橋梁設計中抗震擋塊的工作原理及應用

胡玲

【摘 要】文章對橋梁抗震設計中擋塊出現病害的原理進行了總結，分析了抗震擋塊的工作原理，并對常見的抗震擋塊類型的應用進行了分析，從而更好的提高橋梁抗震的質量。

【關鍵詞】橋梁設計；抗震擋塊；工作原理

1 抗震擋塊的工作原理

在我國，中小跨徑連續梁橋大多采用板式橡膠支座，對于這類橋梁，在地震作用下支座會發生較大位移，為了防止橫向落梁的發生，通常在墩臺和蓋梁兩端設置抗震擋塊。擋塊雖然能減小落梁發生的概率，但如果設置不當，其與主梁之間的碰撞不但會造成主梁自身損傷，還會大大增加下部結構的內力。近幾年，震災頻發，隨著人口密度的增加，震災給我們帶來的不利后果越發嚴重。體現在橋梁方面，尤其是橋梁在地震中發生落梁、移位、連續橋面損壞的后果非常嚴重。然而，不同的橋型，不同的橋址綜合橋梁自身服役年限等諸多非線性的因素考慮，在同一次地震中不同橋梁受到的影響都不一樣。其中一個重要的原因就是擋塊出現了病害，導致抗震能力降低。

2 混凝土擋塊的設計原則

國內外震害和研究表明，如混凝土擋塊設計得非常強，地震作用下橋墩可能受到較大地震力，如混凝土擋塊設計得非常弱，又起不到防落梁的效果，因此合理確定混凝土擋塊的設計強度是混凝土擋塊設計的關鍵。

借用美國Caltrans 抗震規范的相關要求，建議橫向擋塊的設計荷載按式（1）取值：

上式中，Fsk為剪力鍵的設計力；Vpile為樁的橫橋向剪切能力；P為橋墩所承受的恒載豎向反力。

3 混凝土擋塊的設計強度

對于鋼筋混凝土擋塊的強度，國內沒有相應的規范條文予以說明，國外對于剪力鍵的不同破壞模式給出了相應強度估算方法和公式，其分析模型主要包括滑動剪切摩擦模型、拉壓桿模型、抗彎承載模型。

其中滑動剪切摩擦模型最早被美國的ACI318所采用，用以估算混凝土構件開裂面處所能傳遞的最大剪切力。后來的許多學者采用這個模型對混凝土構件的剪切強度進行了大量試驗和理論研究，并提出了各自的修正模型，其中美國Caltrans 規范采用如下公式來估算鋼筋混凝土剪力鍵的抗剪強度：Vn=u（Avf fy）？燮0.2fcAc

其中，u為摩擦系數，整體澆注的混凝土構件取u=1.4λ，預留粗糙干施工縫的混凝土構件取u=1.0λ，預留光滑干施工縫的混凝土構件取u=0.6λ，系數λ 對于普通混凝土取1.0；Avf和fy分別表示穿過剪切面的鋼筋面積和屈服強度； f'c和Ac分別表示混凝土抗壓強度和剪切面積。

而Mattock等針對ACI318-71 中的剪切摩擦公式進行了試驗研究，認為其計算結果偏于保守，他引入粘聚力項對剪切摩擦模型進行修正。在他的修正模型中，剪切開裂面所傳遞的剪切力包括兩部分：一是裂縫上下兩個活動面之間的由于鋼筋滑移產生拉力而導致的摩擦； 二是開裂面之間的不平整所引起的摩擦。根據Mattock 的模型，普通混凝土開裂面處傳遞的剪切力可表示成：

VU=2.8+0.8（？籽vfy+？滓n）

Vn=VuAc

上式中，σn表示外部作用在裂縫處且垂直于裂縫的壓應力；ρv表示配筋率，ρv=Avf/Ac，Avf表示穿過剪切面的剪切鋼筋的面積和；Ac表示剪切面的面積；fy表示剪切鋼筋的屈服強度。由上式可以看到Mattock 所提出的剪切摩擦模型主要包含了兩種摩擦力，即所謂的一般摩擦和局部摩擦，而局部摩擦正是他提出來修正的粘聚力項。

4 擋塊類型及應用

4.1 橡膠擋塊

橋梁抗震橡膠擋塊采用天然橡膠，氯丁橡膠加工制作。氯丁橡膠作為一種通用型特種橡膠，除具有一般橡膠的良好物性外，還具有耐候，耐燃，耐油，耐化學腐蝕等優異特性，因此使之在各種合成橡膠中占有特殊的地位。氯丁橡膠的用途，根據氯丁橡膠的性能特點，它主要應用在阻燃制品，耐油制品，耐天候制品，膠粘劑等領域.例如建筑防水片材，建筑密封條，公路填縫材料，橋梁支座墊片，低壓電線電纜包皮，各類密封制品，防腐襯里，膠粘劑等。

橋梁抗震橡膠擋塊參數：橋梁抗震橡膠擋塊比重，1.3.扯斷力，8.0Mpa.伸長率，350%.硬度，55°～60°。橋梁抗震橡膠擋塊的主要用途：橋梁墊板，橋梁抗震橡膠擋塊起緩沖作用，橋梁抗震橡膠擋塊尺寸由長寬高組成，根據不同工程的施工要求，寬度一般為1000mm--1200mm，橋梁抗震橡膠擋塊的厚度為5mm-500mm，橋梁抗震橡膠擋塊由于區域不同，名稱各異，主要是橋梁抗震橡膠擋塊與橋梁橡膠支座的區分：橋梁抗震橡膠擋塊是純橡膠的一個四方體，橋梁橡膠支座則是由橡膠層與鋼板層融合在一起的一個四方體，因此可有效區分。

4.2 鋼板擋塊

預埋鋼板和U字形鋼板，兩塊預埋鋼板平行設置，其上端預埋在橋梁上部的梁體底板中，下端伸出梁體底板；U字形鋼板的底板澆筑在橋墩或橋臺上，U字形鋼板的兩側板的上端通過螺栓與預埋鋼板連接，U字形鋼板的內部澆筑混凝土，U字形鋼板外側包裹有纖維材料。

4.3 鋼筋混凝土擋塊

為防止落梁震害的發生，防落梁系統廣泛應用于橋梁上，它可有效地阻止梁從蓋梁或帽梁上脫落，它由梁擱置長度、墩-梁連接裝置和梁-梁連接裝置等三部分組成。常見的墩-梁防落梁構造是采用鋼筋混凝土擋塊。鋼筋混凝土擋塊是指采用鋼筋混凝土根據橋梁的實際情況，加工而成有利于提高抗震效果的一種結構。

5 總結

橋梁的抗震安全性對確保震后交通網絡的暢通具有重要意義。對于常見的橋梁抗震擋板，應該采取根據實際情況，采取不同的擋板形式，選擇不同的尺寸，確保設置的科學和合理，避免各種病害的出現，從而有效提高橋梁結構的抗震能力。

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[責任編輯：田吉捷]endprint