减震榫、弹塑性防落梁限位装置及其安装方法与流程

本发明涉及桥梁减隔震技术领域，尤其涉及一种减震榫、弹塑性防落梁限位装置及其安装方法。

背景技术：

落梁是桥梁震害的主要形式之一，不但发生频次高、破坏性大，而且修复也极为困难。桥梁抗震设计的通常做法是针对不同桥梁结构形式采取各种约束装置以防止桥梁结构在地震作用下发生落梁破坏。

目前，常用的防落梁装置有两类：一类是梁与下部结构间相互作用的限位装置，如阻挡型限位装置，包括挡块式限位装置和锚固钢棒式限位装置，该类限位装置直接把主梁的地震力传递到桥墩或桥台；另一类为梁体间直接连接的连梁装置，如预应力钢绞线连接式、缆索连接式、钢板连接式、阻尼器连接式等，该类连梁装置是通过连接各个分离的梁段，使其在地震中各个梁段之间实现地震力的传递。

连梁装置不适合铁路桥梁使用，主要原因是采用连梁装置后与梁上的无缝线路形成一个复杂的结构体系，在正常的制动力、温度力作用下，无缝线路的受力复杂化，甚至对轨道扣件产生影响。特别是高速铁路采用整体道床结构，难以把控轨道结构与桥梁梁体之间的相对位移。

挡块式限位装置经常用作桥梁包括铁路桥梁的防落梁限位装置，但是这种限位装置的纵向和横向是分开的，由型钢制成，体积偏大。挡块式限位装置的不足表现为：

（1）其工作性能受挡块与支承垫石之间的间隙控制。当间隙小时不能有效释放梁体的温度力，当间隙大时在地震发生时会出现挡块与支承垫石的碰撞，从而影响防落梁功能；

（2）地震时挡块的受力变形无法准确计算，碰撞效应及其损伤难以估算；

（3）梁体位移时，只有一侧的挡块发挥作用，且挡块为各向异性构件，存在明显的弱轴方向。

在桥梁抗震或减隔震设计中，梁体与墩身的最大相对水平位移的控制十分重要，一方面是需要限制上部结构不产生过大的震后位移，防止落梁，减少震后修复的难度；另一方面是需要保证减隔震装置不致超过其所容许的最大极限位移，造成减隔震装置的失效或破坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种减震榫、弹塑性防落梁限位装置及其安装方法，其构造简单、受力明确、具有减隔震效果，其在桥梁正常工作阶段能自由释放温度力、在地震作用下具有限制桥梁过大位移、减震耗能、防止落梁的功能，安装操作简单。

为了实现上述目的，本发明提供一种减震榫，其中该减震榫是沿轴心线方向为变截面的榫体。

优选地，该减震榫由低合金结构钢ly345fll制成。

优选地，所述减震榫由上向下依次由上坎固段、变形段及下坎固段连接组成，所述上坎固段为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐扩的锥形体，所述变形段为上、下部粗、中部细的凹腰鼓形，所述下坎固段为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体。

优选地，该减震榫的横截面为圆形。

一种弹塑性防落梁限位装置，其中包括梁底预埋套筒组件、墩顶预埋套筒组件及弹性安装于二者之间的所述的减震榫，所述梁底预埋套筒组件埋设于梁底板混凝土内，所述墩顶预埋套筒组件埋设于墩顶混凝土内。

优选地，所述梁底预埋套筒组件包括上套筒和下套筒，所述上套筒套接于下套筒的上端，所述下套筒的上端安装有上限位环，所述减震榫的上端抵在上限位环上，所述上限位环与减震榫之间设置有用于释放温度力水平位移的第一间隙。

优选地，所述墩顶预埋套筒组件包括套筒，所述套筒的下端安装有下限位环，所述减震榫的下端抵在下限位环上，所述下限位环与减震榫之间设置有用于释放温度力水平位移的第二间隙。

优选地，所述下套筒的外表面下部沿周向设置有多个第一加筋肋，所述套筒的外表面上部沿周向设置有多个第二加筋肋。

优选地，所述下套筒的下端连接有上承压环，所述套筒的上端连接有下承压环，所述减震榫的上、下端分别穿过上承压环和下承压环。

优选地，所述下承压环与减震榫之间设置有橡胶密封圈。

优选地，所述上承压环、下承压环、上限位环、下限位环均由强度和硬度高于所述减震榫的材料制成。

优选地，所述上套筒、下套筒及套筒均由普通碳素结构钢q235或低合金钢q345制成。

一种弹塑性防落梁限位装置安装方法，其包括如下步骤：

（1）安装套筒与下限位环：在桥墩顶帽施工时，绑扎顶帽钢筋时，将套筒与下限位环安装就位，下限位环安装于套筒的下端，使套筒的上表面与墩上表面保持齐平；

（2）安装上套筒和下套筒：在箱梁施工时，绑扎梁端底板钢筋时，将上套筒和下套筒安装就位，上套筒套接于下套筒的上端，使下套筒的下表面与箱梁底板下表面保持齐平；

（3）安装套筒上的下承压环：将下承压环置于所述套筒的上端，通过连接件将下承压环与套筒连接在一起；

（4）安装下套筒上的上承压环：将上承压环置于所述下套筒的下端，通过连接件将上承压环与下套筒连接在一起；

（5）安装减震榫：将减震榫从所述上套筒上端插入，使减震榫的下端依次穿过所述上承压环、下承压环后接触到所述下限位环为止；

（6）安装上限位环：从所述上套筒内腔上端置入上限位环，直到上限位环接触到已就位的所述减震榫；

（7）安装橡胶密封圈：将所述橡胶密封圈安装于所述套筒的顶部，箍紧、固定，使所述下承压环与减震榫之间密封即可。

采用上述方案后，本发明减震榫、弹塑性防落梁限位装置及其安装方法具有以下有益效果：

（1）本发明设计构造简单，通过将减震榫设置为由上坎固段、变形段及下坎固段一体连接构成，通过减震榫的弹性变形段来承担梁体传来的车辆制动力，并当制动力消除后减震榫弹性恢复至制动力作用前的工作状态；

（2）当地震发生时，本发明减震榫进入塑性工作段并通过减震榫的塑性耗能减小地震力的作用；当高烈度地震发生时，弹塑性减震榫进入塑形耗能工作状态，实现消耗地震能量、延长结构周期，达到减小地震力和防止落梁的目的；

（3）本发明的减震榫具有弹塑性变形和循环工作的特点，避免了挡块式防落梁限位装置可能出现的挡块与支承垫石相碰撞的情况，提高了防落梁能力；

（4）本发明通过将减震榫的横截面设计为圆形，可以对任意水平方向的地震起到减隔震及限位作用；

（5）本发明通过减震榫与上限位环之间的第一间隙、减震榫与下限位环之间的第二间隙的控制，在正常使用状态下弹塑性防落梁装置处于弹性工作状态，并能自由且有效的释放温度力；

（6）本发明可以准确计算出地震作用效应，从而实现对桥墩及基础的减隔震设计及控制。

附图说明

图1为本发明减震榫实施例结构示意图；

图2为本发明弹塑性防落梁限位装置的实施例结构示意图；

图3为本发明的梁底预埋套筒组件剖视结构示意图；

图4为本发明的墩顶预埋套筒组件剖视结构示意图；

图5为本发明的上限位环剖视结构示意图；

图6为本发明的承压环俯视结构示意图；

图7为图6的a-a向剖视结构示意图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

下面结合说明书附图具体的阐述本发明所涉及的减震榫及弹塑性防落梁限位装置及其安装过程。

如图1所示本发明减震榫实施例结构示意图，该减震榫1是沿轴心线方向为变截面的榫体。该减震榫1由低合金结构钢ly345fll制成，其屈强比控制在0.72之下。该材料韧性好，含碳量低于1.35%。减震榫1的低周疲劳试验至少达到12-15次循环。本实施例中减震榫1的横截面形状考虑到地震波方向的不确定性，选择受力对称的圆形截面。该减震榫1由上向下依次包括上坎固段2、变形段3及下坎固段4，并由一根钢棒采用数控机床整体加工而成。其中，上坎固段2为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐扩的锥形体。变形段3为上、下部粗、中部细的凹腰鼓形。下坎固段4为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体。

本实施例中通过将减震榫1的横截面沿轴线方向设置为变截面的榫体结构，使地震发生时可变形耗能减小地震力。

本发明所涉一种弹塑性防落梁限位装置，其适用于现浇混凝土桥梁结构中，设置于桥梁墩顶和梁体之间，如图2所示本发明弹塑性防落梁限位装置的实施例结构示意图，包括梁底预埋套筒组件5、墩顶预埋套筒组件6及弹性安装于二者之间的减震榫1，梁底预埋套筒组件5埋设于梁底板混凝土7内，墩顶预埋套筒组件6埋设于墩顶混凝土8内。

结合图3所示，梁底预埋套筒组件5包括上套筒9和下套筒10，本实施例中上套筒9和下套筒10均为无缝钢管，且上套筒9和下套筒10均由普通碳素结构钢q235或低合金钢q345制成。上套筒9套接于下套筒10的外表面上端，下套筒10的内腔上端设置有第一环形槽11，下套筒10的上端安装有上限位环12，结合图5所示，上限位环12由顶盖13及连接于顶盖13下面的圆环板14组成。上限位环12的圆环板14安装于第一环形槽11上，下套筒10的外表面下部沿周向均匀设置有多个第一加筋肋15，优选地设置6-8个，下套筒10的内腔下端设置有第二环形槽16，下套筒10的下端通过紧固螺钉17连接有上承压环18，上承压环18安装于第二环形槽16上。结合图6和图7所示，上承压环18为横截面是l形的回转体，其中心设置有凹腰鼓形通孔19。减震榫1的上端穿过上承压环18的通孔19。上承压环18、上限位环12均由强度和硬度高于减震榫1的材料制成，本实施例上承压环18、上限位环12均采用45号钢制成。

结合图4所示，墩顶预埋套筒组件6包括套筒20，本实施例中套筒20为无缝钢管，进一步地，该套筒20由普通碳素结构钢q235或低合金钢q345制成。套筒20的内腔下端设置有第三环形槽21，套筒20的下端安装有下限位环22，下限位环22的结构与上限位环12的结构呈上下对称设计，此处不再赘述。下限位环22安装于第三环形槽21上，套筒20的外表面上部沿周向均匀设置有多个第二加筋肋23，优选地设置6-8个。套筒20的内腔上端设置有第四环形槽24，套筒20的上端通过紧固螺钉17连接有下承压环25，下承压环25安装于第四环形槽24上。下承压环25的结构与上承压环18的结构为上下基本对应设计，此处不再赘述，减震榫1的下端穿过下承压环25的中心通孔，下承压环25与减震榫1之间密封设置有橡胶密封圈26，其中橡胶密封圈26下端通过未图示的紧固螺钉周向的连接于下承压环25上，橡胶密封圈26上端固定连接于减震榫1的变形段3的下部，其中在下承压环25上沿径向方向设置若干未图示的螺孔。下承压环25、下限位环22均由强度和硬度高于减震榫1的材料制成，本实施例下承压环25、下限位环22均采用45号钢制成。

参考图1所示，该减震榫1是沿轴心线方向为变截面的榫体。该减震榫1由低合金结构钢ly345fll制成，其屈强比控制在0.72之下。该材料韧性好，含碳量低于1.35%。减震榫1的低周疲劳试验至少达到12-15次循环。本实施例中减震榫1的横截面形状考虑到地震波方向的不确定性，选择受力对称的圆形截面。该减震榫1由上向下依次包括上坎固段2、变形段3及下坎固段4，并由一根钢棒采用数控机床整体加工而成。其中，上坎固段2为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐扩的锥形体。变形段3为上、下部粗、中部细的凹腰鼓形。下坎固段4为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体。

减震榫1的上坎固段2置于梁底预埋钢筒组件5内，减震榫1的上坎固段2上端抵在上限位环12上，上限位环12与减震榫1之间设置有用于释放温度力水平位移的第一间隙d1；减震榫1的下坎固段3置于墩顶预埋钢筒组件6内，减震榫1的下坎固段4下端抵在下限位环22上，下限位环22与减震榫1之间设置有用于释放温度力水平位移的第二间隙d2，上述第一间隙d1和第二间隙d2均由具体桥梁的温度伸缩值通过设计确定的。

上述实施例阐述的弹塑性防落梁限位装置的安装方法，包括如下步骤：

（1）首先安装套筒20与下限位环22：在桥墩顶帽施工时，绑扎顶帽钢筋时，将套筒20与下限位环22安装就位，下限位环22安装于套筒20的下端，套筒20安装位置应准确无误，使套筒20的上表面与墩上表面保持齐平；

（2）接着安装上套筒9和下套筒10：在箱梁施工时，绑扎梁端底板钢筋时，将上套筒9和下套筒10安装就位，上套筒9套接于下套筒10的外表面上端，上套筒9和下套筒10的安装位置应准确无误，使下套筒10的下表面与箱梁底板下表面保持齐平；

（3）安装套筒20上的下承压环25：将下承压环25置于套筒20的上端，通过多个紧固螺钉17将下承压环25与套筒20连接在一起；

（4）安装下套筒10上的上承压环18：将上承压环18置于下套筒10的下端，通过多个紧固螺钉17将上承压环18与下套筒10连接在一起；

（5）安装减震榫1：将减震榫1从上套筒9的内腔上端插入，使减震榫1的下端依次穿过上承压环18、下承压环25后接触到下限位环22为止；

（6）安装上限位环12：从上套筒9的内腔上端置入上限位环12，直到上限位环12接触到已就位的减震榫1；

（7）安装橡胶密封圈26：将橡胶密封圈26安装于套筒20的顶部，将其箍紧、固定，使下承压环25与减震榫1之间密封即可。

本发明弹塑性防落梁限位装置设计构造简单、受力明确、具有减隔震效果，其在桥梁正常工作阶段能自由释放温度力、在地震作用下具有限制桥梁过大位移、减震耗能、防止落梁的功能，安装操作简单。具体为：通过将减震榫1设置为由上坎固段2、变形段3及下坎固段4一体连接构成，其中上坎固段2和下坎固段4做为传力段，用来传递水平地震力，变形段3则在传递水平地震力时通过材料塑性平台的变形工作来实现耗能减震的功能，通过减震榫1的弹性变形段3来承担梁体传来的车辆制动力，并当制动力消除后减震榫1弹性恢复至制动力作用前的工作状态；当地震发生时，本发明减震榫1进入塑性工作段并通过减震榫1的塑性耗能减小地震力的作用；当高烈度地震发生时，弹塑性减震榫1进入塑形耗能工作状态，实现消耗地震能量、延长结构周期，达到减小地震力和防止落梁的目的；通过减震榫1具有弹塑性变形和循环工作的特点，避免了挡块式防落梁限位装置可能出现的挡块与支承垫石相碰撞的情况，提高了防落梁能力；通过将减震榫1的横截面设计为圆形，可以对任意水平方向的地震起到减隔震及限位作用；通过减震榫1与上限位环12之间的第一间隙d1、减震榫1与下限位环22之间的第二间隙d2的控制，在正常使用状态下弹塑性防落梁装置处于弹性工作状态，并能自由且有效的释放温度力；本发明可以准确计算出地震作用效应，从而实现对桥墩及基础的减隔震设计及控制。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。