独柱墩桥梁抗倾覆结构技术领域
本发明涉及一种独柱墩桥梁抗倾覆结构。
背景技术
当前，我国城市立交、高速匝道等曲线桥梁多采用独柱现浇连续箱梁结构形式，该种桥梁的下部结构形式具有减少占地、增加视野和桥梁美观的优点。但目前我国载重车辆普遍存在超载现象，个别车辆超载甚至达到200%～300%，导致该种结构形式的桥梁在使用过程中已发生多起倾覆事故。
目前桥梁设计者关注的重点在于桥梁的抗弯、抗剪承载能力方面，对于偏心偶然超载作用的关注不足。近年来国内独柱墩连续箱梁桥倾覆事故频繁发生，逐渐引起相关人员的反思。究其原因，多数事故桥梁墩柱横桥向采用单支点支撑，在超载车辆偏载作用下，结构的横向抗倾覆性较差，尤其是小半径曲线独柱匝道箱梁桥的桥面狭窄，自重小，车辆荷载在荷载组合中所占的比重大。同时因为现行的公路桥梁规范对于横向倾覆稳定性没有相关的规定，处于空白状态，设计时往往又会忽略偏心偶然超载作用下的桥梁横向稳定计算分析，使得在偶然作用下的结构使用带来隐患。
结构倾覆是较复杂的力学现象，属于支座非线性分析的范畴。在结构倾覆之前，必然会先产生支座偏压甚至脱空现象。支座脱空之后，脱空的支座失去对结构的支撑作用，只剩下其余的支座对结构产生约束，这必然会导致支座反力的重分布，此过程中必然会出现诸如支座竖向压力超过支座设计强度引起支座破坏，倾覆过程中支座转角变形过大所引起的梁体滑移现象，因此结构倾覆与支座支撑作用是否失效紧密相关。
发明内容
本发明提供一种独柱墩桥梁抗倾覆结构，提高了独柱墩桥梁的抗倾覆性能，具有较好的施工便捷性、较广的适用性和优良的经济性。
为了达到上述目的，本发明提供一种独柱墩桥梁抗倾覆结构，包含：
钢抱箍结构，其套设在桥墩立柱上，该钢抱箍结构包含两个结构相同的钢抱箍，以及设置在钢抱箍上连接处的若干对拉高强螺栓，和设置在钢抱箍上预留孔位中的若干锚固螺栓，该对拉高强螺栓使钢抱箍结合成一个整体的钢抱箍结构，该锚固螺栓固定钢抱箍机构与桥墩立柱；
两个钢牛腿，其分别与两个钢抱箍焊接连接；
智能型支座，其设置在钢牛腿和桥梁梁底之间，该智能型支座的高度可调，保证该智能型支座的上表面与桥梁梁底紧密贴合，下表面与钢牛腿紧密贴合。
所述的智能型支座包含：支座组件以及设置在支座组件下方并机械连接支座组件的调高组件，该调高组件调节支座组件的高度，给支座组件施加预压力，从而保证智能型支座的上表面与桥梁梁底紧密贴合，下表面与钢牛腿紧密贴合。
所述的支座组件包含：
支座本体；
压电陶瓷，其设置在支座本体内部，并电性连接控制器，该压电陶瓷在自由状态下不显电性，在压缩状态下放电，拉伸状态下充电，压电陶瓷利用压电效应产生电信号，并将电信号传输给控制器，控制器根据压电陶瓷产生的电信号，判断智能型支座是否出现脱空和变位。
所述的支座组件还包含：
设置在支座本体上部的支座顶板；
以及，设置在支座本体下部的支座底板。
所述的调高组件包含：
支座，其一端放置在钢牛腿上，另一端固定连接支座底板；
调高钢楔，其接触支座底板，并可沿支座上下移动；
调高件，其连接调高钢楔，使调高钢楔沿支座上下移动，从而带动支座组件上下移动。
本发明提高了独柱墩桥梁的抗倾覆性能，具有较好的施工便捷性、较广的适用性和优良的经济性。
附图说明
图1是独柱墩桥梁抗倾覆结构的结构示意图。
图2是图1中A-A向的剖视图。
图3是智能型支座的结构示意图。
图4是用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固施工方法的流程图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1和图2所示，本发明提供一种独柱墩桥梁抗倾覆结构，包含：
钢抱箍结构，其套设在桥墩立柱101上，该钢抱箍结构包含两个结构相同的钢抱箍2，以及设置在钢抱箍2上连接处203的若干对拉高强螺栓201，和设置在钢抱箍2上预留孔位中的若干锚固螺栓202，该对拉高强螺栓201使钢抱箍2结合成一个整体的钢抱箍结构，该锚固螺栓202固定钢抱箍机构与桥墩立柱101；
两个钢牛腿1，其分别与两个钢抱箍2焊接连接；
智能型支座3，其设置在钢牛腿1和桥梁梁底104之间，该智能型支座3的上表面与桥梁梁底104紧密贴合，下表面与钢牛腿1紧密贴合；
如图3所示，所述的智能型支座3包含：支座组件以及设置在支座组件下方并机械连接支座组件的调高组件，该调高组件调节支座组件的高度，给支座组件施加预压力，从而保证智能型支座3的上表面与桥梁梁底104紧密贴合，下表面与钢牛腿1紧密贴合，不至出现脱空；
所述的支座组件包含：
支座本体302；
压电陶瓷（图中未显示），其设置在支座本体302内部，并电性连接控制器，该压电陶瓷在稳定状态下不显电性不产生电信号，在压缩过程中放电产生正电荷信号，拉伸过程中充电产生负电荷信号，压电陶瓷利用压电效应产生电信号，并将电信号传输给控制器，控制器根据压电陶瓷产生的电信号，判断智能型支座3是否出现脱空和变位；
设置在支座本体302上部的支座顶板301；
以及，设置在支座本体302下部的支座底板303；
所述的调高组件包含：
支座306，其一端放置在钢牛腿1上，另一端固定连接支座底板303；
调高钢楔305，其接触支座底板303，并可沿支座306上下移动；
调高件304，其连接调高钢楔305，使调高钢楔305沿支座306上下移动，从而带动支座组件上下移动。
如图4所示，采用本发明提供的独柱墩桥梁抗倾覆结构用于独柱墩桥梁的抗倾覆加固方法，包含以下步骤：
步骤S1、将钢抱箍和钢牛腿预组装成整体钢结构；
将已经焊接在一起的钢抱箍和钢牛腿运至工程现场；
利用桥墩承台（如图1所示）作为工作面，两个钢抱箍分别摆放在桥墩立柱的两侧，两个钢抱箍的连接处相互接触，将若干高强螺栓初步拧入两个钢抱箍的连接处，使两个钢抱箍形成一个整体的环绕桥墩的钢抱箍结构；
步骤S2、利用提升设备将钢抱箍和钢牛腿组成的整体钢结构提升至桥墩立柱顶部，此时的桥墩立柱顶部已经设置了桥梁支座（如图1所示）；
步骤S3、将钢抱箍和钢牛腿组成的整体钢结构固定在桥墩立柱顶部；
将若干锚固螺栓种植到钢抱箍上的预留孔位中；
拧紧钢抱箍连接处的高强螺栓至设计要求的力值；
拧紧锚固螺栓；
将结构胶注入钢抱箍和桥墩立柱之间的缝隙；
通过注结构胶来填补钢抱箍和桥墩立柱之间的缝隙，使两者密贴，以提供强大的抱箍力及粘接力，但由于通过注结构胶来填补钢抱箍和桥墩立柱之间缝隙，需要较复杂的工序以及较大的操作平台，对于独柱墩所处环境复杂的工程，也可以通过在钢抱箍和桥墩立柱之间增设3～5mm的橡胶片，使得两者紧密贴合，以提供钢抱箍强大的抱箍力；
步骤S4、将若干智能型支座放置在钢牛腿上，桥梁支座与两侧的智能型支座构成“跷跷板”结构，调节智能型支座的高度，使其上表面与桥梁梁底紧密贴合，下表面与钢牛腿紧密贴合；
本实施例中，假设智能型支座的初始高度为20cm，调节智能型支座的高度，使其上表面与桥梁梁底紧密贴合，下表面与钢牛腿紧密贴合，此时智能型支座的高度压缩为15cm，智能型支座的高度维持15cm时，智能型支座处于稳定状态，不显电性不产生电信号，如果在超载车辆偏载作用下，桥梁梁体发生倾斜，根据跷跷板原理，桥梁支座一侧的智能型支座受压（或者说比之前受到的压力大了），高度从15cm压缩至10cm，压缩过程中放电产生正电荷信号，桥梁支座另一侧的智能型支座脱空（或者说不受力，或者说比原始受力要小了），高度从15cm拉伸至20cm，拉伸过程中充电产生负电荷信号；
步骤S5、实时采集智能型支座中压电陶瓷产生的电信号，判断智能型支座是否出现脱空和变位。
本发明具有以下优点：
1、通过钢抱箍的抱箍力、粘结力与锚固螺栓将桥墩立柱与钢抱箍和钢牛腿组成的整体钢结构连接为一体；
2、主要通过抱箍力，实现钢抱箍和钢牛腿组成的整体钢结构与桥墩立柱连接，造型简洁、自重轻、钢结构开口施工焊接及后期养护方便、适应性强、易推广；
3、采用智能型可调节高度支座，在支座中增设压电陶瓷智能材料，具有正压电效应和负压电效应，通过在线采集和巡检采集电信号，经云平台实施传递数据至手机或电脑终端，通过数据分析来判断智能型支座是否出现脱空、变位。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。