的混凝土，从而防止预应力的损失，减少维护成本，空心柱靠近上防护板的一端可拆卸安装一上耗能套，另一端可拆卸安装一下耗能套，上防护板的上端面接触帽梁，下端面接触上耗能套，下防护板的上端面接触下耗能套，下端面接触基础，从而将上耗能套和下耗能套作为空心柱摇摆时的立足点，使得结构的损坏集中在上耗能套和下耗能套上，上耗能套和下耗能套能承受较大变形，增加能量耗散，提高桥墩的自复位能力，在上耗能套或下耗能套结构被破坏时，直接更换即可，节省修复成本，空心柱内设有一后张预应力筋，后张预应力筋的上端穿过上防护板伸入至帽梁内，后张预应力筋的下端穿过下防护板伸入至基础内，且后张预应力筋的两端分别固定在帽梁的上端面和基础的下端面，保证后张预应力筋的张力有效传递到帽梁和基础上，使得桥墩成功实现自复位。
本发明提供的套管耗能自复位空心桥墩的施工方法，预制安装有上防护板的帽梁，在基础上安装下防护板，将空心柱放置在下防护板上，将预制的帽梁放置在空心柱上，且上防护板与空心柱上端接触，从而通过上防护板和下防护板分别对帽梁和基础进行保护，防止空心柱摇摆过程中破坏帽梁和基础的结构；将后张预应力筋依次穿过帽梁上的预留孔道、空心柱和基础上的预留孔道，施加预应力，并将后张预应力筋的两端分别固定在帽梁上端面和基础下端面，采用后张法施加预应力的钢筋，具有较高的屈服强度，保证结构拥有足够的自复位能力；将上耗能套和下耗能套分别可拆卸安装在空心柱的上端和下端，方便更换，将上耗能套和下耗能套作为空心柱摇摆时的立足点，使得结构的损坏集中在上耗能套和下耗能套上，上耗能套和下耗能套能承受较大变形，增加能量耗散，提高桥墩的自复位能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例一提供的套管耗能自复位空心桥墩的结构示意图；
图2是图1中套管耗能自复位空心桥墩的主视图；
图3是图2中套管耗能自复位空心桥墩的剖面图；
图4是实施例一提供的套管耗能自复位空心桥墩中焊接有下锚固钢筋的下防护板的示意图；
图5是实施例一提供的套管耗能自复位空心桥墩中下耗能套的结构示意图；
图6是图5中下耗能套的主视图；
图中：1-空心柱，11-外管，12-内管，21-上套管，22-下套管，31-上耗能套，32-下耗能套，321-半环，322-凸缘，323-螺栓，41-上防护板，42-下防护板，51-上锚固钢筋，52-下锚固钢筋，6-帽梁，7-基础，71-人孔，8-后张预应力筋，81-上锚固装置，82-下锚固装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种套管耗能自复位空心桥墩及其施工方法，以解决现有桥墩震后修复能力差，且维护成本高的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-图3所示，本实施例提供一种套管耗能自复位空心桥墩，包括帽梁6、空心柱1和基础7，基础7位于空心柱1的下方，帽梁6位于空心柱1的上端，帽梁6的下端面安装一上防护板41，基础7的上端面安装一下防护板42，且空心柱1位于上防护板41和下防护板42之间，从而通过上防护板41对空心柱1与帽梁6接触位置进行防护，通过下防护板42对空心柱1与基础7接触位置进行防护，防止空心柱1在摇摆时破坏帽梁6和基础7上的混凝土，防止预应力的损失，减少维护成本，空心柱1靠近上防护板41的一端可拆卸安装一上耗能套31，另一端可拆卸安装一下耗能套32，上防护板41的上端面接触帽梁6，下端面接触上耗能套31，下防护板42的上端面接触下耗能套32，下端面接触基础7，从而将上耗能套31和下耗能套32作为空心柱1摇摆时的立足点，使得结构的损坏集中在上耗能套31和下耗能套32上，上耗能套31和下耗能套32优选为塑性较好的材料，能承受较大变形，增加能量耗散，提高桥墩的自复位能力，在上耗能套31或下耗能套32结构被破坏时，直接更换即可，节省修复成本。
空心柱1内设有一后张预应力筋8，后张预应力筋8的上端穿过上防护板41伸入至帽梁6内，后张预应力筋8的下端穿过下防护板42伸入至基础7内，且后张预应力筋8的两端分别固定在帽梁6的上端面和基础7的下端面，从而将帽梁6、空心柱1和基础7固定在一起，同时保证后张预应力筋8的张力有效传递到帽梁6和基础7上，使得桥墩成功实现自我复位。
具体地，如图3所示，空心柱1包括内管12和外管11，内管12和外管11均为钢管，外管11套设于内管12外周，且内管12和外管11同轴设置，内管12和外管11之间填充混凝土，组成空心双钢管混凝土结构，后张预应力筋8位于内管12内，内管12为空心结构，方便后张预应力筋8的安装，同时等量的材料做成空心桥墩会比实心桥墩拥有更大的截面惯性矩，增大后张预应力筋8在破坏前的可变形范围，且后张预应力筋8的两端分别伸出内管12的两端，以便于连接帽梁6和基础7。
后张预应力筋8采用后张法施加预应力钢筋，具有较高的屈服强度，保证了结构拥有足够的自复位能力，且后张预应力筋8的上下两端分别通过锚固装置固定在帽梁6的上端面和基础7的下端面，位于后张预应力筋8上端的为上锚固装置81，位于后张预应力筋8下端的为下锚固装置82，锚固装置可以是机械锚固、焊接锚固，或其他专门针对预应力筋锚固的装置，锚固装置不发生较大变形或破坏，且与后张预应力筋8连接牢固，保证了后张预应力筋8的张力有效传递到帽梁6和基础7上，使得该套管耗能自复位空心桥墩成功实现自我复位，在实际施工过程中，为了保证更好的连接与自复位效果，后张预应力筋8可为多个，且多个后张预应力筋8互相平行，各个后张预应力筋8的两端均分别伸入至帽梁6和基础7内，保证桥墩摇摆到最大角度时，其拉力不达到其屈服强度。
基础7的下端设有人孔71，人孔71在垂直于后张预应力筋8的方向贯通基础7，后张预应力筋8的下端伸入至人孔71内，且人孔71用于施工人员进入并安装锚固装置，方便施工。
如图4所示，既是上防护板41与上锚固钢筋51连接示意图，又是下防护板42与下锚固钢筋52连接示意图，上防护板41和下防护板42均为普通钢板，上防护板41的上端固定有多个上锚固钢筋51，上锚固钢筋51伸入至帽梁6内并固定，下防护板42的下端固定有多个下锚固钢筋52，下锚固钢筋52伸入至基础7内并固定，保证上防护板41与帽梁6的连接稳定性，以及下防护板42与基础7的连接稳定性，且上锚固钢筋51和下锚固钢筋52均有足够的锚固长度，保证了上防护板41与帽梁6之间、下防护板42与基础7之间拥有足够的粘结力，更优的，上锚固钢筋51和下锚固钢筋52均不少于4个，上防护板41上的孔径和下防护板42上的孔径均不大于空心柱1的内径，保证上防护板41和空心柱1之间、下防护板42和空心柱1之间均为完全接触，保证上防护板41和空心柱1之间、下防护板42和空心柱1之间的传力面积，减小作用力。
本实施例提供的套管耗能自复位空心桥墩还包括上套管21和下套管22，上套管21套设于空心柱1上，且上套管21的上端与上耗能套31的下端接触，上套管21的下端固定在空心柱1的外壁，固定方式优选为焊接固定，上套管21的其他位置不进行固定，下套管22的下端与下耗能套32接触，且下套管22的上端固定在空心柱1的外壁，优选为焊接固定，下套管22的其他位置不进行固定，上套管21的内径、下套管22的内径和空心柱1的外径均相等，保证上套管21和下套管22均稳定地套设于空心柱1的外周，且上套管21能够防止上耗能套31滑动，下套管22能够防止下耗能套32滑动，为了保证上套管21和下套管22的限位作用，上耗能套31大于上套管21的厚度，下耗能套32的厚度大于下套管22的厚度，在保证限位作用的同时还节约材料，更优的，上套管21的厚度为上耗能套31厚度的1/3～1/2，下套管22的厚度为下耗能套32厚度的1/3～1/2，并且，上套管21与上防护板41之间的距离即上耗能套31的长度，下套管22与下防护板42之间的距离即下耗能套32的长度，误差均不超过0.5mm，更优的，上防护板41、下防护板42、上套管21和下套管22的屈服强度均高于上耗能套31和下耗能套32的屈服强度。
上耗能套31和下耗能套32结构相同，且均为软钢材料制成，软钢为一种含碳量低，塑性较好的钢材，能够承受较大变形，增加能量耗散。
如图5-图6所示，上耗能套31和下耗能套32均包括两个结构相同的半环321，每个半环321的两端各设有一凸缘322，凸缘322上设有多个螺纹孔，两个半环321通过螺栓323依次穿过两个凸缘322上的螺纹孔连接，从而方便上耗能套31和下耗能套32的安装与拆卸，便于更换，更优的，半环321与其两端对应的凸缘322可为一体成型。
实施例二
如图1-图6所示，本实施例提供一种套管耗能自复位空心桥墩的施工方法，用于形成实施例一中的套管耗能自复位空心桥墩，包括以下步骤：
S1：在上防护板41的一个表面焊接至少四个上锚固钢筋51，上锚固钢筋51用于伸入并固定在帽梁6内部，且上锚固钢筋51有足够的锚固长度，保证了上防护板41与帽梁6之间拥有足够的粘结力，预制安装有上防护板41的帽梁6，并在帽梁6上预留用于安装后张预应力筋8的孔道，上防护板41上用于穿过后张预应力筋8的孔道直径不大于空心柱1的内径，保证上防护板41与空心柱1的完全接触，通过上防护板41对帽梁6进行保护，防止空心柱1摇摆过程中破坏帽梁6结构，预制空心柱1，将两个不同直径的钢管同轴套设在一起，两个钢管分别为内管12和外管11，在两个钢管之间的间隙填充混凝土，形成空心双钢管混凝土柱，在空心柱1靠近一端的位置安装一个上套管21，上套管21的下端与空心柱1焊接，上套管21上端与空心柱1上端的距离为预留的上耗能套31的长度，以便通过上套管21对上耗能套31进行限位，在空心柱1靠近另一端的位置安装一个下套管22，下套管22的上端与空心柱1焊接，下套管22下端与空心柱1下端的距离为预留的下耗能套32的长度，以便通过下套管22对下耗能套32进行限位；在下防护板42的一个表面焊接至少四个下锚固钢筋52，下锚固钢筋52用于伸入并固定在基础7内部，且下锚固钢筋52有足够的锚固长度，保证了下防护板42与基础7之间拥有足够的粘结力，预留基础7中用于安装后张预应力筋8的孔道，定位下防护板42的位置，浇注混凝土形成基础7，且在基础7下端预留人孔71，施工人员可进入人孔71内，对后张预应力筋8下端进行固定，安装下防护板42，下防护板42上用于穿过后张预应力筋8的孔道直径不大于空心柱1的内径，保证下防护板42与空心柱1的完全接触，通过下防护板42对基础7进行保护，防止空心柱1摇摆过程中破坏基础7的结构；
S2：待基础7的混凝土凝固并与下防护板42结为一体，将空心柱1放置在下防护板42上，保证基础7对空心柱1的承载能力，空心柱1的中心轴与基础7上预留孔道的中心轴重合，保证后序后张预应力筋8能够伸入至空心柱1内部和基础7内部；
S3：将预制的帽梁6放置在空心柱1上，且上防护板41与空心柱1上端接触，空心柱1的中心轴与帽梁6上预留孔道的中心轴重合，保证后序后张预应力筋8能够伸入至空心柱1内部和帽梁6内部；
S4：将后张预应力筋8依次穿过帽梁6上的预留孔道、空心柱1和基础7上的预留孔道，施加预应力，并将后张预应力筋8的两端分别固定在帽梁6上端面和基础7下端面(即人孔71的内顶面)，采用后张法施加预应力的钢筋，具有较高的屈服强度，保证结构拥有足够的自复位能力，更优的，后张预应力筋8的上下两端分别通过锚固装置固定在帽梁6的上端面和基础7的下端面，锚固装置可以是机械锚固、焊接锚固，或其他专门针对预应力筋锚固的装置，锚固装置不发生较大变形或破坏，且与后张预应力筋连接牢固，保证了后张预应力筋的张力有效传递到帽梁6和基础7上，使得套管耗能自复位空心桥墩成功实现自我复位，在实际施工过程中，为了保证更好的连接与自复位效果，后张预应力筋8可为多个，且多个后张预应力筋8互相平行，各个后张预应力筋8的两端均分别伸入至帽梁6和基础7内，保证桥墩摇摆到最大角度时，其拉力不达到其屈服强度；
S5：将上耗能套31和下耗能套32分别可拆卸安装在空心柱1的上端和下端，且上耗能套31上端接触上防护板41，下端接触上套管21，下耗能套32下端接触下防护板42，上端接触下套管22，通过上套管21对上耗能套31限位，通过下套管22对下耗能套32限位，从而防止上耗能套31和下耗能套32滑动，影响桥墩的自复位，同时，可拆卸连接方式能够方便上耗能套31和下耗能套32的更换，将上耗能套31和下耗能套32作为空心柱1摇摆时的立足点，使得结构的损坏集中在上耗能套31和下耗能套32上，上耗能套31和下耗能套32均优选为软钢材料制成，软钢为一种含碳量低，塑性较好的钢材，能承受较大变形，增加能量耗散，提高桥墩的自复位能力，更优的，上耗能套31和下耗能套32结构相同，且均包括两个结构相同的半环321，两个半环321能够扣合，每个半环321的两端各设有一凸缘322，凸缘322上设有多个螺纹孔，两个半环321扣合时，一个半环321上的凸缘322与另一个半环321上的凸缘322重叠，且螺纹孔的位置重合，通过螺栓323依次穿过两个凸缘322上的螺纹孔连接，从而方便上耗能套31和下耗能套32的安装与拆卸，便于更换。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
