CN110258319B - 一种自适应水平转角剪力卡榫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应水平转角剪力卡榫，包括下座板、腰型导向剪力卡榫、自适应转动适配装置、位于下座板上方的上座板；所述腰型导向剪力卡榫和自适应转动适配装置均设置在下座板和上座板之间；腰型导向剪力卡榫连接上座板；自适应转动适配装置设置在下座板和腰型导向剪力卡榫之间。采用本发明，可配合竖向承载支座用于需要承受很大水平载荷的桥梁或建筑，起到横向约束及导向，水平自适应转动的作用，确保梁体能够正常运营，保证梁体的安全。本发明中的自适应转动适配装置，不但结构简单，而且很好的解决了受水平力矩产生的梁体水平转动导致的过约束问题，防止梁体受横向剪切破坏。

Description

一种自适应水平转角剪力卡榫

技术领域

本发明涉及抗震技术领域，具体涉及一种自适应水平转角剪力卡榫。

背景技术

在桥梁工程中，桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件 ,它负责将桥梁上部结构的反力和变形 (位移和转角 )可靠地传递给下部结构，桥梁支座历来被认为是抗震性能比较薄弱的一个环节，支座的震害现象都比较普遍，通常桥梁的抗震主要通过固定支座来抵抗梁体上部结构的水平承载力，但存在如下不足：1．当支座水平承载力较大时，支座结构复杂，占地面积庞大，使得桥梁整体造价较高；2．当桥梁固定墩所受地震力过大，固定支座水平约束失效便导致支座发生损伤破坏，震后的修复仍然存在很多实际问题。

为了克服以上问题，当需要承受很大水平载荷时，桥梁或建筑一般采用“剪力卡榫”配合固定支座使用，为了增强桥梁的安全性，通常在桥梁和桥墩之间安装有减振装置和消弭水平力的剪力卡榫。

现有的剪力卡榫，大多主要包括上板和下板，在上板和下板相对端形成对应面，其中一对应面上设有滑块，另一对应面上设有滑槽，当梁体发生伸缩时，滑块可以在滑槽中滑动；但滑块与滑槽之间只能沿滑槽方向滑动，当上板和下板承受横向的水平剪力和水平力矩时，滑块与滑槽之间的摩擦副受水平力矩的影响，使得上板和下板之间的摩擦力很大，容易卡死，从而会限制梁体正常的位移要求。再者，由于现有的剪力卡榫只能沿单方向移动，无法适应有水平力矩的工况，而实际工况中经常会有水平力矩作用在剪力卡榫上。

另外，现在通用的剪力卡榫通常是利用固定在桥梁和桥墩之间的钢棒消弭水平力，由于钢棒一般埋设于桥梁和桥墩之间，其安装精度及间隙不容易掌握，误差较大，不适用于现代化抗震系统的结构工程，且受力面积小，受力不均匀，容易造成设计及施工上的困难，且由于长期暴露在野外环境，寿命损耗快。

现有技术中，申请号为CN201720914008.8的实用新型公开了一种剪力卡榫，包括相对设置的通过螺栓固定在下锚碇钢棒顶端的下滑动板和通过螺栓固定在上锚碇钢棒底端的上滑动板，下滑动板的上表面设有下导轨条组件，上滑动板的下表面设有上导轨条，下导轨条组件包括两根下导轨条，两根下导轨条平行排列形成滑槽，上导轨条位于滑槽内。申请号为CN201720745287.X的实用新型公开了一种桥梁剪力卡榫，包括卡榫顶板、卡榫底板以及位于二者之间的横向约束导向机构，所述横向约束导向机构包括连接在卡榫顶板底面的上约束导向机构和连接在卡榫底板顶面的下约束导向机构，上下约束导向机构配合构成横向约束导向机构；上下约束导向机构之间保留间隙，所述卡榫顶板与卡榫底板的两侧连接有用于调节间隙的大小的调节装置。

发明内容

本发明的目的是，提供一种能用于桥梁上的自适应水平转角剪力卡榫，在遇到水平载荷和水平力矩时，能有效的消除桥梁和桥墩之间的水平力，并且能保证桥梁水平转角方向不受影响，有效防止桥梁在受不均匀水平载荷和水平力矩时出现卡死状况。

本发明的技术方案是：一种自适应水平转角剪力卡榫，包括下座板、腰型导向剪力卡榫、自适应转动适配装置、位于下座板上方的上座板；所述腰型导向剪力卡榫和自适应转动适配装置均设置在下座板和上座板之间；腰型导向剪力卡榫连接上座板；自适应转动适配装置设置在下座板和腰型导向剪力卡榫之间。

腰型导向剪力卡榫为腰型结构，两侧面为卡榫凸面。

下座板包括下板体、翼缘；下板体中部一体式连接有两条向上突出的翼缘，两条翼缘平行设置且相互保持有距离，腰型导向剪力卡榫和自适应转动适配装置均设置在两条翼缘之间；自适应转动适配装置设置在腰型导向剪力卡榫和下座板的翼缘之间。

自适应转动适配装置包括支撑板、自适应转动适配块；支撑板均匀布置在腰型导向剪力卡榫下面，支撑板连接腰型导向剪力卡榫；自适应转动适配块安装在支撑板上，腰型导向剪力卡榫两侧均安装有自适应转动适配块；自适应转动适配块与翼缘内侧面相接触的面为与翼缘内侧面相配合的适配块外侧平面，自适应转动适配块与卡榫凸面相接触的面为与卡榫凸面相配合的适配块凹面。

翼缘内侧设有平面耐磨条，在自适应转动适配块的适配块外侧平面上设有平面不锈钢条，平面不锈钢条与平面耐磨条形成滑动副；卡榫凸面上安装有曲面耐磨条，自适应转动适配块的适配块凹面与卡榫凸面上的曲面耐磨条形成转动副。

所述的自适应水平转角剪力卡榫还包括剪力销；上座板包括上板体，上板体上沿中心轴线均匀设置有若干个上板销孔，腰型导向剪力卡榫上沿中心轴线均匀设置有若干个导向卡榫销孔，腰型导向剪力卡榫通过剪力销连接上座板，剪力销上部与上板销孔过盈配合连接、下部与导向卡榫销孔过盈配合连接。

腰型导向剪力卡榫表面采用镀铬处理；自适应转动适配块采用镀铬处理。

采用本发明，可配合竖向承载支座用于需要承受很大水平载荷的桥梁或建筑，起到横向约束及导向，水平自适应转动的作用，确保梁体能够正常运营，保证梁体的安全。本发明中的自适应转动适配装置，不但结构简单，而且很好的解决了受水平力矩产生的梁体水平转动导致的过约束问题，防止梁体受横向剪切破坏。本发明采用剪力销结构，在受到超过设计水平力的横向载荷时能起到过载保护作用。另外，本发明结构简单，受力均匀，能有效的延长卡榫的使用寿命。

附图说明

图1是自适应水平转角剪力卡榫的主视示意图；

图2是自适应水平转角剪力卡榫的俯视示意图；

图3是腰型导向剪力卡榫示意图；

图4是自适应转动适配块示意图；

图5是图4中I处的局部放大图；

图6是受水平力矩作用时上座板发生自适应转动示意图；

附图标记说明：

1、下座板，2、上座板，3、腰型导向剪力卡榫，4、剪力销；

11、下板体，12、翼缘，13、平面耐磨条；21、上板体，22、上板销孔；31、卡榫凸面，32、导向卡榫销孔，33，曲面耐磨条；51、支撑板，52、自适应转动适配块，53、适配块外侧平面，54、适配块凹面，55、平面不锈钢条。

具体实施方式

请参考图1至图6，一种自适应水平转角剪力卡榫，包括：下座板1、上座板2、腰型导向剪力卡榫3、剪力销4、自适应转动适配装置。

下座板1包括下板体11、翼缘12和平面耐磨条13，下座板1的下板体11可通过锚碇装置与梁墩相连，上座板2的上板体21可通过锚碇装置或焊接方式与梁片连接。长方体形翼缘12内侧设有平面耐磨条13，与自适应转动适配装置的平面不锈钢条55形成滑动副。腰型导向剪力卡榫3通过剪力销4与上板体21连接，自适应转动适配装置设置在腰型导向剪力卡榫3和下座板1的翼缘12之间，形成单向导向功能。

上座板包括上板体21，上板体上沿中心轴线均匀设置有若干个上板销孔22。

腰型导向剪力卡榫3设计为腰型结构，两侧面设计成为凸面形状的卡榫凸面31，与自适应转动适配块52形成曲面配合，腰型导向剪力卡榫上沿中心轴线均匀设置若干个导向卡榫销孔32，用于连接上座板2。卡榫凸面上安装有曲面耐磨条33。

腰型导向剪力卡榫3表面需进行镀铬处理，提高防腐性能。

剪力销4上部与上板销孔22过盈配合、下部与导向卡榫销孔32过盈配合，作用在于将腰型导向剪力卡榫3固定在上座板2上，在允许水平载荷内，剪力销4正常工作，上座板、下座板通过腰型导向剪力卡榫3进行水平限制，从而达到抵抗梁体上部结构的水平载荷，当水平载荷超过设计允许范围时，剪力销4被水平载荷剪断，腰型导向剪力卡榫3失去作用，起到过载保护作用。

自适应转动适配装置，包括支撑板51、自适应转动适配块52、平面不锈钢条55及其他辅助连接部件。

通过设置支撑板51能够支撑自适应转动适配块52。支撑板51与腰型导向剪力卡榫3螺栓连接，均匀布置在腰型导向剪力卡榫3下表面下面。在本实施例中自适应转动适配块52与翼缘12之间能够相对滑动，自适应转动适配块52与腰型导向剪力卡榫3之间也能够相对转动，通过均匀布置支撑板51，从而使自适应转动适配块52在滑动和转动时保持稳定。

自适应转动适配块52，其结构设计为长条形，与翼缘12相配合的表面设计为适配块外侧平面53，与卡榫凸面31相配合的表面设计为适配块凹面54，在适配块外侧平面53上设有平面不锈钢条55，翼缘12设有平面耐磨条13，平面不锈钢条55与平面耐磨条13形成滑动副，适配块凹面54与曲面耐磨条33形成转动副。

自适应转动适配块52采用镀铬处理，一是为了提高防腐性能，二是适配块凹面54与曲面耐磨条形成转动副时减少摩擦系数。

请参考图6，当梁体上部结构受到正常水平剪力和水平转矩时，上座板2与腰型导向剪力卡榫3通过剪力销4连接为一体，腰型导向剪力卡榫3的卡榫凸面31与自适应转动适配块52形成转动副，同时，自适应转动适配块52与翼缘12之间形成滑动副，腰型导向剪力卡榫3起到限位约束和承受水平剪力作用，将水平剪力传递到墩台；腰型导向剪力卡榫3的卡榫凸面31与自适应转动适配块52形成转动副，当梁体受到水平力矩（M）发生水平转动时，腰型导向剪力卡榫3能够实现水平方向的转角（α）需求，满足梁体水平方向自由转动，确保梁体能够正常运营，保证梁体的安全。

通过自适应转动适配块52与翼缘12之间形成滑动副，腰型导向剪力卡榫3起到限位约束和承受水平剪力作用，将水平剪力传递到墩台；当梁体受到温度等因素影响发生热胀冷缩产生位移时，腰型导向剪力卡榫3以及自适应转动适配装置可沿下座板1两侧的翼缘12进行滑移，腰型导向剪力卡榫3起到横向限位及导向作用，保证梁体的正常伸缩。

与同类现有技术相比，本发明与现有技术均可以消弭桥梁和梁墩之间的水平力。但本发明除了能消弭桥梁和梁墩之间的水平力外，还能在受水平力矩状态下能保证桥梁水平转角方向不受影响，提高桥梁的安全性。本发明创新性的设计了自适应转角装置（自适应转动适配装置），能有效防止桥梁在受不均匀水平载荷和水平力矩时造成的卡死状况。本发明设计了剪力销结构，提供过载保护功能。本发明结构设计简单，受力均匀，能有效的延长产品的使用寿命。

Claims (2)

1.一种自适应水平转角剪力卡榫，包括下座板、位于下座板上方的上座板，其特征是，还包括腰型导向剪力卡榫、自适应转动适配装置；所述腰型导向剪力卡榫和自适应转动适配装置均设置在下座板和上座板之间；腰型导向剪力卡榫连接上座板；自适应转动适配装置设置在下座板和腰型导向剪力卡榫之间；

腰型导向剪力卡榫为腰型结构，两侧面为卡榫凸面；

下座板包括下板体、翼缘；下板体中部一体式连接有两条向上突出的翼缘，两条翼缘平行设置且相互保持有距离，腰型导向剪力卡榫和自适应转动适配装置均设置在两条翼缘之间；自适应转动适配装置设置在腰型导向剪力卡榫和下座板的翼缘之间；

自适应转动适配装置包括支撑板、自适应转动适配块；支撑板均匀布置在腰型导向剪力卡榫下面，支撑板连接腰型导向剪力卡榫；自适应转动适配块安装在支撑板上，腰型导向剪力卡榫两侧均安装有自适应转动适配块；自适应转动适配块与翼缘内侧面相接触的面为与翼缘内侧面相配合的适配块外侧平面，自适应转动适配块与卡榫凸面相接触的面为与卡榫凸面相配合的适配块凹面；

翼缘内侧设有平面耐磨条，在自适应转动适配块的适配块外侧平面上设有平面不锈钢条，平面不锈钢条与平面耐磨条形成滑动副；卡榫凸面上安装有曲面耐磨条，自适应转动适配块的适配块凹面与卡榫凸面上的曲面耐磨条形成转动副；

所述的自适应水平转角剪力卡榫还包括剪力销；上座板包括上板体，上板体上沿中心轴线均匀设置有若干个上板销孔，腰型导向剪力卡榫上沿中心轴线均匀设置有若干个导向卡榫销孔，腰型导向剪力卡榫通过剪力销连接上座板，剪力销上部与上板销孔过盈配合连接、下部与导向卡榫销孔过盈配合连接。

2.根据权利要求1所述的自适应水平转角剪力卡榫，其特征是，腰型导向剪力卡榫表面采用镀铬处理；自适应转动适配块采用镀铬处理。

Images