CN105937202B - 一种分离式软钢减震榫 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分离式软钢减震榫，包括：相对对称设置的上减震榫部件和下减震榫部件，所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的相对端部具有传力段，两传力段的端面之间留有间隙；传力筒，设置在所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段的外部，可滑动地连接所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段；限位钢销，设置在所述间隙中，以将所述传力筒限制在所述传力段的外部。

Description

一种分离式软钢减震榫

技术领域

本发明涉及一种减震榫，尤其是涉及一种分离式软钢减震榫。

背景技术

为了满足列车运营时的行车安全性和舒适性要求，铁路桥梁桥墩的刚度普遍大于一般的桥梁结构，这导致桥墩地震响应加大，特别对于墩身较低的桥墩，如果采用传统延性设计方法来达到预期的抗震能力就意味着工程投资的大量增加，而且一旦发生超出设计地震烈度的强烈地震，桥梁将不可避免地产生严重破坏，因此墩身较低的桥梁往往无法采用延性设计方法，在这种情况下，现有技术中通过在铁路桥梁中采用减隔震设计来进行抗震，常用的减隔震设计有减隔震支座如铅芯橡胶支座、层叠橡胶支座等，以及消能阻尼器如粘滞阻尼器、金属阻尼器等，但是此类减隔震设计的初始刚度较小，难以满足铁路桥梁动力性能方面的要求。在此基础上，现有技术中出现了通过减震榫来进行减隔震设计，如单悬臂减震榫，这种减震榫减震效果明显，但是在发生大变形时，这种减震榫的上端传力点处将发生较大的转角位移和竖向位移，因此需要设置转动摩擦副如球铰结构和滑动摩擦副，这致使这种减震榫构造复杂、加工制造难度较大、生产成本较高，而且应力集中现象突出。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分离式软钢减震榫，包括：相对对称设置的上减震榫部件和下减震榫部件，所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的相对端部具有传力段，两传力段的端面之间留有间隙；传力筒，设置在所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段的外部，可滑动地连接所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段；限位钢销，设置在所述间隙中，以将所述传力筒限制在所述传力段的外部。

优选地，所述上减震榫部件和所述下减震榫部件还包括变形段及固定段，所述传力段、变形段及固定段依次连接，所述传力段、变形段及固定段的横截面均为圆形。

优选地，所述传力筒包括紧密配合的内层和外层。

优选地，所述内层采用黄铜制成，所述外层为钢制。

优选地，所述上减震榫部件和所述下减震榫部件采用低碳钢制成。优选地，所述变形段的形状符合等强度梁的原理。

优选地，所述变形段与所述传力段连接处的横截面面积最小，与所述固定段连接处的横截面面积最大。

优选地，所述传力段与所述变形段的连接处通过圆弧进行过渡，所述过渡圆弧的半径为5～10mm。

优选地，所述传力段与所述变形段的长度之比为1/3～1/4。

优选地，所述传力段的表面镀铬，镀铬层的厚度不小于100μm。

优选地，所述减震榫通过设置在所述固定段上的高强螺栓锚固在桥梁粱体及桥墩墩顶的预埋钢板上。

本发明的分离式软钢减震榫从中间断开，通过传递水平力的传力筒进行连接，利用结构变形的对称性，取消了现有技术的减震榫中结构复杂的球铰结构，只保留了滑动摩擦副，这样不但使减震榫的结构简单便于加工，也同时增加了减震榫的变形段的长度比例，从而使本发明的减震榫的变形耗能能力优于现有的单悬臂减震榫。本发明的分离式软钢减震榫与单悬臂减震榫相比，阻尼比由0.40～0.45可提高至0.45～0.50，耗能能力及减震效果良好。本发明的分离式软钢减震榫采用双端固定的形式进行安装，与单悬臂减震榫相比，由于分离式软钢减震榫的受力高度减小一半，在相同水平力作用下，使固端弯矩相应减小50%。本发明的减震榫用软钢制作，易于取材和加工，而且能够提供更大的塑性变形和较高的有效阻尼比，通过自身的塑性变形消耗能量，取得良好的减隔震效果，同时，本发明的减震榫具有良好的抗疲劳性能，在地震的大位移作用下，减震榫变形段表面处的应变可保持基本相同，能够最大程度地发挥软钢材料的优点，不致发生断裂现象。本发明的减震榫属于各向同性构件，可以对任意水平方向的地震中起到减隔震及限位作用，而且兼有防落梁的功能，可以起到减震和限制水平位移合二为一的效果。另外，本发明的减震榫在安装过程中，由于传力筒可以实现纵向移动，上、下减震榫部件可分别安装，施工简便，也便于运营期间的养护检查和各部件的更换。

附图说明

图1为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的结构示意图；

图2为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的传力筒的纵向剖面图；

图3为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的传力筒的横向剖面图；

图4为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的安装布局示意图。

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。

本发明的分离式软钢减震榫是一种以弯曲变形为主的软钢屈服器，具有较高的初始刚度和塑性变形能力，可适用于中小跨度铁路桥梁的减隔震设计。本发明的分离式软钢减震榫基于支座功能分离的设计理念，与桥梁支座配合使用，在正常使用状态下，桥梁梁体传来的竖向反力及梁端的转角由桥梁支座支撑和控制、梁体的水平力及水平位移由减震榫支撑和控制，当地震发生时，在地震水平力作用下，分离式软钢减震榫进入屈服产生对称的弯曲变形，使桥梁结构产生较大的水平塑性位移，即通过延长桥梁结构的自振周期和阻尼耗能，进而达到减小地震响应的目的。

图1为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的结构示意图。如图1所示，本发明的分离式软钢减震榫包括两个相对对称设置的上减震榫部件1和下减震榫部件2，上减震榫部件1和下减震榫部件2结构相同，包括依次连接的、横截面均为圆形的传力段11（21）、变形段12（22）及法兰盘13（23），传力段11（21）、变形段12（22）及法兰盘13（23）同轴线布置，优选地，传力段11（21）、变形段12（22）及法兰盘13（23）一体成型制造。传力段11（21）为等直径的圆柱形，用于与传力筒3组成滑动摩擦副4；变形段12（22）用于在地震过程中通过弯曲变形来耗散能量，变形段12（22）是根据等强度梁的原理设计而成，这样，使变形段12（22）的外缘最大应变能够同时达到相同的屈服应变水平，从而取得最佳的变形耗能效果，变形段12（22）与传力段11（21）相接处的横截面面积最小，而与法兰盘13（23）相接处的横截面面积最大；法兰盘13（23）用于将上减震榫部件1和下减震榫部件2分别固定在桥梁梁体和桥墩上。传力段11（21）与变形段12（22）及法兰盘13（23）的截面突变部位均通过圆弧过渡以减小截面突变引起的应力集中现象，优选地，传力段11（21）与变形段12（22）的连接处的过渡圆弧14（24）的半径为5～10mm，传力段11（21）与变形段12（22）的长度之比为1/3～1/4。

上减震榫部件1和下减震榫部件2通过中间的传力筒3进行连接，传力筒3呈圆筒形。传力筒3与上减震榫部件1的传力段11及下减震榫部件2的传力段21共同组成滑动摩擦副4。在上减震榫部件1和下减震榫部件2相对的端面之间留有一定间隙，在该间隙处设置有圆柱形的限位钢销5，限位钢销5穿过传力筒3的筒壁，限位钢销5用于对上减震榫部件1和下减震榫部件2进行限位，具体的，由于分离式软钢减震榫的结构对称，上、下减震榫榫部件的传力段11与传力段21在传力筒3内的滑动方向始终是相反的，从理论上讲，由此在传力筒3上产生的摩擦力应当是大小相同，方向相反，摩擦力可以相互抵消，但实际上摩擦系数会有所出入，造成摩擦力无法完全相互抵消，这使得传力筒3向上、下减震榫部件中的一方移动，因此，通过在减震榫的传力段11和传力段21的相对的端面之间的间隙处设置限位钢销5来进行限位。限位钢销5采用强度较高的钢材制成，优选地，选用45号钢，限位钢销5的直径根据减震榫在最大水平力作用下滑动摩擦副4上未平衡的摩阻力来确定。

本发明的上减震榫部件1和下减震榫部件2通过设置在各自的传力段11（21）的相对远端的法兰盘13（23）进行固定，法兰盘13（23）与传力段11（21）之间采用锻造或镦造技术一体成型。法兰盘13通过均匀布置的若干高强螺栓15锚固在桥梁粱体底面的预埋钢板上，而法兰盘23通过均匀布置的若干高强螺栓25锚固在桥墩墩顶的预埋钢板上，高强螺栓15（25）的设置数量一般不少于6个，高强螺栓15（25）的直径和设置数量的选择，根据分离式软钢减震榫的固定端的弯矩和剪力进行确定。

图2～图3分别为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的传力筒的纵向剖面图及横向剖面图。如图2～图3所示，传力筒3包括内层31和外层32，外层32采用强度较高的钢材制成，优选地，选用45号钢，内层31采用黄铜制成。内层31和外层32之间紧密配合, 可以通过在外层32加热后，将黄铜内层31压入外层32以实现两者紧密结合。传力筒3的内层31采用磨削加工，与传力段11（21）滑动配合。

为了能提供更大的塑性变形，本发明的分离式软钢减震榫的上、下减震榫部件采用延性较好的低屈服点的低碳钢制成。其中，变形段12（22）根据等强度梁的原理设计，构件受力时在较大范围内屈服应变的水平相同，变形段12（22）采用数控机床加工；传力段11（21）的表面用铬进行处理，优选地，通过镀铬的方式进行处理，镀铬层的厚度不小于100μm，镀铬处理不仅可以提高传力段11（21）的耐磨性和硬度，同时也能提高传力段11（21）的表面光洁度，减小摩擦系数，在传力筒3与传力段11（21）组成滑动摩擦副4上还可以采用固体润滑剂进行润滑，能够进一步减小摩擦系数。

本发明的分离式软钢减震榫设置在桥墩墩顶与桥梁梁体之间，与桥梁支座位于同一平面位置，减震榫的安装在桥梁支座安装完成后进行，减震榫的具体安装过程为：首先安装下减震榫部件2，通过高强螺栓25将下减震榫部件2的法兰盘23紧固在安装部位，如桥墩墩顶或桥梁梁体的预埋钢板；然后将传力筒3套入下减震榫部件2的传力段21，向下移动传力筒3；接着，在下减震榫部件2的相对端安装上减震榫部件1，通过高强螺栓15将上减震榫部件1的法兰盘13紧固在安装部位，如桥梁梁体或桥墩墩顶的预埋钢板；然后，将传力筒推回至中间位置，并在上减震榫部件1和下减震榫部件2的间隙中插入限位钢销5；分离式软钢减震榫的安装完成。本发明中的分离式软钢减震榫结构对称，上减震榫部件1和下减震榫部件2结构相同，在实施安装过程中，不需要区分上减震榫部件1和下减震榫部件2的上下位置关系。

当需要更换减震榫时，首先将限位钢销5拔出，将传力筒3推移至上减震榫部件1或下减震榫部件2的一侧，再松开法兰盘13（23）上的高强螺栓15（25），即可将需更换减震榫拆除。

本发明的分离式软钢减震榫应用于桥梁减隔震设计时，根据施工的具体条件和场地特点，设计减震榫的尺寸及所需的减震榫数量，检算地震发生时的最大水平位移和地震水平力，使之与所选定的减震榫性能相匹配。

图4为本发明实施方式涉及的分离式软钢减震榫的布局示意图。如图4所示，一般情况下，可以考虑将减震榫布置在桥梁支座6的侧面位置处。在正常使用状态下，由于在桥梁梁体7与桥墩墩顶8之间设置有多个分离式软钢减震榫，桥梁具有较高的初始刚度，桥梁上部结构的制动力、离心力和横向摇摆力可由减震榫的弹性抗力抵消，以满足铁路桥梁对行车安全性和舒适性的要求。当然，减震榫在墩顶的布置需根据具体情况灵活进行。

Claims (11)

1.一种分离式软钢减震榫，包括：

相对对称设置的上减震榫部件和下减震榫部件，所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的相对端部具有传力段，两传力段的端面之间留有间隙；

传力筒，设置在所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段的外部，可滑动地连接所述上减震榫部件和所述下减震榫部件的传力段；

限位钢销，设置在所述间隙中，以将所述传力筒限制在所述传力段的外部。

2.根据权利要求1所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述上减震榫部件和所述下减震榫部件还包括变形段及固定段，所述传力段、变形段及固定段依次连接，所述传力段、变形段及固定段的横截面均为圆形。

3.根据权利要求1所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述传力筒包括紧密配合的内层和外层。

4.根据权利要求3所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述内层采用黄铜制成，所述外层为钢制。

5.根据权利要求1 所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述上减震榫部件和所述下减震榫部件采用低碳钢制成。

6.根据权利要求2所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述变形段的形状符合等强度梁的原理。

7.根据权利要求6所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述变形段与所述传力段连接处的横截面面积最小，与所述固定段连接处的横截面面积最大。

8.根据权利要求7所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述传力段与所述变形段的连接处通过圆弧进行过渡，所述过渡圆弧的半径为5～10mm。

9.根据权利要求2所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述传力段与所述变形段的长度之比为1/3～1/4。

10.根据权利要求2所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述传力段的表面镀铬，镀铬层的厚度不小于100μm。

11.根据权利要求2所述的分离式软钢减震榫，其特征在于：

所述减震榫通过设置在所述固定段上的高强螺栓锚固在桥梁粱体及桥墩墩顶的预埋钢板上。