淺談防落梁系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及其應用

班志鵬

摘 要：地震后橋梁震害問題一直是橋梁工程實踐中所必需解決的關鍵科學問題，其中順橋向落梁形式是地震后橋梁破壞的最主要形式。本文針對國內外防落梁系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、連梁裝置分類及應用進行剖析，從而得出：由于地震荷載作用的不確定性，即使提供了足夠的梁擱置長度，也可能由于其他結構構件功能的喪失而導致落梁情況，對于由這些不可預見的因素造成的落梁震害，橋梁必須安裝連梁裝置；拉索式連梁裝置具有適用性好、耐久性強、柔性好等優(yōu)點，現(xiàn)已成為國內首選的橋梁防落裝置；吸能型連梁裝置是一種新的研究方向。

關鍵詞：橋梁抗震；防落梁系統(tǒng)；連梁裝置

中圖分類號：U 443 文獻識別碼：A

1引 言

1976年唐山大地震到2010年玉樹大地震期間，幾乎每一次發(fā)生強震時都出現(xiàn)過落梁現(xiàn)象，這與我國早期橋梁建設水平和橋梁選型有關。我國早期建設的橋梁以簡支橋梁為主，而簡支橋梁抗震能力較弱，在超出設計范圍時極易出現(xiàn)落梁，尤其對于高墩多跨簡支橋梁其落梁現(xiàn)象更為嚴重。國內學者[1]對災后橋梁落梁形式進行統(tǒng)計分析，其中以順橋向為主要破壞形式，橫橋向落梁形式亦存在。例如，唐山大地震時灤河大橋的梁體錯位達到了50cm，大大超出了橋梁的擱置長度，從而發(fā)生落梁現(xiàn)象，從而導致交通癱瘓，給抗震救災增加難題。因此，防落梁系統(tǒng)研究已逐步成為橋梁抗震研究領域的熱點。

2研究現(xiàn)狀

自從加利福尼亞1971年發(fā)生地震時造成許多橋梁出現(xiàn)落梁震害，美國開始研究限位裝置以抵抗橋梁相對位移，其中AASHTO規(guī)范對防落梁系統(tǒng)做了明確闡述并將其分為兩類，即墩梁搭接長度和限位裝置[1]。近年來，美國開始研究研究耗能型的限位裝置，如形狀合金（SMA）限位裝置。然而，美國對防落梁系統(tǒng)的研究主要側重于限位裝置的設計，而未對限位裝置和連梁裝置做明確的劃分。日本學者[2]于1972年和2002年分布頒布了《道路橋耐震設計指針·同解説》和《道路橋示方書·同解説V·耐震設計篇》，其中將防落梁系統(tǒng)進行了分類，即梁擱置長度、限位裝置、連梁裝置和段差防止構造，同時強調橋梁系統(tǒng)整體的抗震性。

我國對防落梁的研究還處于起步階段，雖然已經有了工程應用，但也只是將其作為一種抗震構造措施，并沒有形成一套完整的設計體系。其中長安大學劉健新教授[3-4]給出了限位裝置和連梁裝置簡便設計方法以及研制出了耗能型連梁裝置，并將連梁裝置用于實橋當中，如西安新機場高速公路特長連續(xù)橋梁。柳州OVM公司借鑒日本的連梁裝置[5]，研制出了我國DJ型拉索式連梁裝置，并且在宿新高速公路與四川映秀大橋中得到了應用。至此可知，我國對防落梁系統(tǒng)中的連梁裝置進行了充分研究及應用，能夠承擔起大地震造成的支座失效，而防止落梁的最終安全措施。

3連梁裝置分類及應用

3.1基本型連梁裝置

（1）板式連梁裝置（圖1.1）主要通過螺栓將連接板與分別安裝在梁體和橋墩（梁體）的構件相連，同時螺栓與構件在順橋向預留一定的設計間隙，保證在預期地震下支座最大限度發(fā)揮作用。

（2）桿式連梁裝置（圖1.2）是較早采用的一種加固措施，中間連接桿主要采用的是大直徑鋼筋，所以一般也稱為鋼棒式連梁裝置，其一般采用梁梁連接式并且主要用于縱向防落。

（3）拉索式連梁裝置（圖1.3）是一種新型的防落梁裝置，其主體連接件采用鋼絞線組成的索體，柔性好，避免強震下發(fā)生彎折而提前破壞；耐久性強，索體采用多層隔離防腐構造，同時在兩個錨固端分別安裝保護罩進行防護；可根據彈簧的變形推測地震引起的結構相對位移。施工方便，拉索式連梁裝置主要采用墩（臺）梁連接和梁梁連接兩種連接形式，在梁底或梁側設置并且要求盡量按橋軸線對稱設置。

3.2吸能型連梁裝置

（1）鉛高阻尼橡膠連梁裝置（圖1.4）是長安大學劉健新教授研制的新型耗能連梁裝置，其主要組成部分包括高阻尼橡膠、薄鋼板、約束鋼板和鉛銷，根據要求該種連梁裝置還可以發(fā)揮限位裝置的作用。

（2）液體粘滯阻尼連梁裝置（圖1.5）是由美國Taylor公司生產的，其組成主要包括缸體、帶阻尼孔活塞、粘滯體（可壓縮硅油）及連接件組成。

（3）一種利用控制管變形吸收能量的連梁裝置，構造如圖1.6。其工作原理是正常工作時的溫度變形和小震能量由彈簧來吸收，當大震發(fā)生時，首先支撐板和楔形擋塊之間的彈簧先發(fā)生壓縮變形，彈簧壓并后，支撐盤開始壓迫楔形擋塊開始在控制管內運動，控制管管壁會產生變形并消耗能量，從而減弱地震荷載對于橋梁主體結構的作用，通過調節(jié)管長、管徑等參數(shù)可以實現(xiàn)耗能的不同層級，從而將連梁裝置與橋梁系統(tǒng)整體的抗震性聯(lián)系起來，以實現(xiàn)整體設計概念，而不是單一的抗震構造措施。相對于其他兩種吸能型連梁裝置，其成本低而且吸能性能好，也便于安裝，是目前國內應用的一種新的研究方向。

4結論

由于地震荷載作用的不確定性，即使提供了足夠的梁擱置長度，也可能由于其他結構構件功能的喪失而導致落梁情況，對于由這些不可預見的因素造成的落梁震害，橋梁必須安裝連梁裝置，而鑒于拉索式連梁裝置具有柔性好、耐久性強、適用性好等優(yōu)點，目前國內工程已廣泛采用其作為橋梁防落裝置。

參考文獻

[1] American Association of State Highway and Transportation Officials，Standard specifications for highways bridges，Division I-A Seismic design [S] . Sixteenth edition. 1996.

[2] 梶田幸秀，丸山忠明等.大地震時における隣接する高架橋の桁問沖突對策に関する考察[R].土木學會第53回年次學術講演會，平成l0年l0月.

[3] 張煜敏，劉健新.公路橋梁拉索式連梁裝置設計參數(shù)化研究[J].振動與沖擊，2011，30（3）：195-198.

[4] 劉健新，趙國輝等. 西安市新機場高速公路橋梁抗震分析報告[R].西安長安大學公路學院，2006.

[5] 朱萬旭，歐進萍，黃穎等.一種新型的鋼絞線拉索式落梁防止裝置[J].預應力技術，2008，（05）：3-7.

作者簡介：（1989—），男，。研究方向：巖土工程，E-mail：231213478@qq.com