本發(fā)明涉及中高烈度區(qū)橋梁快速施工技術(shù)和抗震設(shè)計(jì)方法，特別涉及節(jié)段拼裝技術(shù)、體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)和利用金屬材料耗能的減震隔震技術(shù)，屬于土木工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
干接縫節(jié)段拼裝橋墩因具有快速施工的優(yōu)勢(shì)和自復(fù)位能力，在包括港珠澳大橋和加拿大聯(lián)邦大橋在內(nèi)的一些跨江跨海大橋中得到了工程應(yīng)用。這一形式的橋墩是將墩身沿豎向分割成若干節(jié)段，縱向受力鋼筋在節(jié)段接縫處斷開(kāi)，節(jié)段之間采用“干接縫”連接，或是在接縫處填充環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)提高橋墩的耐久性，然后采用后張預(yù)應(yīng)力的方式將節(jié)段連接成整體。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)和理論研究發(fā)現(xiàn)，干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵(lì)下耗能能力較差，并且容易在底節(jié)段發(fā)生壓碎。為提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩的耗能能力，目前在工程實(shí)踐和科學(xué)研究中使用最多的方法是在干接縫節(jié)段拼裝橋墩中內(nèi)置耗能鋼筋。這一方法雖然可以提高橋墩的耗能能力，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致震后橋墩的殘余變形增加，同時(shí)內(nèi)置的耗能鋼筋在震后也不易更換。針對(duì)干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵(lì)下底節(jié)段容易壓碎的問(wèn)題，工程中應(yīng)用最多的方法是對(duì)底節(jié)段混凝土增加約束來(lái)提高混凝土的變形能力，包括在底節(jié)段混凝土中增加箍筋用量、使用鋼管混凝土制作底節(jié)段或是在底節(jié)段混凝土外部包裹FRP，這一方法確實(shí)能夠減輕底節(jié)段在地震激勵(lì)下的損傷程度，但損傷的混凝土也存在震后不易更換的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是提供一種內(nèi)置防屈曲支撐和粘彈性材料層的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，利用可更換UHPC板內(nèi)置防屈曲支撐和粘彈性材料層來(lái)提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵(lì)下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，使用該結(jié)構(gòu)不僅可以提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震激勵(lì)下耗能能力和防止底節(jié)段壓碎，而且能夠通過(guò)在震后更換受損的UHPC板和其中內(nèi)置的防屈曲支撐和粘彈性材料層來(lái)快速修復(fù)受損橋墩，及時(shí)恢復(fù)橋梁的使用功能。技術(shù)方案：本發(fā)明是一種內(nèi)置防屈曲支撐和粘彈性材料層的橋墩耗能與防壓碎結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在橋墩底節(jié)段四邊各布置兩塊相疊合的UHPC板，橋墩底節(jié)段和UHPC板之間設(shè)置粘彈性材料層，兩塊UHPC板之間預(yù)留管道用來(lái)放置由耗能芯板和約束鋼板組成的防屈曲支撐，耗能芯板和約束鋼板通過(guò)螺栓和螺母連接；精軋螺紋鋼筋橫向穿過(guò)所述的UHPC板與橋墩底節(jié)段，精軋螺紋鋼筋的兩端通過(guò)高強(qiáng)螺母和鋼墊片固定，所述的UHPC板與橋墩底節(jié)段通過(guò)精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力將兩者組合成整體；所述的耗能芯板通過(guò)端部預(yù)留孔洞分別與上部節(jié)段和承臺(tái)的預(yù)埋鋼棒相連；所述的橋墩底節(jié)段和UHPC板與上部節(jié)段之間設(shè)置橡膠墊層，防止在地震作用激勵(lì)下由于橋墩底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷，上部節(jié)段在與橋墩底節(jié)段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小。所述的預(yù)埋鋼棒端部直徑略小于耗能芯板端部的預(yù)留孔洞直徑，其余部分直徑大于耗能芯板端部預(yù)留孔洞的直徑。所述的UHPC板使用摻入微細(xì)鋼纖維的UHPC進(jìn)行制作。所述的耗能芯板端部設(shè)置加勁肋。所述的預(yù)留管道尺寸略大于約束鋼板的外尺寸。有益效果：本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.該發(fā)明采用能力保護(hù)原理將易損區(qū)與受保護(hù)區(qū)進(jìn)行分離，利用精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力將作為易損區(qū)的UHPC板與作為受保護(hù)區(qū)的內(nèi)部底節(jié)段組合成整體，可在震后通過(guò)精軋螺紋鋼筋的放松和重新張拉，實(shí)現(xiàn)對(duì)受損UHPC板的快速更換。2.易損區(qū)采用UHPC板，可以充分利用UHPC因摻入鋼纖維而具有的“裂而不碎”的性質(zhì)以及因結(jié)構(gòu)密實(shí)而具有的耐腐蝕的性質(zhì)。3.在橋墩底節(jié)段和UHPC板之間設(shè)置粘彈性材料層，通過(guò)計(jì)算保證在地震作用激勵(lì)下僅橋墩底節(jié)段與UHPC板之間發(fā)生較小的相對(duì)位移，利用粘彈性材料發(fā)生剪切變形時(shí)能夠耗能的工作原理，增加橋墩的耗能能力，同時(shí)粘彈性材料層僅與UHPC板膠結(jié)，與橋墩底節(jié)段無(wú)粘結(jié)，在震后更換UHPC板就實(shí)現(xiàn)了粘彈性材料層的替換。4.在橋墩底節(jié)段四邊分別設(shè)置兩塊可更換UHPC板，用于放置防屈曲支撐的預(yù)留管道設(shè)置在兩塊UHPC板之間，這樣的做法既有利于震后對(duì)防屈曲支撐進(jìn)行觀察和更換，也有利于防止防屈曲支撐銹蝕。5.防屈曲支撐外部約束鋼板尺寸要稍小于預(yù)留管道的尺寸，耗能芯板的上、下端部通過(guò)預(yù)留孔洞分別與上節(jié)段和承臺(tái)的預(yù)埋鋼棒相連，預(yù)埋鋼棒與預(yù)留孔洞連接段直徑小于預(yù)留孔洞直徑，其余部分直徑大于預(yù)留孔洞直徑，這樣只需在外側(cè)使用螺母就能將耗能芯板端部固定，需要的施工空間小，既有利于震后對(duì)防屈曲支撐的更換，也保證了耗能芯板在地震作用激勵(lì)下可以自由變形。6.干接縫節(jié)段拼裝橋墩底節(jié)段和UHPC板與上部節(jié)段之間需設(shè)置橡膠墊層，防止地震作用激勵(lì)下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷，這樣就保證了橋墩可能發(fā)生的損傷只集中在可更換的UHPC板，有利于震后及時(shí)恢復(fù)橋梁的使用功能，為抗震救災(zāi)贏得時(shí)間。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造剖面圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)造俯視圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中防屈曲支撐構(gòu)造圖。圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明：1-橋墩底節(jié)段、2-UHPC板、3-粘彈性材料層、4-預(yù)留管道、5-耗能芯板、6-約束鋼板、7-螺栓、8-螺母、9-加勁肋、10-精軋螺紋鋼筋、11.高強(qiáng)螺帽、12-鋼墊片、13-耗能芯板端部預(yù)留孔洞、14-上部節(jié)段、15-預(yù)埋鋼棒和16-橡膠墊層。具體實(shí)施方式本發(fā)明是一種通過(guò)利用可更換UHPC板內(nèi)置防屈曲支撐和粘彈性材料層來(lái)提高干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵(lì)下的耗能能力和防止底節(jié)段壓碎的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)需要使用可更換UHPC板、粘彈性材料層、耗能芯板、約束鋼板、精軋螺紋鋼筋、螺栓、螺母、高強(qiáng)螺母、鋼墊片、預(yù)埋鋼棒和橡膠墊層。所述的可更換UHPC板在橋墩底節(jié)段四邊分別設(shè)置兩塊，UHPC板與橋墩底節(jié)段之間設(shè)置粘彈性材料層，粘彈性材料層與UHPC板之間通過(guò)膠結(jié)連接，與橋墩底節(jié)段之間通過(guò)摩擦力傳力，兩塊UHPC板之間預(yù)留管道，用于放置由耗能芯板和約束鋼板組成的防屈曲支撐，耗能芯板和約束鋼板通過(guò)螺栓和螺母連接，將所述的管道以橋墩中心呈對(duì)稱分布。所述的可更換UHPC板與內(nèi)部底節(jié)段通過(guò)精軋螺紋鋼筋施加預(yù)應(yīng)力組合成整體，通過(guò)計(jì)算得到可更換UHPC板的厚度，利用UHPC因摻入鋼纖維具有“裂而不碎”的性質(zhì)，保證震后可更換UHPC板僅發(fā)生局部損傷而不致發(fā)生大面積壓碎，同時(shí)內(nèi)部底節(jié)段仍保持完好，足夠支撐上部恒載和連接不同節(jié)段所施加預(yù)應(yīng)力，通過(guò)震后更換UHPC板可以快速恢復(fù)橋墩的使用功能。所述的粘彈性材料層與橋墩底節(jié)段之間的摩擦系數(shù)應(yīng)小于UHPC板之間的摩擦系數(shù)，通過(guò)施加合適的預(yù)應(yīng)力，保證在地震作用激勵(lì)下僅橋墩底節(jié)段與UHPC板之間發(fā)生較小的相對(duì)位移，粘彈性材料層能夠發(fā)生剪切變形而產(chǎn)生耗能，兩塊UHPC板之間沒(méi)有相對(duì)位移。所述的預(yù)留管道尺寸略大于約束鋼板的尺寸，其中耗能芯板通過(guò)端部的預(yù)留孔洞分別與上部節(jié)段和承臺(tái)的預(yù)埋鋼棒相連，預(yù)埋鋼棒端部直徑略小于耗能芯板端部的預(yù)留孔洞直徑，其余部分直徑則大于預(yù)留孔洞直徑，預(yù)埋鋼棒端部穿過(guò)預(yù)留孔洞，則耗能芯板端部一側(cè)抵住預(yù)埋鋼棒直徑增加段，另一側(cè)使用螺母將耗能芯板端部固定。干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵(lì)下會(huì)在水平方向發(fā)生搖擺，使得耗能芯板受到反復(fù)拉壓而發(fā)生彈塑性變形，達(dá)到耗能的目的，其中防屈曲支撐中的約束鋼板起到防止耗能芯板發(fā)生屈曲破壞的作用，耗能芯板與約束鋼板之間留有微小孔隙，保證耗能芯板在受壓時(shí)具有一定的膨脹空間。所述的可更換UHPC板中的管道及防屈曲支撐均為8個(gè)。干接縫節(jié)段拼裝橋墩底節(jié)段和UHPC板頂部需設(shè)置橡膠墊層，防止地震作用激勵(lì)下由于底節(jié)段的碰撞造成上部節(jié)段發(fā)生損傷。同時(shí)上部節(jié)段在與底節(jié)段接縫處要增加壁厚，向上壁厚逐漸減小，這樣可以保證震后依次更換UHPC板時(shí)，橋墩仍能有效地將上部恒載和預(yù)應(yīng)力傳遞給承臺(tái)。本發(fā)明具體實(shí)施的過(guò)程如下：步驟1：將干接縫節(jié)段拼裝橋墩各節(jié)段從預(yù)制廠運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，各節(jié)段在承臺(tái)上沿豎向按順序放置無(wú)誤后，上部節(jié)段14底面已經(jīng)粘結(jié)好橡膠墊層16，通過(guò)后張預(yù)應(yīng)力將各節(jié)段連接成整體；步驟2：在底節(jié)段1四邊依次放置一塊UHPC板2，粘彈性材料層3在預(yù)制廠中已經(jīng)粘結(jié)在UHPC板2上如圖2；步驟3：將由耗能芯板5和約束鋼板6通過(guò)螺栓7和螺母8組成的防屈曲支撐放置在UHPC板2的凹槽處，并通過(guò)端部預(yù)留孔洞13和螺母8分別與上部節(jié)段14和承臺(tái)內(nèi)的預(yù)埋鋼棒15相連；步驟4：在底節(jié)段1四邊依次放置另一塊UHPC板2如圖2，兩塊UHPC板2在預(yù)留管道4處對(duì)齊，此時(shí)防屈曲支撐剛好處在預(yù)留管道4內(nèi)；步驟5：將精軋螺紋鋼筋10穿過(guò)預(yù)留在底節(jié)段1和UHPC板2上的孔道，按照《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/TF50-2011中關(guān)于張拉精軋螺紋鋼筋10的規(guī)定，利用相關(guān)設(shè)備對(duì)精軋螺紋鋼筋10施加預(yù)應(yīng)力，并使用高強(qiáng)螺母11和鋼墊片12對(duì)其錨固。在本實(shí)施例中，步驟2所述的UHPC板2由摻入微細(xì)鋼纖維的UHPC制作而成，UHPC板2厚度由計(jì)算得到，以保證內(nèi)部底節(jié)段1不發(fā)生損傷為計(jì)算原則。在本實(shí)施例中，步驟2所述的粘彈性材料層3與橋墩底節(jié)段1之間的摩擦系數(shù)應(yīng)小于UHPC板2之間的摩擦系數(shù)，保證在地震作用激勵(lì)下僅橋墩底節(jié)段1與UHPC板2之間發(fā)生較小的相對(duì)位移，粘彈性材料層3能夠發(fā)生剪切變形而產(chǎn)生耗能，兩塊UHPC板2之間沒(méi)有相對(duì)位移。在本實(shí)施例中，步驟3所述的UHPC板2中預(yù)留管道4及防屈曲支撐均為8個(gè)，預(yù)留管道4尺寸略大于防屈曲支撐的外尺寸，當(dāng)干接縫節(jié)段拼裝橋墩在地震作用激勵(lì)下發(fā)生水平變形時(shí)，整個(gè)防屈曲支撐能夠自由變形，充分發(fā)揮耗能能力。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上做出各種變化。