CN108301334B - 一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰及转体方法 - Google Patents

Abstract

一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，包括与梁体连接的上球铰、与墩台连接的下球铰、销轴和永久支座，上球铰与下球铰的中心设有用于销轴穿过的通孔，销轴的下部与下球铰固定连接，下球铰的通孔为中心圆通孔，该中心圆通孔与销轴的外圆相匹配，上球铰的通孔为内方孔，在上球铰的内方孔内的销轴上套设有滑块，滑块可随上球铰以销轴为轴心转动，滑块的外表面具有四个与上球铰的内方孔的四个面分别相平齐的平面，滑块的四个平面与上球铰的内方孔的对应面之间均设有移动间隙，在转体之前，滑块顶面通过调整垫板与梁体底面相接触，在转体之后，滑块的顶面不与梁体底面相接触，解决了桥梁墩顶转体承台设计问题，有效减小墩台结构尺寸，降低桥梁转体成本。

Description

一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰及转体方法

技术领域

本发明属于桥梁及建筑结构领域，具体说的是一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰及转体方法。

背景技术

近年来，随着桥梁转体施工技术及施工工艺的不断创新与发展，桥梁转体施工被广泛应用于跨越交通繁忙的铁路既有线、高速公路、高山峡谷等场合的桥梁工程施工。桥梁转体施工可以将桥梁轴线空间施工转化为沿岸线或条件较好的地面施工，为特殊条件下桥梁施工的安全、质量、进度提供可靠保证。转体施工技术以其经济、方便、可靠的特点愈来愈受到桥梁建设者的青睐。

目前桥梁转体方式主要分为墩底转体、墩顶转体两种，墩底转体施工使用较为广泛，转体完成后直接将转体球铰浇注于承台中，从而装墩与承台固结。墩顶转体又分为两种型式，一种是将转体球铰置于近墩顶端，上部通过上承台或上部墩台及支座与梁体相连，转体后与墩底转体一样直接将转体球铰浇注于承台中进行固结；另一种是将球铰安装于墩顶与梁体之间，转体后需要对梁体进行体系转换，将转体球铰上下部分分离，同时将梁体支撑由转体球铰转移到永久支座上，这种转体方案适用于转体重量较小的桥梁结构。

桥梁转体的核心是转体球铰，在转体球铰的周围还需设置撑脚、牵引反力座等装置，通常情况下转体桥梁的上、下承台尺寸较大，对于小结构梁体墩顶转体结构，由于梁体宽度尺寸有限，采用转体球铰设置于墩顶与梁底的墩顶转体方案时，转体下承台结构要求较小且承台上需布置撑脚、牵引装置等转体装置以及支座与防落梁装置，采用传统的转体球铰装置无法设置防落梁装置。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，通过对球铰进行结构优化并在球铰中部设置限位装置以满足桥梁建设时期的转体作用，在转体完成之后通过梁体体系转换，梁体支承转移到永久支座上，此后转体球铰起到桥梁限位作用同时满足桥梁正常滑动作用。这样转体球铰可以实现转体功能同时又能实现桥梁限位功能，解决了桥梁墩顶转体承台设计问题，有效减小墩台结构尺寸，降低桥梁转体成本。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，包括与梁体连接的上球铰、与墩台连接的下球铰、销轴和永久支座，上球铰与下球铰呈上下设置，上球铰的底面为凸球面，下球铰的顶面与上球铰的底面相匹配的凹球面，在下球铰与上球铰之间设有球面转动摩擦副，上球铰与下球铰的中心设有用于销轴穿过的通孔，销轴的下部与下球铰固定连接，下球铰的通孔为中心圆通孔，该中心圆通孔与销轴的外圆相匹配，上球铰的通孔为内方孔，在上球铰的内方孔内的销轴上套设有滑块，滑块可随上球铰以销轴为轴心转动，滑块的外表面具有四个与上球铰的内方孔的四个面分别相平齐的平面，滑块的四个平面与上球铰的内方孔的对应面之间均设有移动间隙，在转体之前，滑块顶面通过调整垫板与梁体底面相接触，在转体之后，滑块的顶面不与梁体底面相接触。

进一步，所述的滑块的底面与下球铰的顶面之间设置有转动摩擦副。

进一步，所述的滑块的下方设有用于支撑滑块的支承板，支承板固定在上球铰上，在支承板和滑块的底面之间设有平面转动摩擦副。

进一步，在横向方向的滑块两侧与上球铰的内方孔之间的移动间隙小于纵向方向的滑块两侧与上球铰的内方孔之间的移动间隙。

进一步，所述的滑块的四个平面与上球铰的内方孔的对应面之间设有导向滑动摩擦副。

进一步，所述的上球铰和下球铰的外圆柱面之间设有将整个外圆进行包裹的防尘装置。

一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰进行转体的方法，包括以下步骤：

步骤一、将转体球铰整体安装在梁体与墩台之间，滑块顶面通过调整垫板与梁体底面相接触，桥梁转体时，以固定不动的销轴为转动圆心，通过滑块随上球铰与下球铰相对平面转动，实现桥梁转体；

步骤二、在转体到位后进行桥梁体系转换，松开上球铰与梁体底面的连接，使用液压千斤顶将体顶升5~10mm后拆除上球铰与梁底间的调整垫板，使滑块的顶面不与梁体底面相接触，再将上球铰与梁体底面固定连接，安装永久支座，降落液压千斤顶将梁体落至永久支座之上，将永久支座与梁体和墩台上下固定连接，使转体球铰的上球铰和下球铰之间脱离换触。

本发明有益效果是：

1）本发明提出的转体球铰，在转体到位、体系转换前梁体竖向载荷由上球铰传到下球铰，经下球铰传到墩台，桥梁转体时通过上下球铰间的球面摩擦副实现上、下球铰之间的相对平面转动，实现桥梁转体功能，同时在桥梁姿态调整过程中可通过上、下球铰之间的相对竖向转动实现桥梁姿态调整，保证桥梁转体安全可靠。

2）本发明提出的转体球铰，在转体到位后进行桥梁体系转换，松开上球铰与梁底连接螺栓，使用液压千斤顶将体顶升5~10mm后拆除上球铰与梁底间的调整垫板，并重新拧紧上球铰与梁底连接螺栓，同时安装永久支座，缓慢降落液压千斤顶将梁体落至永久支座之上，拧紧永久支座上下连接螺栓，完成桥梁体系转换。此时转体球铰的上、下球铰之间脱离换触，上、下球铰可以通过上球铰与滑块之间的纵横向位移间距，在纵横桥向发生相对平面移动。

3）在正常运营时，由于混凝土徐变、载荷作用或温升作用产生梁体伸缩，上球铰与滑块之间发生滑移，满足桥梁正常滑移功能。

4）当桥梁受地震载荷或意外载荷时，永久支座出现破坏或永久支座连接螺栓剪断，桥梁失去限位功能时，桥梁发生纵、横桥向滑动，当滑动量超过桥梁滑动设计量时，滑块与上球铰内方孔平面接触，阻止桥梁出现过度滑移，从面保护桥梁结构正常运营。

附图说明

图1为本发明转体球铰转体前的安装结构示意图；

图2为本发明转体球铰转体后的安装结构示意图；

图3为本发明转体球铰的结构示意图；

图4为本发明转体球铰的俯视结构示意图；

图5为本发明转体球铰的局部放大图；

图6为本发明转体球铰正常转体后的结构示意图；

图中，1、下球铰，2、非金属滑板，3、球面不锈钢滑板，4、上球铰，5、纵向导向不锈钢滑板，6、导向滑板， 7、滑块，8、销轴，9、盖板，10、支承滑板，11、支承不锈钢滑板，12、支承板，13、锚固件，14、防尘装置，15、紧定螺钉，16、横导向不锈钢滑板，17、梁体，18、墩台，19、永久支座，20、调整垫板，21、预埋钢板，22、滑道，23、撑脚，24、转体球铰。

具体实施方式

下面结合附图对本发明加以说明：

如图1～图6所示，一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，包括与梁体17连接的上球铰4、与墩台18连接的下球铰1、销轴8和永久支座19，上球铰4与下球铰1外表面均为圆柱形，两者呈上下设置，上球铰4的底面为凸球面，下球铰1的顶面与上球铰4的底面相匹配的凹球面，在下球铰1与上球铰4之间设有球面转动摩擦副，上球铰4与下球铰1的中心设有用于销轴8穿过的通孔，销轴8的下部与下球铰1固定连接，下球铰1的通孔为中心圆通孔，该中心圆通孔与销轴8的外圆相匹配，上球铰4的通孔为内方孔，在上球铰4的内方孔内的销轴8上套设有滑块7，滑块7可随上球铰4以销轴8为轴心转动，滑块7的外表面具有四个与上球铰4的内方孔的四个面分别相平齐的平面，滑块7的四个平面与上球铰4的内方孔的对应面之间均设有移动间隙，在转体之前，滑块7顶面通过调整垫板20与梁体底面相接触，在转体之后，滑块7的顶面不与梁体底面相接触。

本发明的下球铰1的凹球面与上球铰4的下凸球面形成转体球铰的转动机构，下球铰1的凹球面的凹坑内镶嵌的非金属滑板2与上球铰4凸球面上包覆的球面不锈钢滑板3组成平面及竖向转动摩擦副，适应上部梁体结构的转动需求。

本发明的下球铰1的中心圆形孔与销轴8的外圆进行配合，并通过紧定螺钉15进行固定，形成转动及限位轴，传递上球铰作用力。

本发明的销轴8的外圆与滑块7的内孔形成转体球铰平面转动机构，适应桥梁转体时上部梁体结构的水平转动需求。

本发明的滑块7的外表面分别与上球铰4的内方孔组成桥梁体系转换后转体球铰的限位装置，上球铰4的内方孔表面包覆的纵向导向不锈钢滑板5及横向导向不锈钢滑板16分别与滑块7四内里凹槽中镶嵌的导向滑板6分别形成导向滑动摩擦副，在正常运行状态下传递水平方向的作用力；在地震力或特殊外力作用下支座失效后对桥梁起到限位保护作用。

本发明的在横向方向的滑块7两侧与上球铰4的内方孔之间的移动间隙小于纵向方向的滑块7两侧与上球铰4的内方孔之间的移动间隙，即上球铰的中心内方孔的截面为长方形，当转体完成之后，纵向方向的移动间隙也大于横向方向的移动间隙，使上球铰与下球铰之间可具有一定量的纵横桥向的相对移动。

本发明的滑块7的底面与下球铰1的顶面之间设置有转动摩擦副，此时下球铰1的上表面对滑块7进行支撑，使滑块7随上球铰4转动时，不会与下球铰1之间产生磨损，适应上部梁体结构的转动需求。

滑块的设置还有另外一种形式，本发明的滑块7的下表面与支承板12的上表面组成平面滑动机构，滑块7下表面凹槽中镶嵌的支承滑板10与支承板12的上表面包覆的支承不锈钢滑板11形成平面滑动滑动摩擦副，满足桥梁正常使用滑动需求，同时起到支承滑块7的功能。支承滑板10通过螺栓与上球铰4进行连接，也可通过焊接形式与上球铰4进行固结。

上球铰4和下球铰1的外圆柱面之间设有将整个外圆进行包裹的防尘装置14，本发明的防尘装置14由不防水性能好，不易老化的塑料或橡胶材料做成，通过压条及螺钉分别与上球铰4和下球铰1的外圆柱面相连，在转体完成之后进行安装，防止灰尘或杂质进入球面摩擦副表面。

本发明通过对转体球铰集成设计，有效解决了墩顶转体承台结构小、无法设置限位装置设计难题，具有较好的应用前景和推广价值。

一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰进行转体的方法，包括以下步骤：

步骤一、将转体球铰整体安装在梁体17与墩台18之间，下球铰1的中心通孔中固定安装销轴8，在销轴8上套上球铰4，在上球铰4的中心内方孔内套入滑块7，滑块7顶面通过调整垫板20与梁体底面相接触，滑块7的四面与上球铰4的中心内方孔均不接触，桥梁转体时，以固定不动的销轴8为转动圆心，滑块7随上球铰4与下球铰1相对平面转动，实现桥梁转体，同时在桥梁姿态调整过程中可通过上、下球铰之间的相对竖向转动实现桥梁姿态调整；

步骤二、在转体到位后进行桥梁体系转换，松开上球铰4与梁体17底面的连接，使用液压千斤顶将体顶升5~10mm后拆除上球铰与梁底间的调整垫板，使滑块7的顶面不与梁体17底面相接触，再将上球铰4与梁体17底面固定连接，安装永久支座19，降落液压千斤顶将梁体落至永久支座19之上，将永久支座19与梁体17和墩台18上下固定连接，使转体球铰的上球铰4和下球铰1之间脱离换触。

Claims (6)

1.一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，包括与梁体（17）连接的上球铰（4）、与墩台（18）连接的下球铰（1）、销轴（8）和永久支座（19），上球铰（4）与下球铰（1）呈上下设置，上球铰（4）的底面为凸球面，下球铰（1）的顶面与上球铰（4）的底面相匹配的凹球面，在下球铰（1）与上球铰（4）之间设有球面转动摩擦副，上球铰（4）与下球铰（1）的中心设有用于销轴（8）穿过的通孔，销轴（8）的下部与下球铰（1）固定连接，其特征在于：下球铰（1）的通孔为中心圆通孔，该中心圆通孔与销轴（8）的外圆相配合，上球铰（4）的通孔为内方孔，在上球铰（4）的内方孔内的销轴（8）上套设有滑块（7），滑块（7）随上球铰（4）以销轴（8）为轴心转动，滑块（7）的外表面具有四个与上球铰（4）的内方孔的四个面分别相平齐的平面，滑块（7）的四个平面与上球铰（4）的内方孔的对应面之间均设有移动间隙；

上述具有防落梁功能的墩顶转体球铰进行转体的方法，包括以下步骤：

步骤一、将转体球铰整体安装在梁体（17）与墩台（18）之间，滑块（7）顶面通过调整垫板（20）与梁体底面相接触，桥梁转体时，以固定不动的销轴（8）为转动圆心，通过滑块（7）随上球铰（4）与下球铰（1）相对平面转动，实现桥梁转体；

步骤二、在转体到位后进行桥梁体系转换，松开上球铰（4）与梁体（17）底面的连接，使用液压千斤顶将体顶升5~10mm后拆除上球铰与梁底间的调整垫板，使滑块（7）的顶面不与梁体（17）底面相接触，再将上球铰（4）与梁体（17）底面固定连接，安装永久支座（19），降落液压千斤顶将梁体落至永久支座（19）之上，将永久支座（19）与梁体（17）和墩台（18）上下固定连接，使转体球铰的上球铰（4）和下球铰（1）之间脱离换触。

2.如权利要求1所述的一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，其特征在于：所述的滑块（7）的底面与下球铰（1）的顶面之间设置有转动摩擦副。

3.如权利要求1所述的一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，其特征在于：所述的滑块（7）的下方设有用于支撑滑块（7）的支承板（12），支承板（12）固定在上球铰（4）上，在支承板（12）和滑块（7）的底面之间设有平面转动摩擦副。

4.如权利要求1所述的一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，其特征在于：在横向方向的滑块（7）两侧与上球铰（4）的内方孔之间的移动间隙小于纵向方向的滑块（7）两侧与上球铰（4）的内方孔之间的移动间隙。

5.如权利要求1所述的一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，其特征在于：所述的滑块（7）的四个平面与上球铰（4）的内方孔的对应面之间设有导向滑动摩擦副。

6.如权利要求1所述的一种具有防落梁功能的墩顶转体球铰，其特征在于：所述的上球铰（4）和下球铰（1）的外圆柱面之间设有将整个外圆进行包裹的防尘装置（14）。

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