分離式榫組件、彈塑性防落梁限位裝置及其安裝方法與流程

本發明涉及橋梁減隔震技術領域，尤其涉及一種分離式榫組件、彈塑性防落梁限位裝置及其安裝方法。

背景技術：

落梁是橋梁震害的主要形式之一，不但發生頻次高、破壞性大，而且修復也極為困難。橋梁抗震設計的通常做法是針對不同橋梁結構形式采取各種約束裝置以防止橋梁結構在地震作用下發生落梁破壞。

目前，常用的防落梁裝置有兩類：一類是梁與下部結構間相互作用的限位裝置，如阻擋型限位裝置，包括擋塊式限位裝置和錨固鋼棒式限位裝置，該類限位裝置直接把主梁的地震力傳遞到橋墩或橋臺；另一類為梁體間直接連接的連梁裝置，如預應力鋼絞線連接式、纜索連接式、鋼板連接式、阻尼器連接式等，該類連梁裝置是通過連接各個分離的梁段，使其在地震中各個梁段之間實現地震力的傳遞。

連梁裝置不適合鐵路橋梁使用，主要原因是采用連梁裝置后與梁上的無縫線路形成一個復雜的結構體系，在正常的制動力、溫度力作用下，無縫線路的受力復雜化，甚至對軌道扣件產生影響。特別是高速鐵路采用整體道床結構，難以把控軌道結構與橋梁梁體之間的相對位移。

擋塊式限位裝置經常用作橋梁包括鐵路橋梁的防落梁限位裝置，但是這種限位裝置的縱向和橫向是分開的，由型鋼制成，體積偏大。擋塊式限位裝置的不足表現為：

（1）其工作性能受擋塊與支承墊石之間的間隙控制。當間隙小時不能有效釋放梁體的溫度力，當間隙大時在地震發生時會出現擋塊與支承墊石的碰撞，從而影響防落梁功能；

（2）地震時擋塊的受力變形無法準確計算，碰撞效應及其損傷難以估算；

（3）梁體位移時，只有一側的擋塊發揮作用，且擋塊為各向異性構件，存在明顯的弱軸方向。

在橋梁抗震或減隔震設計中，梁體與墩身的最大相對水平位移的控制十分重要，一方面是需要限制上部結構不產生過大的震后位移，防止落梁，減少震后修復的難度；另一方面是需要保證減隔震裝置不致超過其所容許的最大極限位移，造成減隔震裝置的失效或破壞。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種分離式榫組件、彈塑性防落梁限位裝置及其安裝方法，其構造簡單、受力明確、具有減隔震效果，其在橋梁正常工作階段能自由釋放溫度力、在地震作用下具有限制橋梁過大位移、減震耗能、防止落梁的功能，安裝操作簡單。

為了實現上述目的，本發明提供一種分離式榫組件，其中包括上減震榫和下減震榫，所述上減震榫和下減震榫之間通過連接組件可拆卸的連接在一起，所述連接組件的軸心線與上減震榫、下減震榫的軸心線呈偏心設置。

優選地，所述上減震榫與下減震榫均為沿各自軸心線方向為變截面的榫體。

優選地，所述上減震榫包括上坎固段和上變形段，所述上坎固段為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸擴的錐形體，所述上變形段為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體，所述上變形段與下減震榫之間通過連接組件可拆卸的連接在一起。

優選地，所述下減震榫包括下變形段和下坎固段，所述下變形段為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸擴的錐形體，所述下坎固段為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體，所述下變形段與上變形段之間通過所述連接組件可拆卸的連接在一起。

優選地，所述上減震榫與下減震榫均由低合金結構鋼ly345fll制成。

優選地，所述上減震榫和下減震榫的橫截面均為圓形。

優選地，所述連接組件包括設置于上減震榫下端及下減震榫上端的兩個偏心法蘭盤，兩個所述偏心法蘭盤之間通過多個螺栓連接在一起。

優選地，所述偏心法蘭盤上設置有多個螺栓孔，多個所述螺栓孔以偏心法蘭盤的軸心為中心沿周向均勻設置。

一種彈塑性防落梁限位裝置，其中包括梁底預埋套筒組件、墩頂預埋套筒組件及彈性安裝于二者之間的所述的分離式榫組件，所述梁底預埋套筒組件埋設于梁底板混凝土內，所述墩頂預埋套筒組件埋設于墩頂混凝土內。

優選地，所述梁底預埋套筒組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裝有上限位環，所述上減震榫的上端抵在上限位環上，所述上限位環與上減震榫之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第一間隙。

優選地，所述墩頂預埋套筒組件包括套筒，所述套筒的下端安裝有下限位環，所述下減震榫的下端抵在下限位環上，所述下限位環與下減震榫之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第二間隙。

優選地，所述下套筒的外表面下部沿周向設置有多個第一加筋肋，所述套筒的外表面上部沿周向設置有多個第二加筋肋。

優選地，所述下套筒下端連接有上承壓環，所述套筒上端連接有下承壓環，所述上減震榫穿過上承壓環，所述下減震榫穿過下承壓環。

優選地，所述下承壓環與下減震榫之間設置有橡膠密封圈。

優選地，所述上承壓環、上限位環均由強度和硬度高于所述上減震榫的材料制成，所述下承壓環、下限位環均由強度和強度高于所述下減震榫的材料制成。

優選地，所述上套筒、下套筒及套筒均由普通碳素結構鋼q235或低合金鋼q345制成。

一種彈塑性防落梁限位裝置安裝方法，其包括如下步驟：

（1）安裝套筒與下限位環：在橋墩頂帽施工時，綁扎頂帽鋼筋時，將套筒與下限位環安裝就位，下限位環安裝于套筒的下端，使套筒的上表面與墩上表面保持齊平；

（2）安裝上套筒和下套筒：在箱梁施工時，綁扎梁端底板鋼筋時，將上套筒和下套筒安裝就位，上套筒套接于下套筒的上端，使下套筒的下表面與箱梁底板下表面保持齊平；

（3）安裝套筒上的下承壓環：將下承壓環置于所述套筒的上端，通過連接件將下承壓環與套筒連接在一起；

（4）安裝下套筒上的上承壓環：將上承壓環置于所述下套筒的下端，通過連接件將上承壓環與下套筒連接在一起；

（5）安裝分離式榫組件：將分離式榫組件的下減震榫連同橡膠密封圈一同插入已就位的所述套筒內，將上減震榫插入已就位的所述上套筒和下套筒內，轉動分離式榫組件的兩個偏心法蘭盤，使上減震榫與上套筒、下套筒上下對齊，使下減震榫與套筒上下對齊后，將兩個偏心法蘭盤用螺栓擰緊；

（6）安裝上限位環：從所述上套筒的內腔上端置入上限位環，直到上限位環接觸到已就位的所述上減震榫；

（7）安裝橡膠密封圈：將所述橡膠密封圈安裝于所述套筒的頂部，箍緊、固定，使所述下承壓環與下減震榫之間密封即可。

采用上述方案后，本發明分離式榫組件、彈塑性防落梁限位裝置及其安裝方法具有以下有益效果：

（1）本發明設計結構簡單，通過將上減震榫與下減震榫用兩個偏心法蘭盤可拆卸連接，可方便調節預制混凝土梁的梁底預埋套筒組件與墩頂預埋套筒組件施工時可能產生的偏心問題，地震發生時可變形耗能減小地震力；

（2）本發明通過將上減震榫、下減震榫設置為沿各自軸線方向為變截面的榫體，通過上減震榫上設置的上變形段、下減震榫上設置的下變形段的彈性變形來承擔梁體傳來的車輛制動力，并當制動力消除后使上減震榫和下減震榫彈性恢復至制動力作用前的工作狀態；當地震發生時，本發明分離式榫組件進入塑性工作段并通過上減震榫、下減震榫的塑性耗能減小地震力的作用；本發明通過上減震榫、下減震榫具有彈塑性變形和循環工作的特點，避免了擋塊式防落梁限位裝置可能出現的擋塊與支承墊石相碰撞的情況，提高了防落梁能力；

（3）本發明通過將上減震榫和下減震榫的橫截面設計為圓形，可以對任意水平方向的地震起到減隔震及限位作用；

（4）本發明通過上減震榫與上限位環之間的第一間隙、下減震榫與下限位環之間的第二間隙的控制，在正常使用狀態下彈塑性防落梁裝置處于彈性工作狀態，并能自由且有效的釋放溫度力；當高烈度地震發生時，彈塑性分離式榫組件進入塑形耗能工作狀態，實現消耗地震能量、延長結構周期，達到減小地震力和防止落梁的目的；

（5）本發明可以準確計算出地震作用效應，從而實現對橋墩及基礎的減隔震設計及控制。

附圖說明

圖1為本發明分離式榫組件實施例一結構示意圖；

圖2為本發明分離式榫組件實施例二結構示意圖；

圖3為本發明分離式榫組件實施例三的偏心法蘭盤的俯視結構示意圖；

圖4為本發明分離式榫組件實施例三的偏心法蘭盤的右視剖視結構示意圖；

圖5為本發明彈塑性防落梁限位裝置的實施例結構示意圖；

圖6為本發明的梁底預埋套筒組件剖視結構示意圖；

圖7為本發明的墩頂預埋套筒組件剖視結構示意圖；

圖8為本發明的上限位環剖視結構示意圖；

圖9為本發明的下承壓環俯視結構示意圖；

圖10為圖9的a-a向剖視結構示意圖。

具體實施方式

下面根據附圖所示實施方式闡述本發明。此次公開的實施方式可以認為在所有方面均為例示，不具限制性。本發明的范圍不受以下實施方式的說明所限，僅由權利要求書的范圍所示，而且包括與權利要求范圍具有同樣意思及權利要求范圍內的所有變形。

下面結合說明書附圖具體的闡述本發明所涉及的分離式榫組件及彈塑性防落梁限位裝置及其安裝過程。

如圖1所示本發明分離式榫組件實施例一結構示意圖，包括上減震榫1和下減震榫2，上減震榫1與下減震榫2均為沿各自軸線方向為變截面的榫體。本實施例上減震榫1和下減震榫2均由低合金結構鋼ly345fll制成，其屈強比控制在0.72之下。該材料韌性好，含碳量低于1.35%。上減震榫1和下減震榫2的低周疲勞試驗至少達到12-15次循環。本實施例中上減震榫1、下減震榫2的橫截面形狀考慮到地震波方向的不確定性，選擇受力對稱的圓形截面。上減震榫1和下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸的連接在一起，連接組件3的軸心線與上減震榫1、下減震榫2的軸心線呈偏心設置。

本實施例中通過將上減震榫1、下減震榫2的橫截面沿軸線方向設置為變截面的榫體結構，并且上減震榫1與下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸連接，且連接組件3的軸心線與上減震榫1、下減震榫2的軸心線為偏心設置，這樣設計可方便調節預制混凝土梁的梁底預埋套筒組件與墩頂預埋套筒組件施工時可能產生的偏心問題，而上減震榫1、下減震榫2的變截面設計，使地震發生時可變形耗能減小地震力。

如圖2所示本發明分離式榫組件實施例二結構示意圖，包括上減震榫1和下減震榫2，上減震榫1與下減震榫2均為沿各自軸線方向為變截面的榫體。本實施例上減震榫1和下減震榫2均由低合金結構鋼ly345fll制成，其屈強比控制在0.72之下。該材料韌性好，含碳量低于1.35%。上減震榫1和下減震榫2的低周疲勞試驗至少達到12-15次循環。本實施例中上減震榫1、下減震榫2的橫截面形狀考慮到地震波方向的不確定性，選擇受力對稱的圓形截面。上減震榫1和下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸的連接在一起，連接組件3的軸心線與上減震榫1、下減震榫2的軸心線呈偏心設置。

上減震榫1包括上坎固段4和上變形段5，本實施例二者上下焊接在一起。其中上坎固段4為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸擴的錐形體，上變形段5為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體，上變形段4與下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸的連接在一起。

下減震榫2包括下變形段6和下坎固段7，本實施例二者上下焊接組成，下變形段6為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸擴的錐形體，下坎固段7為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體，下變形段6與上變形段5之間通過連接組件3可拆卸的連接在一起。

連接組件3包括焊接于上變形段5下端及焊接于下變形段6上端的兩個偏心法蘭盤8，兩個偏心法蘭盤8之間通過多個螺栓9連接在一起。

結合圖3和圖4所示，偏心法蘭盤8上設置有多個螺栓孔10，多個螺栓孔10以偏心法蘭盤8的軸心為中心沿周向均勻設置，偏心法蘭盤8上偏離其軸心的位置設置有供上減震榫1或下減震榫2穿過的偏心孔11。

本實施例中通過將上減震榫1、下減震榫2的橫截面沿軸線方向設置為變截面的榫體結構，并且上減震榫1與下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸連接，且連接組件3的兩個偏心法蘭盤8的軸心線與上減震榫1、下減震榫2的軸心線為偏心設置，這樣設計可方便調節預制混凝土梁的梁底預埋套筒組件與墩頂預埋套筒組件施工時可能產生的偏心問題，而上減震榫1、下減震榫2的變截面設計，使地震發生時可變形耗能減小地震力。

本發明彈塑性防落梁限位裝置，其適用于現澆混凝土橋梁結構中，設置于橋梁墩頂和梁體之間，如圖5所示本發明彈塑性防落梁限位裝置的實施例結構示意圖，包括梁底預埋套筒組件12、墩頂預埋套筒組件13及彈性安裝于二者之間的分離式榫組件，梁底預埋套筒組件12埋設于梁底板混凝土14內，墩頂預埋套筒組件13埋設于墩頂混凝土15內。

結合圖6所示，梁底預埋套筒組件12包括上套筒16和下套筒17，本實施例中上套筒16和下套筒17均為無縫鋼管，且上套筒16和下套筒17均由普通碳素結構鋼q235或低合金鋼q345制成。上套筒16套接于下套筒17的外表面上端，下套筒17的內腔上端設置有第一環形槽18，下套筒17的上端安裝有上限位環19，結合圖8所示，上限位環19由頂蓋20及連接于頂蓋20下面的圓環板21組成。上限位環19的圓環板21安裝于第一環形槽18上，下套筒17的外表面下部沿周向均勻設置有多個第一加筋肋22，優選地設置6-8個，下套筒17的內腔下端設置有第二環形槽23，下套筒17的下端通過緊固螺釘24連接有上承壓環25，上承壓環25安裝于第二環形槽23上。上承壓環25為橫截面是l形的回轉體，其中心設置有凹腰鼓形通孔。分離式榫組件的上端穿過上承壓環25的通孔。上承壓環25、上限位環19均由強度和硬度高于上減震榫1的材料制成，本實施例上承壓環25、上限位環19均采用45號鋼制成。

結合圖7所示，墩頂預埋套筒組件13包括套筒27，本實施例中套筒27為無縫鋼管，進一步地，該套筒27由普通碳素結構鋼q235或低合金鋼q345制成。套筒27的內腔下端設置有第三環形槽28，套筒27的下端安裝有下限位環29，下限位環29由位于上部的圓環板及安裝于圓環板下面的底蓋連接組成。下限位環29的圓環板安裝于第三環形槽28上，套筒27的外表面上部沿周向均勻設置有多個第二加筋肋30，優選地設置6-8個。套筒27的內腔上端設置有第四環形槽31，套筒27的上端通過緊固螺釘連接有下承壓環32，下承壓環32安裝于第四環形槽31上。結合圖9和圖10所示，下承壓環32為橫截面是倒l形的回轉體，其中心設置有凹腰鼓形通孔26，其側面沿周向設置有多個安裝孔34，分離式榫組件的下端穿過下承壓環32的通孔26，下承壓環32與下減震榫1之間密封設置有橡膠密封圈33，橡膠密封圈33的下端通過多個緊固螺釘固定在下承壓環32上，多個緊固螺釘分別安裝在多個安裝孔34內。下承壓環32、下限位環29均由強度和硬度高于下減震榫2的材料制成，本實施例下承壓環32、下限位環29均采用45號鋼制成。

參考圖2所示，分離式榫組件包括上減震榫1和下減震榫2，上減震榫1與下減震榫2均為沿各自軸線方向為變截面的榫體。本實施例上減震榫1和下減震榫2均由低合金結構鋼ly345fll制成，其屈強比控制在0.72之下。該材料韌性好，含碳量低于1.35%。上減震榫1和下減震榫2的低周疲勞試驗至少達到12-15次循環。本實施例中上減震榫1、下減震榫2的橫截面形狀考慮到地震波方向的不確定性，選擇受力對稱的圓形截面。上減震榫1和下減震榫2之間通過連接組件3可拆卸的連接在一起，連接組件3的軸心線與上減震榫1、下減震榫2的軸心線呈偏心設置。

上減震榫1包括上坎固段4和上變形段5，本實施例二者上下焊接在一起。其中上坎固段4為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸擴的錐形體，上變形段5為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體。

下減震榫2包括下變形段6和下坎固段7，本實施例二者上下焊接在一起。其中下變形段6為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸擴的錐形體，下坎固段7為橫截面沿軸線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體。

連接組件3包括焊接于上變形段5下端及焊接于下變形段6上端的兩個偏心法蘭盤8，兩個偏心法蘭盤8之間通過多個螺栓9連接在一起。

結合圖3和圖4所示，偏心法蘭盤8上設置有多個螺栓孔10，多個螺栓孔10以偏心法蘭盤8的軸心為中心沿周向均勻設置，偏心法蘭盤8上偏離其軸心的位置設置有供上減震榫1或下減震榫2穿過的偏心孔11。

上減震榫1的上坎固段4上端抵在上限位環19上，上限位環19與上減震榫1之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第一間隙d1；下減震榫2的下坎固段7下端抵在下限位環29上，下限位環29與下減震榫2之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第二間隙d2。所述第一間隙d1和第二間隙d2均由具體橋梁的溫度伸縮值通過設計確定。

上述實施例闡述的彈塑性防落梁限位裝置的安裝方法，包括如下步驟：

（1）首先安裝套筒27與下限位環29：在橋墩頂帽施工時，綁扎頂帽鋼筋時，將套筒27與下限位環29安裝就位，下限位環29安裝于套筒27的下端，套筒27位置應保證準確無誤，使套筒27的上表面與墩上表面保持齊平；

（2）接著安裝上套筒16和下套筒17：在箱梁施工時，綁扎梁端底板鋼筋時，將上套筒16和下套筒17安裝就位，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應保證準確無誤，使下套筒17的下表面與箱梁底板下表面保持齊平；

（3）安裝套筒27上的下承壓環32：將下承壓環32置于套筒27的上端，通過多個緊固螺釘24將下承壓環32與套筒27連接在一起；

（4）安裝下套筒17上的上承壓環25：將上承壓環25置于下套筒17的下端，通過多個緊固螺釘24將上承壓環25與下套筒17連接在一起；

（5）安裝分離式榫組件：將分離式榫組件的下減震榫2連同橡膠密封圈33一同插入已就位的套筒27內，將上減震榫1插入已就位的上套筒16和下套筒17內，轉動分離式榫組件的兩個偏心法蘭盤8，使上減震榫1與上套筒16、下套筒17上下對齊、下減震榫2與套筒27上下對齊后，將兩個偏心法蘭盤8用多個螺栓9擰緊；

（6）安裝梁底預埋套筒組件12中的上限位環19：從上套筒16的上端置入上限位環19，直到上限位環19接觸到已就位的上減震榫1的下表面；

（7）安裝橡膠密封圈33：將橡膠密封圈33安裝于套筒27的頂部，將其箍緊、固定，使下承壓環32與下減震榫2之間密封即可。

本發明彈塑性防落梁限位裝置設計構造簡單，通過在上減震榫1與下減震榫2之間采用兩個偏心法蘭盤8可拆卸連接，可方便調節預制混凝土梁的梁底預埋套筒組件12與墩頂預埋套筒組件13施工時可能產生的偏心問題，地震發生時可變形耗能減小地震力；通過將分離式榫組件中的上減震榫1設置為由上坎固段4和上變形段5組成，下減震榫2設置為由下變形段6和下坎固段7組成，其中上坎固段4和下坎固段7做為傳力段，用來傳遞水平地震力。上變形段5和下變形段6做為變形段，在傳遞水平地震力時通過材料塑性平臺的變形工作來實現耗能減震的功能，通過上變形段5、下變形段6的彈性變形來承擔梁體傳來的車輛制動力，并當制動力消除后使上減震榫1和下減震榫2彈性恢復至制動力作用前的工作狀態；當地震發生時，本發明分離式榫組件進入塑性工作段并通過上減震榫1、下減震榫2的塑性耗能減小地震力的作用；通過上減震榫1、下減震榫2具有彈塑性變形和循環工作的特點，避免了擋塊式防落梁限位裝置可能出現的擋塊與支承墊石相碰撞的情況，提高了防落梁能力；通過將上減震榫1和下減震榫2的橫截面設計為圓形，可以對任意水平方向的地震起到減隔震及限位作用；通過上減震榫1與上限位環19之間的第一間隙d1、下減震榫2與下限位環29之間的第二間隙d2的控制，在正常使用狀態下彈塑性防落梁裝置處于彈性工作狀態，并能自由且有效的釋放溫度力；當高烈度地震發生時，彈塑性分離式榫組件進入塑形耗能工作狀態，實現消耗地震能量、延長結構周期，達到減小地震力和防止落梁的目的；本發明可以準確計算出地震作用效應，從而實現對橋墩及基礎的減隔震設計及控制。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里公開的發明后，將容易想到本發明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發明的一般性原理并包括未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發明的范圍僅由所附的權利要求來限制。