分离式榫组件、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，尤其涉及一种分离式榫组件、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分离式榫组件、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，本发明提供一种分离式榫组件，其中包括上减震榫和下减震榫，所述上减震榫和下减震榫之间通过连接组件可拆卸的连接在一起，所述连接组件的轴心线与上减震榫、下减震榫的轴心线呈偏心设置。

优选地，所述上减震榫与下减震榫均为沿各自轴心线方向为变截面的榫体。

优选地，所述上减震榫包括上坎固段和上变形段，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，所述上变形段为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体，所述上变形段与下减震榫之间通过连接组件可拆卸的连接在一起。

优选地，所述下减震榫包括下变形段和下坎固段，所述下变形段为横截面沿轴心线方向由上向下呈渐扩的锥形体，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，所述下变形段与上变形段之间通过所述连接组件可拆卸的连接在一起。

优选地，所述上减震榫与下减震榫均由低合金结构钢ly345fll制成。

优选地，所述上减震榫和下减震榫的横截面均为圆形。

优选地，所述连接组件包括设置于上减震榫下端及下减震榫上端的两个偏心法兰盘，两个所述偏心法兰盘之间通过多个螺栓连接在一起。

优选地，所述偏心法兰盘上设置有多个螺栓孔，多个所述螺栓孔以偏心法兰盘的轴心为中心沿周向均匀设置。

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分离式榫组件，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，所述上减震榫的上端抵在上限位环上，所述上限位环与上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，所述下减震榫的下端抵在下限位环上，所述下限位环与下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，所述下套筒下端连接有上承压环，所述套筒上端连接有下承压环，所述上减震榫穿过上承压环，所述下减震榫穿过下承压环。

优选地，所述下承压环与下减震榫之间设置有橡胶密封圈。

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

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）安装分离式榫组件：将分离式榫组件的下减震榫连同橡胶密封圈一同插入已就位的所述套筒内，将上减震榫插入已就位的所述上套筒和下套筒内，转动分离式榫组件的两个偏心法兰盘，使上减震榫与上套筒、下套筒上下对齐，使下减震榫与套筒上下对齐后，将两个偏心法兰盘用螺栓拧紧；

（6）安装上限位环：从所述上套筒的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上减震榫；

（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，使所述下承压环与下减震榫之间密封即可。

采用上述方案后，本发明分离式榫组件、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）本发明设计结构简单，通过将上减震榫与下减震榫用两个偏心法兰盘可拆卸连接，可方便调节预制混凝土梁的梁底预埋套筒组件与墩顶预埋套筒组件施工时可能产生的偏心问题，地震发生时可变形耗能减小地震力；

（2）本发明通过将上减震榫、下减震榫设置为沿各自轴线方向为变截面的榫体，通过上减震榫上设置的上变形段、下减震榫上设置的下变形段的弹性变形来承担梁体传来的车辆制动力，并当制动力消除后使上减震榫和下减震榫弹性恢复至制动力作用前的工作状态；当地震发生时，本发明分离式榫组件进入塑性工作段并通过上减震榫、下减震榫的塑性耗能减小地震力的作用；本发明通过上减震榫、下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；

（3）本发明通过将上减震榫和下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；

（4）本发明通过上减震榫与上限位环之间的第一间隙、下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；当高烈度地震发生时，弹塑性分离式榫组件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；

（5）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为本发明分离式榫组件实施例一结构示意图；

图2为本发明分离式榫组件实施例二结构示意图；

图3为本发明分离式榫组件实施例三的偏心法兰盘的俯视结构示意图；

图4为本发明分离式榫组件实施例三的偏心法兰盘的右视剖视结构示意图；

图5为本发明弹塑性防落梁限位装置的实施例结构示意图；

图6为本发明的梁底预埋套筒组件剖视结构示意图；

图7为本发明的墩顶预埋套筒组件剖视结构示意图；

图8为本发明的上限位环剖视结构示意图；

图9为本发明的下承压环俯视结构示意图；

图10为图9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分离式榫组件及弹塑性防落梁限位装置及其安装过程。

如图1所示本发明分离式榫组件实施例一结构示意图，包括上减震榫1和下减震榫2，上减震榫1与下减震榫2均为沿各自轴线方向为变截面的榫体。本实施例上减震榫1和下减震榫2均由低合金结构钢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%。上减震榫1和下减震榫2的低周疲劳试验至少达到12-15次循环。本实施例中上减震榫1、下减震榫2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。上减震榫1和下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸的连接在一起，连接组件3的轴心线与上减震榫1、下减震榫2的轴心线呈偏心设置。

本实施例中通过将上减震榫1、下减震榫2的横截面沿轴线方向设置为变截面的榫体结构，并且上减震榫1与下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸连接，且连接组件3的轴心线与上减震榫1、下减震榫2的轴心线为偏心设置，这样设计可方便调节预制混凝土梁的梁底预埋套筒组件与墩顶预埋套筒组件施工时可能产生的偏心问题，而上减震榫1、下减震榫2的变截面设计，使地震发生时可变形耗能减小地震力。

如图2所示本发明分离式榫组件实施例二结构示意图，包括上减震榫1和下减震榫2，上减震榫1与下减震榫2均为沿各自轴线方向为变截面的榫体。本实施例上减震榫1和下减震榫2均由低合金结构钢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%。上减震榫1和下减震榫2的低周疲劳试验至少达到12-15次循环。本实施例中上减震榫1、下减震榫2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。上减震榫1和下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸的连接在一起，连接组件3的轴心线与上减震榫1、下减震榫2的轴心线呈偏心设置。

上减震榫1包括上坎固段4和上变形段5，本实施例二者上下焊接在一起。其中上坎固段4为横截面沿轴线方向由上向下呈渐扩的锥形体，上变形段5为横截面沿轴线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体，上变形段4与下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸的连接在一起。

下减震榫2包括下变形段6和下坎固段7，本实施例二者上下焊接组成，下变形段6为横截面沿轴线方向由上向下呈渐扩的锥形体，下坎固段7为横截面沿轴线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体，下变形段6与上变形段5之间通过连接组件3可拆卸的连接在一起。

连接组件3包括焊接于上变形段5下端及焊接于下变形段6上端的两个偏心法兰盘8，两个偏心法兰盘8之间通过多个螺栓9连接在一起。

结合图3和图4所示，偏心法兰盘8上设置有多个螺栓孔10，多个螺栓孔10以偏心法兰盘8的轴心为中心沿周向均匀设置，偏心法兰盘8上偏离其轴心的位置设置有供上减震榫1或下减震榫2穿过的偏心孔11。

本实施例中通过将上减震榫1、下减震榫2的横截面沿轴线方向设置为变截面的榫体结构，并且上减震榫1与下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸连接，且连接组件3的两个偏心法兰盘8的轴心线与上减震榫1、下减震榫2的轴心线为偏心设置，这样设计可方便调节预制混凝土梁的梁底预埋套筒组件与墩顶预埋套筒组件施工时可能产生的偏心问题，而上减震榫1、下减震榫2的变截面设计，使地震发生时可变形耗能减小地震力。

本发明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5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12、墩顶预埋套筒组件13及弹性安装于二者之间的分离式榫组件，梁底预埋套筒组件12埋设于梁底板混凝土14内，墩顶预埋套筒组件13埋设于墩顶混凝土15内。

结合图6所示，梁底预埋套筒组件12包括上套筒16和下套筒17，本实施例中上套筒16和下套筒17均为无缝钢管，且上套筒16和下套筒17均由普通碳素结构钢q235或低合金钢q345制成。上套筒16套接于下套筒17的外表面上端，下套筒17的内腔上端设置有第一环形槽18，下套筒17的上端安装有上限位环19，结合图8所示，上限位环19由顶盖20及连接于顶盖20下面的圆环板21组成。上限位环19的圆环板21安装于第一环形槽18上，下套筒17的外表面下部沿周向均匀设置有多个第一加筋肋22，优选地设置6-8个，下套筒17的内腔下端设置有第二环形槽23，下套筒17的下端通过紧固螺钉24连接有上承压环25，上承压环25安装于第二环形槽23上。上承压环25为横截面是l形的回转体，其中心设置有凹腰鼓形通孔。分离式榫组件的上端穿过上承压环25的通孔。上承压环25、上限位环19均由强度和硬度高于上减震榫1的材料制成，本实施例上承压环25、上限位环19均采用45号钢制成。

结合图7所示，墩顶预埋套筒组件13包括套筒27，本实施例中套筒27为无缝钢管，进一步地，该套筒27由普通碳素结构钢q235或低合金钢q345制成。套筒27的内腔下端设置有第三环形槽28，套筒27的下端安装有下限位环29，下限位环29由位于上部的圆环板及安装于圆环板下面的底盖连接组成。下限位环29的圆环板安装于第三环形槽28上，套筒27的外表面上部沿周向均匀设置有多个第二加筋肋30，优选地设置6-8个。套筒27的内腔上端设置有第四环形槽31，套筒27的上端通过紧固螺钉连接有下承压环32，下承压环32安装于第四环形槽31上。结合图9和图10所示，下承压环32为横截面是倒l形的回转体，其中心设置有凹腰鼓形通孔26，其侧面沿周向设置有多个安装孔34，分离式榫组件的下端穿过下承压环32的通孔26，下承压环32与下减震榫1之间密封设置有橡胶密封圈33，橡胶密封圈33的下端通过多个紧固螺钉固定在下承压环32上，多个紧固螺钉分别安装在多个安装孔34内。下承压环32、下限位环29均由强度和硬度高于下减震榫2的材料制成，本实施例下承压环32、下限位环29均采用45号钢制成。

参考图2所示，分离式榫组件包括上减震榫1和下减震榫2，上减震榫1与下减震榫2均为沿各自轴线方向为变截面的榫体。本实施例上减震榫1和下减震榫2均由低合金结构钢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%。上减震榫1和下减震榫2的低周疲劳试验至少达到12-15次循环。本实施例中上减震榫1、下减震榫2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。上减震榫1和下减震榫2之间通过连接组件3可拆卸的连接在一起，连接组件3的轴心线与上减震榫1、下减震榫2的轴心线呈偏心设置。

上减震榫1包括上坎固段4和上变形段5，本实施例二者上下焊接在一起。其中上坎固段4为横截面沿轴线方向由上向下呈渐扩的锥形体，上变形段5为横截面沿轴线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体。

下减震榫2包括下变形段6和下坎固段7，本实施例二者上下焊接在一起。其中下变形段6为横截面沿轴线方向由上向下呈渐扩的锥形体，下坎固段7为横截面沿轴线方向由上向下呈渐缩的倒锥形体。

连接组件3包括焊接于上变形段5下端及焊接于下变形段6上端的两个偏心法兰盘8，两个偏心法兰盘8之间通过多个螺栓9连接在一起。

结合图3和图4所示，偏心法兰盘8上设置有多个螺栓孔10，多个螺栓孔10以偏心法兰盘8的轴心为中心沿周向均匀设置，偏心法兰盘8上偏离其轴心的位置设置有供上减震榫1或下减震榫2穿过的偏心孔11。

上减震榫1的上坎固段4上端抵在上限位环19上，上限位环19与上减震榫1之间设置有用于释放温度力水平位移的第一间隙d1；下减震榫2的下坎固段7下端抵在下限位环29上，下限位环29与下减震榫2之间设置有用于释放温度力水平位移的第二间隙d2。所述第一间隙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。

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27与下限位环29：在桥墩顶帽施工时，绑扎顶帽钢筋时，将套筒27与下限位环29安装就位，下限位环29安装于套筒27的下端，套筒27位置应保证准确无误，使套筒27的上表面与墩上表面保持齐平；

（2）接着安装上套筒16和下套筒17：在箱梁施工时，绑扎梁端底板钢筋时，将上套筒16和下套筒17安装就位，上套筒16套接于下套筒17的外表面上端，上套筒16和下套筒17应保证准确无误，使下套筒17的下表面与箱梁底板下表面保持齐平；

（3）安装套筒27上的下承压环32：将下承压环32置于套筒27的上端，通过多个紧固螺钉24将下承压环32与套筒27连接在一起；

（4）安装下套筒17上的上承压环25：将上承压环25置于下套筒17的下端，通过多个紧固螺钉24将上承压环25与下套筒17连接在一起；

（5）安装分离式榫组件：将分离式榫组件的下减震榫2连同橡胶密封圈33一同插入已就位的套筒27内，将上减震榫1插入已就位的上套筒16和下套筒17内，转动分离式榫组件的两个偏心法兰盘8，使上减震榫1与上套筒16、下套筒17上下对齐、下减震榫2与套筒27上下对齐后，将两个偏心法兰盘8用多个螺栓9拧紧；

（6）安装梁底预埋套筒组件12中的上限位环19：从上套筒16的上端置入上限位环19，直到上限位环19接触到已就位的上减震榫1的下表面；

（7）安装橡胶密封圈33：将橡胶密封圈33安装于套筒27的顶部，将其箍紧、固定，使下承压环32与下减震榫2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，通过在上减震榫1与下减震榫2之间采用两个偏心法兰盘8可拆卸连接，可方便调节预制混凝土梁的梁底预埋套筒组件12与墩顶预埋套筒组件13施工时可能产生的偏心问题，地震发生时可变形耗能减小地震力；通过将分离式榫组件中的上减震榫1设置为由上坎固段4和上变形段5组成，下减震榫2设置为由下变形段6和下坎固段7组成，其中上坎固段4和下坎固段7做为传力段，用来传递水平地震力。上变形段5和下变形段6做为变形段，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，通过上变形段5、下变形段6的弹性变形来承担梁体传来的车辆制动力，并当制动力消除后使上减震榫1和下减震榫2弹性恢复至制动力作用前的工作状态；当地震发生时，本发明分离式榫组件进入塑性工作段并通过上减震榫1、下减震榫2的塑性耗能减小地震力的作用；通过上减震榫1、下减震榫2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；通过将上减震榫1和下减震榫2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；通过上减震榫1与上限位环19之间的第一间隙d1、下减震榫2与下限位环29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；当高烈度地震发生时，弹塑性分离式榫组件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；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。