CN112502028A - 墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置 - Google Patents

Abstract

一种墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置，墩顶预埋件包括预埋板，预埋板上设有传力筒，传力筒内腔设有第一偏心块，其上设有通孔，通孔轴心线与传力筒轴心线为偏心；偏心传力件包括传力杯体及加载环，传力杯体底面设有用于与第一偏心块上的通孔插接的第二偏心块，加载环插置于传力杯体的内腔；悬臂式防落梁限位装置包括梁底预埋套筒组件、墩顶预埋件、连接于墩顶预埋件上的偏心传力件及弹性安装于梁底预埋套筒组件与偏心传力件的加载环之间的限位榫，梁底预埋套筒组件埋设于梁底板混凝土内，墩顶预埋件埋设于墩顶混凝土表面。本发明结构设计简单，可顺利实现限位榫的安装，使用中可对地震起到减隔震及限位作用、还可提高防落梁能力。

Description

墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置

技术领域

本发明涉及桥梁减隔震技术领域，尤其涉及一种墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置。

背景技术

地震时梁体坠落是桥梁震害的主要形式之一，落梁会对桥梁结构造成极大的损坏，而且震后修复的难度也极大，因此，在桥梁抗震设计中，防止地震落梁是十分重要的课题。

以往的桥梁抗震设计中，是在梁体与桥墩或桥台间设置限位挡块装置，地震发生时，当支座螺栓剪断后，限位挡块会限制梁体与墩台之间产生过大的位移，起到避免梁体坠落的作用，同时，限位挡块直接把主梁的地震力传递到桥墩或桥台。

挡块式限位装置经常用作桥梁特别是铁路桥梁的防落梁装置，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）地震时挡块基本上不具备减隔震功能，而且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。

近年来，在铁路桥梁中推广使用的榫形防落梁装置是一种具备减隔震功能的新型防落梁装置。在梁体与墩台之间设置限位钢榫，地震发生时，通过限位钢榫的塑性变形起到延长结构周期和减震耗能的效果，同时，限位钢榫起到控制梁体不产生过大的震后位移，防止落梁的作用。是桥梁抗震设计重大的技术进步。

榫形防落梁装置结构形式为：在梁底和墩顶分别预埋传力钢筒，限位钢榫的两端分别插入两钢筒内，实现钢榫的传力和变形。

由于梁底预埋钢筒是当梁体预制时在梁场预埋，而墩顶预埋钢筒则是在桥墩台现场施工时预埋。异地施工的现状，造成上下钢筒的位置很难对齐，从而造成限位钢榫安装的困难，尽管榫形防落梁装置设计了偏心法兰装置，但由于其偏心调整量较小，仍然难以满足限位钢榫安装的需要。因此，目前实际工程建设中大多采用在架梁后再进行现场对位埋设墩顶预埋钢筒的施工方法，不但增加了施工工序和施工难度，也增加了施工成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置，其结构设计简单，可顺利实现限位榫的安装，使用中可对地震起到减隔震及限位作用、还可提高防落梁能力。

为了实现上述目的，本发明提供一种墩顶预埋件，其中包括预埋板，所述预埋板上设有传力筒，所述传力筒的内腔设有第一偏心块，所述第一偏心块上设有通孔，所述通孔的轴心线与所述传力筒的轴心线为偏心设置。

优选地，所述通孔为多棱柱孔。

优选地，所述预埋板的下面设有多个用于埋设于墩顶混凝土中的连接筋。

一种偏心传力件，其中包括传力杯体及加载环，所述传力杯体的杯底面设有用于与所述的墩顶预埋件的第一偏心块上的通孔插接的第二偏心块，所述加载环插置于所述传力杯体的内腔。

优选地，所述第二偏心块为多棱柱体，所述第二偏心块的外侧面形状与所述通孔的至少部分内侧面形状相匹配。

一种悬臂式防落梁限位装置，其中包括梁底预埋套筒组件、所述的墩顶预埋件、连接于所述墩顶预埋件上的所述的偏心传力件及弹性安装于所述梁底预埋套筒组件与所述偏心传力件的加载环之间的可塑性变形的限位榫，所述梁底预埋套筒组件埋设于梁底板混凝土内，所述墩顶预埋件埋设于墩顶混凝土表面。

优选地，所述限位榫为沿轴线方向呈变截面的榫体结构。

优选地，所述限位榫为上、下部位细、中间部位粗的梭形结构，所述限位榫的横截面为圆形，其上、下端直径为中部直径的0.6～0.65倍。

优选地，所述限位榫采用碳素钢LY345Q制成。

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，所述下套筒的内腔上端安装有限位盖，所述限位榫的上端插入所述限位盖的内腔且抵在所述限位盖的内腔上端，所述内腔与所述限位榫之间形成用于释放温度力水平位移的第一间隙。

优选地，所述下套筒的内腔下端安装有承压环，所述限位榫穿置于所述承压环上，所述承压环支撑着所述限位榫。

优选地，所述下套筒的外表面下端设置有加筋环，所述加筋环通过螺栓与其下面的压板连接，所述承压环设置于所述压板上。

优选地，所述下套筒的外表面下部沿周向设置有多个加筋肋。

优选地，所述限位榫的下端与所述加载环的之间形成用于释放温度力水平位移的第二间隙。

采用上述方案后，本发明墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置具有以下有益效果：

（1）本发明的墩顶预埋件及偏心传力件的结构设计简单巧妙，通过可旋转的偏心传力件上的第二偏心块与墩顶预埋件的第一偏心块上的通孔之间的插入角度配合，可实现调整梁底预埋套筒组件与墩顶预埋件之间的偏心距离，可以在偏距不大于80mm时，仍可顺利实现限位榫安装就位的目的；

（2）本发明悬臂式防落梁限位装置设计构造简单，受力明确、施工安装简便、易于更换且具有良好的减隔震效果，通过将限位榫设置为可塑性变形的结构，可承担梁体传来的车辆制动力，制动力消除后限位榫弹性变形可恢复至制动力作用前的工作状态；限位榫可以循环工作，避免了该装置可能出现与支承垫石相碰撞的情况，提高了防落梁能力，而当地震发生时，该装置进入塑性工作段，通过限位榫的塑性耗能，可延长结构周期，达到减小地震力和防止落梁的目的，通过将限位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；

（3）本发明通过将限位榫的上端与限位盖的内腔之间形成第一间隙、将限位榫的下端与加载环的之间形成第二间隙，这样就使限位榫的上、下端有释放温度力的空间，在正常使用状态下，该装置处于弹性工作状态，能自由且有效的释放温度力；

（4）本发明通过对限位榫的长度、直径设计，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为本发明悬臂式防落梁限位装置的实施例结构示意图；

图2为本发明的梁底预埋套筒组件结构示意图；

图3为本发明的墩顶预埋件的主视结构示意图；

图4为本发明的墩顶预埋件的俯视结构示意图；

图5为本发明的偏心传力件的主视结构示意图；

图6为本发明的偏心传力件的仰视结构示意图；

图7为本发明的限位榫的结构示意图。

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墩顶预埋件、偏心传力件及悬臂式防落梁限位装置及其安装方法。

如图1所示本发明悬臂式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1、墩顶预埋件2、连接于墩顶预埋件2上的偏心传力件3及弹性安装于梁底预埋套筒组件与偏心传力件3之间的可塑性变形的限位榫4，梁底预埋套筒组件1埋设于梁底板的混凝土内，墩顶预埋件2埋设于墩顶混凝土表面。限位榫4的上端插入梁底预埋套筒组件1内实现嵌固，限位榫4的下端通过偏心传力件3与墩顶预埋件2实现连接。

参考图2所示，梁底预埋套筒组件1包括上套筒5和下套筒6，上套筒5套接于下套筒6的上端，上套筒5上端与箱梁底板的顶面齐平。下套筒6的内腔上端安装有限位盖7，限位榫4的上端插入限位盖7的内腔8，限位榫4的上端抵在内腔8的上端，该内腔8采用圆柱腔。参考图7所示，限位榫4为沿轴线方向呈变截面的榫体结构，其为上、下部位细、中间部位粗的梭形，限位榫4的截面采用线性变化规律，限位榫4优选横截面为圆形，限位榫4的两端直径是其中部直径的0.6～0.65倍，优选0.63倍，以取得最佳的塑性变形效果。限位榫4采用塑性和韧性较好的抗震用优质碳素钢LY345Q制成。内腔8与限位榫4的上端之间形成用于释放温度力水平位移的第一间隙，即内腔8的直径大于限位榫4上端部位的横截面直径，形成限位榫4的变形间隙，使限位榫4的上端在内腔8内具有释放温度力水平移动的空间。下套筒6的内腔下端安装有承压环9，限位榫4的中部穿置于承压环9上，承压环9起着支撑限位榫4的作用。在下套筒6的外表面下端设置有加筋环10，加筋环10通过螺栓11与位于其下面的压板12连接固定，承压环9设置于压板12的上面。下套筒6的外表面下部沿周向设置有多个加筋肋13。

上述上套筒5、下套筒6、加筋环10及加筋肋13均由普通碳素结构钢Q235或低合金钢Q345制成。

承压环9和限位盖7根据承受的应力，由强度和硬度高于限位榫4的材料制成，本实施例采用强度等级较高的45号钢或40Cr钢制成。

参考图3和图4所示，墩顶预埋件2包括预埋板14，本实施例预埋板14采用矩形，预埋板14的上表面设有传力筒15，本实施例传力筒15通过焊接方式固定于预埋板14的底面，传力筒15的内腔安装有第一偏心块16，该第一偏心块16与传力筒15的内腔形状相匹配，其插接于传力筒15的内腔，第一偏心块16上设有通孔17，该通孔17为多棱柱孔，本实施例通孔17采用12边形的通孔。该通孔17为偏心孔，其轴心线与传力筒15的轴心线为偏心设置。预埋板14的下面设有多个用于埋设固定于墩顶混凝土中的连接筋18，其可满足传递水平力和弯矩的需要。

墩顶预埋件2在桥墩施工时埋设于墩顶混凝土表面，预埋板14与墩顶面保持齐平，通过多个连接筋18将墩顶预埋件2锚固在混凝土中，实现防落梁装置的传力。

在第一偏心块16的通孔17内插接有偏心传力件3，参考图5和图6所示，偏心传力件3包括传力杯体19及加载环20，传力杯体19的杯底面设有用于与第一偏心块16的通孔17插接在一起的第二偏心块21，第二偏心块21为多棱柱体，第二偏心块21的外侧面形状与通孔17的至少部分内侧面形状相对应，本实施第二偏心块21采用六棱柱体，第二偏心块21与第一偏心块16的12边形通孔17相匹配，可以实现级差30°的旋转，即第二偏心块21可以按30°的级差插入通孔17内，再配合第一偏心块16的旋转，以实现不同的偏心要求。

加载环20插置于传力杯体19的内腔中。限位榫4的下端伸入加载环20的22中，该22采用圆孔，限位榫4的下端与加载环20的22之间形成用于释放温度力水平位移的第二间隙，即22的直径大于限位榫4下端部位的横截面直径，形成限位榫4的变形间隙，使限位榫4的下端在22内具有释放温度力水平移动的空间，并使限位榫4的下端形成悬臂结构。

上述将偏心传力件3设置于限位榫4与墩顶预埋件2之间，可以保证梁底预埋套筒组件1与墩顶预埋件2相对位置位差不超过80mm时，限位榫4仍能够顺利地安装就位。

上述预埋板14、传力杯体19由普通碳素结构钢Q235或低合金钢Q345制成。加载环20、第一偏心块16和第二偏心块21根据承受的应力，由强度和硬度高于限位榫4的材料制成，本实施例采用强度等级较高的45号钢或40Cr钢制成。

参考图1所示，本发明的梁底预埋套筒组件1在梁体预制时埋设在梁端底板混凝土23中，墩顶预埋件2在桥墩台施工时埋设与墩顶混凝土24的表面。在架梁就位后，将限位榫4吊起穿过下套筒6的限位盖7的内腔8中，调整偏心传力件3的第二偏心块22与墩顶预埋件2的第一偏心块16上的12边形通孔17之间的插入角度，使限位榫4下端插入偏心传力件3的加载环20的22中。

上述安装完成后，用发泡聚氨酯填充梁底预埋套筒组件1的上套筒5，表面用砂浆抹平即可。

在正常使用状态（桥梁运营阶段时）下，限位榫4通过其与梁底预埋套筒组件1之间的第一间隙、与偏心传力件3之间的第二间隙，可以自由地释放温度力；当高烈度地震发生时，限位榫4进入塑形耗能工作状态，实现消耗地震能量、延长结构周期，达到减小地震力的目的。同时，限位榫4具有限制桥梁位移，防止地震时落梁事故发生的功能。本发明具有概念清晰，原理明确，制作简单，安装更换方便等突出的优点。

本发明的墩顶预埋件2及偏心传力件3的结构设计简单巧妙，通过可旋转的偏心传力件3上的第二偏心块22与墩顶预埋件2的第一偏心块16上的通孔17之间的插入角度配合，可实现调整梁底预埋套筒组件1与墩顶预埋件2之间的偏心距离，可以在偏距不大于80mm时，仍可顺利实现限位榫4安装就位的目的。

本发明悬臂式防落梁限位装置设计构造简单，受力明确、施工安装简便、易于更换且具有良好的减隔震效果。通过将限位榫4设置为可塑性变形的结构，可承担梁体传来的车辆制动力，制动力消除后限位榫4弹性变形可恢复至制动力作用前的工作状态；限位榫4可以循环工作，避免了该装置可能出现与支承垫石相碰撞的情况，提高了防落梁能力，而当地震发生时，该装置进入塑性工作段，通过限位榫4的塑性耗能可延长结构周期，达到减小地震力和防止落梁的目的，通过将限位榫4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。

本发明通过将限位榫4的上端与限位盖7的内腔8之间形成第一间隙、将限位榫4的下端与加载环20的22之间形成第二间隙，这样就使限位榫4的上、下端有释放温度力的空间，在正常使用状态下，使该装置处于弹性工作状态，能自由且有效的释放温度力。

本发明通过对限位榫4的长度、直径设计，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。

Claims (14)

1.一种墩顶预埋件，其特征在于，包括预埋板，所述预埋板上设有传力筒，所述传力筒的内腔设有第一偏心块，所述第一偏心块上设有通孔，所述通孔的轴心线与所述传力筒的轴心线为偏心设置。

2.根据权利要求1所述的墩顶预埋件，其特征在于，所述通孔为多棱柱孔。

3.根据权利要求1所述的墩顶预埋件，其特征在于，所述预埋板的下面设有多个用于埋设于墩顶混凝土中的连接筋。

4.一种偏心传力件，其特征在于，包括传力杯体及加载环，所述传力杯体的杯底面设有用于与权利要求1-3任一项所述的墩顶预埋件的第一偏心块上的通孔插接的第二偏心块，所述加载环插置于所述传力杯体的内腔。

5.根据权利要求4所述的偏心传力件，其特征在于，所述第二偏心块为多棱柱体，所述第二偏心块的外侧面形状与所述通孔的至少部分内侧面形状相匹配。

6.一种悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，包括梁底预埋套筒组件、权利要求1-3任一项所述的墩顶预埋件、连接于所述墩顶预埋件上的权利要求4或5所述的偏心传力件及弹性安装于所述梁底预埋套筒组件与所述偏心传力件的加载环之间的可塑性变形的限位榫，所述梁底预埋套筒组件埋设于梁底板混凝土内，所述墩顶预埋件埋设于墩顶混凝土表面。

7.根据权利要求6所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述限位榫为沿轴线方向呈变截面的榫体结构。

8.根据权利要求7所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述限位榫为上、下部位细、中间部位粗的梭形结构，所述限位榫的横截面为圆形，其上、下端直径为中部直径的0.6～0.65倍。

9.根据权利要求6-8任一项所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述限位榫采用碳素钢LY345Q制成。

10.根据权利要求6所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，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，所述下套筒的内腔上端安装有限位盖，所述限位榫的上端插入所述限位盖的内腔且抵在所述限位盖的内腔上端，所述内腔与所述限位榫之间形成用于释放温度力水平位移的第一间隙。

11.根据权利要求10所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述下套筒的内腔下端安装有承压环，所述限位榫穿置于所述承压环上，所述承压环支撑着所述限位榫。

12.根据权利要求11所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述下套筒的外表面下端设置有加筋环，所述加筋环通过螺栓与其下面的压板连接，所述承压环设置于所述压板上。

13.根据权利要求12所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述下套筒的外表面下部沿周向设置有多个加筋肋。

14.根据权利要求6所述的悬臂式防落梁限位装置，其特征在于，所述限位榫的下端与所述加载环的之间形成用于释放温度力水平位移的第二间隙。

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