摘要：弹塑性防落梁装置及减震榫是一种新型的铁路桥梁防落梁设施，不仅具有防止落梁的作用，也是一种减震装置。在桥梁正常工作阶段能自由释放温度力，在地震时具有防止落梁的功能。本文通过防落梁钢榫在鲁南高铁的成功应用，介绍了防落梁钢榫的工作原理、安装工艺流程及安装质量控制要点。
关键词：防落梁装置；减震榫；安装；质量控制
1.工程概况
鲁南高速铁路站前4标沂河特大桥位于山东省临沂市，东起临沂市马家邻村，西止于西安静村，施工起止里程DK74+188~D1K94+548.016，全长23.046.1km。特大桥于D1K89+798.048～D1K90+904.348跨越沂河。鲁南高铁为双线电气化铁路，最小曲线半径8000m，线间距5m，最大行车速度350km/h。桥梁基础设计为钻孔灌注桩，桩径1.25m，桩长39~43.5m，桩顶接承台，墩柱为圆端形实体墩，墩高14~23.5m，粱部为32m、24m标准双线简支箱梁，线路跨越河流、道路时设置连续梁，粱部采用弹塑性防落梁装置及减震榫。
2.防落梁设置及安装
弹塑性防落梁限位装置适用于地震动峰值加速度≥0.2g地震区简支梁桥墩及连续梁边墩，减震榫适用于地震动峰值加速度≥0.2g地震区连续梁桥主墩。
2.1防落梁设置
简支箱梁及连续梁边墩采用弹塑性防落梁装置，防落梁装置设置于梁底两支座间。Ag=0.2g，Ts=0.4~0.45s地震区简支梁桥，每孔简支梁设置4个防落梁装置。每个连续梁边墩设置2个防落梁装置。Ag=0.3g，Ts=0.4s地震区简支梁桥，每孔简支梁设置8个防落梁装置。
连续梁主墩采用分离式减震榫，防落梁装置设置于梁底两支座间。根据不同跨度，连续梁采用相应数量的减震榫。（32+48+32）m连续梁主墩设置12个分离式减震榫；（40+56+40）m连续梁主墩设置16个分离式减震榫；（40+64+40）m连续梁主墩设置12个分离式减震榫；（48+80+48）m连续梁主墩设置16个分离式减震榫；（50+88+50）m连续梁主墩设置18个分离式减震榫。
2.2防落梁安装
本标段共有简支箱梁275片，连续梁5跨。防落梁装置在箱梁架设及浇筑时已安装。其中，简支箱梁、连续梁边墩及连续梁主墩固定墩防落梁装置在箱梁架设完成固定；连续梁非主墩减震榫在箱梁在合龙完成6个月后，对传力筒连接螺栓进行最后紧固，完成减震榫安装。
分离式减震榫 分离式减震榫
3.防落梁构造及工作原理
3.1构造
弹塑性防落梁限位装置安装在桥梁梁底，两个支座之间，位于支座内侧。限位钢榫两端分别放置在梁底及墩顶预埋套筒内。主要构件包含梁体预埋件、墩顶预埋件、承压环、限位环、钢榫组成。
弹塑性防落梁装置示意分离式减震榫位于梁底两支座之间，主要由梁底预埋件、墩顶预埋件、钢榫、传力筒组成。钢榫由相互倒置的两个小钢榫组成，分别锚固在梁底及墩顶，由传力筒连接成整体。
分离式减震榫示意
3.2工作原理
钢榫变形由三部分组成：间隙变形、弹性变形、塑性变形。弹塑性防落梁限位装置设计有间隙位移，此位移可以释放梁体的温度收缩。在正常使用状态下，梁体传来的竖向反力及梁端的转角扔由支座实现，这时防落梁装置不参与工作。地震时，梁体与墩身产生水平位移，钢榫两端分别与梁体、墩顶接触，开始受力钢榫产生弹性变形，继而发生塑性变形，实现有缓冲效应的限位作用。钢榫发生弹性变形即开始限制位移，减缓限位引起的冲击作用，发生塑性变形时，产生一定的阻尼耗能能力。梁体地震力通过防落梁钢榫传至桥墩，在延性变形作用下，达到降低地震力，防止落梁的目的。
限位钢榫上下端分别嵌固于梁底预埋钢筒和墩顶预埋钢筒之中，钢榫对梁部结构进行纵横向限位，限位钢榫设计位移为±100mm，对应的阻尼力为400KN，黏滞阻尼比为0.25，钢榫的极限位移±160mm。
4.安装工艺流程
4.1弹塑性防落梁装置安装工艺流程
4.1.1 预埋上预埋筒。预制箱梁时，将梁体预埋钢筒预埋在箱梁底板相应位置，预埋钢筒底面与梁底齐平。
4.1.2 墩顶预留孔洞。桥梁顶帽施工时，在桥墩顶帽相应位置预留孔洞，孔洞直径不小于400mm，孔深大于350mm。
4.1.3 组装整套弹塑性防落梁装置。依次安装承压环、限位钢榫和上端钢筒的限位环，将橡胶密封圈先套在钢榫上相应位置暂不固定，利用定位拉杆将整套装置进行临时连接。
4.1.4 吊装箱梁，预装置放入墩顶预留孔内。
4.1.5 箱梁架设就位，准确调整墩顶预埋钢筒位置，采用无收缩砂浆将墩顶预留孔填筑密实，实现预埋墩顶预埋钢筒锚固。
4.1.6 拆除定位拉杆。
4.1.7 安装橡胶密封圈，用喉箍将橡胶密封圈固定到承压环和限位钢榫上，并确保橡胶密封圈的密封质量，以免杂物落入预埋套筒内影响装置正常工作。
4.1.8 最后用发泡聚氨酯填充箱梁底板的接长钢筒。
4.2减震榫安装工艺流程
4.2.1 预埋下钢板。墩身钢筋绑扎后，将减震榫的下预埋钢板预埋在墩身中，与墩身钢筋焊接牢固，预埋板水平偏差不大于2㎜。
4.2.2 预埋板预埋后，浇筑墩身混凝土。
4.2.3 安装减震榫。混凝土强度达到设计值后，将减震榫安装在下预埋钢板上，拧紧减震榫与下预埋钢板连接螺栓。
4.2.4 安装上预埋钢板。安装过程中需保证上预埋钢板与下预埋钢板之间的距离，减震榫与上预埋钢板连接螺栓拧紧。
4.2.5 上预埋钢板安装好后，进行梁体支模，上预埋钢板与梁体钢筋网固定。
4.2.6 非固定墩钢榫安装，需进行预偏。预偏时先将临时连接拉杆拆除，将传力筒连接螺栓松开，将预埋板按预偏量定位。
4.2.7 固定墩的梁体模板支立完成，上预埋板固定后，拆除临时连接拉杆，将传力筒连接螺栓松开，但不拆掉。
4.2.8 在混凝土浇筑过程中，注意及时清除掉落在减震榫上的混凝土。
4.2.9.混凝土浇筑完成后检查传力筒连接螺栓是否都处于松动状态，若有拧紧的螺栓要适当松动。
4.2.10 梁体张拉，松动传力筒连接螺栓。
4.2.11 连续梁合龙完成体系转换6个月后，粱部混凝土收缩徐变基本完成后，选择环境温度15℃左右时，拧紧传力筒连接螺栓，完成最后安装。
5.防落梁钢榫安装质量控制要点
5.1 施工前编制作业指导书，对所以人员进行技术交底。
5.2 墩顶减震榫预埋钢板安装时，要严格控制水平，偏差不大于2㎜，以免引起连接困难。
5.3 减震榫安装前，对预埋钢板的螺栓孔进行检查，逐个确认是否有砼块或杂物堵塞，有杂物要及时清除，并在螺栓孔内涂抹黄油，以方便螺栓的安装。
5.4 减震榫安装时，为便于安装，防止施工中发生位移，采用角钢临时支撑架固定减震榫。
5.5 按照技术交底及工艺流程安装防落梁构件，上足垫片拧紧螺母。
5.6 减震榫安装后，张拉前要检查非固定墩传力筒连接螺栓是否已松动，如有拧紧的螺栓要适当拧松，防止在张拉中发生破坏。
5.7 梁底预埋钢筒、墩顶预留孔洞位置应准确，钢筒中心线与底板垂直，定位偏差不得大于5mm。箱梁位于曲线上时，应根据曲线外侧梁缝加宽值，对应调整预留孔洞的平面位置。
5.8 预埋套筒处混凝土加强振捣及养护，保证混凝土质量。在浇筑、振捣过程中，振捣棒不得直接接触预埋钢板，防止预埋板发生偏移。
5.9 连续梁施工时，合理安排施工计划，确定合龙时间，并准确计算、设置边墩、非固定主墩预偏量。
5.10 预埋钢筒与箱梁或墩顶普通钢筋发生干扰时，适当移动钢筋位置，无法避让时将钢筋截断后与预埋钢筒肋板焊接牢固。
5.11 防落梁钢榫安装后，及时安装橡胶密封圈，防止有杂物落入墩顶预埋钢筒内。
5.12 严格控制墩顶至梁底距离。如墩顶至梁底距离出现误差，采用增加或减少垫板的方法进行调整：当实际高度为正误差Δ，且Δ＞10mm时，可在限位钢榫下端端部M16螺栓下增设垫板；当实际高度为负误差Δ，且Δ＞10mm时，可撤去法兰盘间的调整垫板。
5.13 钢构件防腐。钢榫及预埋钢构件采用渗锌或热喷涂锌铝合金+封闭层的方法进行防腐处理，安装过程中要注意保护防腐涂层，发生涂层破损要进行修复。修复时满足渗锌层厚度≥50μm，热喷涂锌铝合金涂层厚度≥150μm，封闭层厚度5-8μm。
5.14 墩顶预埋孔处做好与墩顶顺接，控制好墩顶混凝土面高程，避免在该位置形成凹坑错台，产生积水坑。
5.15 采用无收缩砂浆灌注墩顶预留孔时，准确计算砂浆用量，一次灌注到位，减少浪费，同时，做到工完料净，将墩顶洒落的砂浆等杂物，清理干净。
6.结论
弹塑性防落梁装置及减震榫施工过程中，曾经出现过较大安装偏差，如，由于连续梁合龙时间发生变化，导致非固定墩防落梁钢榫预偏量设置不准确，上下钢榫错误较大，钢榫夹板连接困难；以及部分墩顶预留孔设置偏差大，导致钢榫无法安装。在设计单位及生产厂家的指导下，采用相应措施完成了防落梁安装。通过在动态验收及试运行过程中，对梁面CPIII控制点数值监测，粱部数据稳定，梁体位置及线型未发生变化，防落梁钢榫工作正常，在鲁南高铁得到成功应用。
参考文献：
[1]鲁南高铁铁路简支梁防落梁装置设计图
[2]周友权 李承根 减震榫与榫形防落梁装置应用于高速铁路简支梁桥的简化计算方法 铁道标准设计 2019（5）：65-70
[3]景丹 减震榫简支梁桥减震性能分析 北京交通大学 硕士学位论文 2009
作者简介：
刘克有，1973年5月出生，男，汉族，山西省祁县人，工程师，大学本科，研究方向：桥梁工程。
论文作者:刘克有
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
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