本發明涉及橋梁減隔震技術領域，尤其涉及一種減震榫、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減震榫、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，本發明提供一種減震榫，其中該減震榫是沿軸心線方向為變截面的榫體。
優選地，該減震榫由低合金結構鋼ly345fll制成。
優選地，所述減震榫由上向下依次由上坎固段、變形段及下坎固段連接組成，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，所述變形段為上、下部粗、中部細的凹腰鼓形，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。
優選地，該減震榫的橫截面為圓形。
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減震榫，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，所述減震榫的上端抵在上限位環上，所述上限位環與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，所述減震榫的下端抵在下限位環上，所述下限位環與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，所述下套筒的下端連接有上承壓環，所述套筒的上端連接有下承壓環，所述減震榫的上、下端分別穿過上承壓環和下承壓環。
優選地，所述下承壓環與減震榫之間設置有橡膠密封圈。
優選地，所述上承壓環、下承壓環、上限位環、下限位環均由強度和硬度高于所述減震榫的材料制成。
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）安裝減震榫：將減震榫從所述上套筒上端插入，使減震榫的下端依次穿過所述上承壓環、下承壓環后接觸到所述下限位環為止；
（6）安裝上限位環：從所述上套筒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，使所述下承壓環與減震榫之間密封即可。
采用上述方案后，本發明減震榫、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）本發明設計構造簡單，通過將減震榫設置為由上坎固段、變形段及下坎固段一體連接構成，通過減震榫的彈性變形段來承擔梁體傳來的車輛制動力，并當制動力消除后減震榫彈性恢復至制動力作用前的工作狀態；
（2）當地震發生時，本發明減震榫進入塑性工作段并通過減震榫的塑性耗能減小地震力的作用；當高烈度地震發生時，彈塑性減震榫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；
（3）本發明的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；
（4）本發明通過將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；
（5）本發明通過減震榫與上限位環之間的第一間隙、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；
（6）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為本發明減震榫實施例結構示意圖；
圖2為本發明彈塑性防落梁限位裝置的實施例結構示意圖；
圖3為本發明的梁底預埋套筒組件剖視結構示意圖；
圖4為本發明的墩頂預埋套筒組件剖視結構示意圖；
圖5為本發明的上限位環剖視結構示意圖；
圖6為本發明的承壓環俯視結構示意圖；
圖7為圖6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減震榫及彈塑性防落梁限位裝置及其安裝過程。
如圖1所示本發明減震榫實施例結構示意圖，該減震榫1是沿軸心線方向為變截面的榫體。該減震榫1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%。減震榫1的低周疲勞試驗至少達到12-15次循環。本實施例中減震榫1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。該減震榫1由上向下依次包括上坎固段2、變形段3及下坎固段4，并由一根鋼棒采用數控機床整體加工而成。其中，上坎固段2為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸擴的錐形體。變形段3為上、下部粗、中部細的凹腰鼓形。下坎固段4為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體。
本實施例中通過將減震榫1的橫截面沿軸線方向設置為變截面的榫體結構，使地震發生時可變形耗能減小地震力。
本發明所涉一種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2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5、墩頂預埋套筒組件6及彈性安裝于二者之間的減震榫1，梁底預埋套筒組件5埋設于梁底板混凝土7內，墩頂預埋套筒組件6埋設于墩頂混凝土8內。
結合圖3所示，梁底預埋套筒組件5包括上套筒9和下套筒10，本實施例中上套筒9和下套筒10均為無縫鋼管，且上套筒9和下套筒10均由普通碳素結構鋼q235或低合金鋼q345制成。上套筒9套接于下套筒10的外表面上端，下套筒10的內腔上端設置有第一環形槽11，下套筒10的上端安裝有上限位環12，結合圖5所示，上限位環12由頂蓋13及連接于頂蓋13下面的圓環板14組成。上限位環12的圓環板14安裝于第一環形槽11上，下套筒10的外表面下部沿周向均勻設置有多個第一加筋肋15，優選地設置6-8個，下套筒10的內腔下端設置有第二環形槽16，下套筒10的下端通過緊固螺釘17連接有上承壓環18，上承壓環18安裝于第二環形槽16上。結合圖6和圖7所示，上承壓環18為橫截面是l形的回轉體，其中心設置有凹腰鼓形通孔19。減震榫1的上端穿過上承壓環18的通孔19。上承壓環18、上限位環12均由強度和硬度高于減震榫1的材料制成，本實施例上承壓環18、上限位環12均采用45號鋼制成。
結合圖4所示，墩頂預埋套筒組件6包括套筒20，本實施例中套筒20為無縫鋼管，進一步地，該套筒20由普通碳素結構鋼q235或低合金鋼q345制成。套筒20的內腔下端設置有第三環形槽21，套筒20的下端安裝有下限位環22，下限位環22的結構與上限位環12的結構呈上下對稱設計，此處不再贅述。下限位環22安裝于第三環形槽21上，套筒20的外表面上部沿周向均勻設置有多個第二加筋肋23，優選地設置6-8個。套筒20的內腔上端設置有第四環形槽24，套筒20的上端通過緊固螺釘17連接有下承壓環25，下承壓環25安裝于第四環形槽24上。下承壓環25的結構與上承壓環18的結構為上下基本對應設計，此處不再贅述，減震榫1的下端穿過下承壓環25的中心通孔，下承壓環25與減震榫1之間密封設置有橡膠密封圈26，其中橡膠密封圈26下端通過未圖示的緊固螺釘周向的連接于下承壓環25上，橡膠密封圈26上端固定連接于減震榫1的變形段3的下部，其中在下承壓環25上沿徑向方向設置若干未圖示的螺孔。下承壓環25、下限位環22均由強度和硬度高于減震榫1的材料制成，本實施例下承壓環25、下限位環22均采用45號鋼制成。
參考圖1所示，該減震榫1是沿軸心線方向為變截面的榫體。該減震榫1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%。減震榫1的低周疲勞試驗至少達到12-15次循環。本實施例中減震榫1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。該減震榫1由上向下依次包括上坎固段2、變形段3及下坎固段4，并由一根鋼棒采用數控機床整體加工而成。其中，上坎固段2為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸擴的錐形體。變形段3為上、下部粗、中部細的凹腰鼓形。下坎固段4為橫截面沿軸心線方向由上向下呈漸縮的倒錐形體。
減震榫1的上坎固段2置于梁底預埋鋼筒組件5內，減震榫1的上坎固段2上端抵在上限位環12上，上限位環12與減震榫1之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第一間隙d1；減震榫1的下坎固段3置于墩頂預埋鋼筒組件6內，減震榫1的下坎固段4下端抵在下限位環22上，下限位環22與減震榫1之間設置有用于釋放溫度力水平位移的第二間隙d2，上述第一間隙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的。
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20與下限位環22：在橋墩頂帽施工時，綁扎頂帽鋼筋時，將套筒20與下限位環22安裝就位，下限位環22安裝于套筒20的下端，套筒20安裝位置應準確無誤，使套筒20的上表面與墩上表面保持齊平；
（2）接著安裝上套筒9和下套筒10：在箱梁施工時，綁扎梁端底板鋼筋時，將上套筒9和下套筒10安裝就位，上套筒9套接于下套筒10的外表面上端，上套筒9和下套筒10的安裝位置應準確無誤，使下套筒10的下表面與箱梁底板下表面保持齊平；
（3）安裝套筒20上的下承壓環25：將下承壓環25置于套筒20的上端，通過多個緊固螺釘17將下承壓環25與套筒20連接在一起；
（4）安裝下套筒10上的上承壓環18：將上承壓環18置于下套筒10的下端，通過多個緊固螺釘17將上承壓環18與下套筒10連接在一起；
（5）安裝減震榫1：將減震榫1從上套筒9的內腔上端插入，使減震榫1的下端依次穿過上承壓環18、下承壓環25后接觸到下限位環22為止；
（6）安裝上限位環12：從上套筒9的內腔上端置入上限位環12，直到上限位環12接觸到已就位的減震榫1；
（7）安裝橡膠密封圈26：將橡膠密封圈26安裝于套筒20的頂部，將其箍緊、固定，使下承壓環25與減震榫1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、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。具體為：通過將減震榫1設置為由上坎固段2、變形段3及下坎固段4一體連接構成，其中上坎固段2和下坎固段4做為傳力段，用來傳遞水平地震力，變形段3則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，通過減震榫1的彈性變形段3來承擔梁體傳來的車輛制動力，并當制動力消除后減震榫1彈性恢復至制動力作用前的工作狀態；當地震發生時，本發明減震榫1進入塑性工作段并通過減震榫1的塑性耗能減小地震力的作用；當高烈度地震發生時，彈塑性減震榫1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；通過減震榫1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；通過將減震榫1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；通過減震榫1與上限位環12之間的第一間隙d1、減震榫1與下限位環22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；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。