地震作用下梁橋縱向阻擋型裝置防落梁效果研究

摘要： 為防止地震中的落梁破壞，國內外橋梁抗震規(guī)范均要求橋梁采用防落梁裝置，但對于防落梁裝置的限位和防落梁效果卻鮮有研究。本文以采用縱向阻擋型防落梁裝置的梁橋為背景，開展阻擋型防落梁裝置的限位和防落梁效果研究。介紹了縱向阻擋型防落梁裝置的工作原理。在此基礎上，針對一座五跨簡支梁橋，考慮混凝土擋塊這一典型縱向阻擋型防落梁裝置的非線性力學行為及其與下部結構的碰撞效應，研究在不同的地震動強度下?lián)鯄K的限位和防落效果，分析、比較了擋塊強度、間隙以及設置橡膠墊對于限位和防落梁效果的影響。研究表明：縱向阻擋型裝置的防落梁效果與其自身強度、初始間隙密切相關，同時也受地震動強度的影響；合理的裝置強度和初始間隙有利于減小碰撞力或碰撞次數(shù)，降低落梁風險，并將橋墩損傷控制在理想范圍內；在防落梁裝置和下部結構的碰撞接觸面設置緩沖橡膠墊可有效減小碰撞力和橋墩損傷。

關鍵詞： 橋梁工程； 縱向阻擋型； 防落梁； 碰撞

中圖分類號： U442.5+5； U443.22""" 文獻標志碼： A""" 文章編號： 1004-4523（2025）02-0321-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2025.02.011

收稿日期： 2023-02-22； 修訂日期： 2023-04-28

基金項目："國家自然科學基金重點項目（51838010）；天津市交通運輸科技發(fā)展計劃資助項目（2021-01）

Study on the effectiveness of longitudinal barrier?type unseating prevention restrainer for girder bridges during earthquakes

GAO Haoyuan1， WANG Shengbin2， XIANG Jinghui3， LI Jianzhong1， QI Xin4

（1.State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering， Tongji University， Shanghai 200092， China； 2.Anhui Transportation Holding Group Co.， Ltd.， Hefei 230088， China； 3.Tianjin Municipal Engineering Design and Research Institute Co.， Ltd.， Tianjin 300392， China； 4.Shanghai Municipal Engineering Design Institute （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

Abstract： In order to prevent unseating during earthquakes， both domestic and foreign seismic codes for bridges require the use of unseating prevention devices. However， research on the effectiveness of these devices is limited. This article focuses on a bridge using a longitudinal barrier-type unseating prevention beam device， examining the limitations and effectiveness of such devices in preventing unseating. First， the working principle of the longitudinal barrier-type unseating prevention device is introduced. On this basis， a five-span simply supported beam bridge is studied， considering the nonlinear mechanical behavior of concrete blocks as a typical longitudinal barrier-type unseating prevention device. The study analyzes and compares the effects of block device strength， clearance， and the installation of rubber pads on the limiting and unseating prevention capabilities of the device. Research has shown that the effectiveness of the devices is closely related to its strength ，initial clearance， and the intensity of seismic motion. Proper device strength and initial clearance can help reduce collision forces and frequencies， lower the risk of beam unseating， and control bridge pier damage within an ideal range. Furthermore， placing buffer rubber pads at the contact surfaces between the unseating prevention device and the substructure can effectively reduce pounding forces and minimize pier damage.

Keywords： bridge engineering；longitudinal barrier?type；girder unseating prevention；pounding

地震發(fā)生時，橋梁作為抗震救災的生命線工程，其在震后應急救援中的功能顯得尤為重要。中國中小跨徑梁橋多采用板式橡膠支座，且支座一般直接放置在墩梁之間，在橫橋向墩臺兩側通常設置混凝土擋塊，以限制梁體橫向地震位移［1］。由于板式橡膠支座與墩梁間在縱橋向一般沒有采取連接措施，遭受強震作用時，梁體慣性力遠超過支座接觸面所能提供的最大臨界摩擦力后，墩梁間將發(fā)生較大幅度滑移，產(chǎn)生過大墩梁相對位移，甚至導致落梁震害。例如在2008年汶川地震、2021年青海瑪多地震中，中小跨度梁式橋的震害以主梁移位、支座破壞為主，部分橋梁發(fā)生了嚴重的落梁震害［2］，導致全橋拆除重建，其危害遠大于橋墩損傷。

為防止地震中的落梁破壞，國內外橋梁抗震規(guī)范［3?5］均要求橋梁采用防落梁裝置。現(xiàn)有縱向防落梁裝置主要分為連梁裝置和限位裝置［6］。連梁裝置不能有效限制墩梁相對位移［7］，需要其有足夠的強度，在主梁從墩臺脫落后將梁體拉起，起到防落梁的作用。典型的限位裝置包括拉索限位器、連接錨桿、阻擋型防落梁裝置和阻尼限位裝置等［8］。其中纜索限位裝置應用相對廣泛，各國學者對拉索限位裝置的設計方法、限位效果進行了大量研究，結果表明，纜索限位裝置具有很好的限位和防落梁效果［9］，但要求其有足夠的長度，才能具備充分的變形能力來發(fā)揮限位作用，這不但增加施工難度，也影響橋梁外觀；阻尼限位裝置存在較大震后殘余變形［10］，構造相對復雜，不適用于量大面廣的中小跨徑梁橋。相比之下，以混凝土擋塊、鋼擋塊為代表的阻擋型防落梁裝置構造簡單、施工便捷、經(jīng)濟適用，在梁式橋中具有良好的應用前景。作為阻擋型防落梁裝置，阻擋型擋塊已廣泛應用于橫橋向防落梁，許多學者對于阻擋型擋塊橫向限位和防落梁的效果進行了研究［11?12］，相比之下，混凝土擋塊在縱橋向的碰撞效應更加復雜，而且其限位和防落梁效果目前鮮有研究。

本文以采用縱向阻擋型防落梁裝置的梁橋為研究對象，開展縱向阻擋型防落梁裝置的限位和防落梁效果研究。在研究中，考慮混凝土擋塊這一典型阻擋型防落梁裝置的非線性力學行為及其與下部結構的碰撞效應，分析其在不同地震動強度下的限位和防落梁效果，并且分析、比較了擋塊強度、間隙以及設置橡膠墊對于防落梁效果和橋墩損傷狀態(tài)的影響。

1 縱向阻擋型裝置工作原理與力學模型

1.1 工作原理

縱向阻擋型防落梁裝置通過與下部結構的碰撞，將梁體慣性力傳遞給下部結構，限制墩梁相對位移，防止落梁，工作原理如圖1所示。可通過在梁底縱橋向設置混凝土擋塊或型鋼擋塊來達到上述目的。

阻擋型防落梁裝置的功能為：在正常使用和多遇地震下不發(fā)揮作用，在地震強度超過多遇地震后起到對縱向限位和防落梁的作用。為滿足正常使用和多遇地震下的梁體變形，擋塊與下部結構之間應留有一定的初始間隙，保證擋塊不被激活；地震強度超過多遇地震后，一旦墩梁間的縱向相對位移超過初始間隙，擋塊就會與下部結構接觸，限制墩梁縱向相對位移，達到防止落梁的目的。

如圖1所示，地震作用下，以整體向右運動為例，當P3墩頂?shù)亩樟合鄬ξ灰芼3達到擋塊與橋墩間預留初始間隙d0后，擋塊2與P3墩發(fā)生碰撞，從而限制梁體在P2墩頂?shù)南鄬ξ灰疲醋钃跣头缆淞貉b置是通過遠端擋塊（擋塊2）處的碰撞作用來防止近端梁體（擋塊1）處的落梁。P2墩頂?shù)亩樟合鄬ξ灰芼2的計算式為：

（1）

P3墩頂?shù)亩樟合鄬ξ灰芼3的計算式為：

（2）

式中，xb2為第二跨梁體位移；xp2為P2墩頂?shù)奈灰疲粁p3為P3墩頂位移；d0為擋塊的初始間隙；為P3墩頂?shù)膿鯄K變形。當d2超過墩梁搭接長度時，P2墩頂不會發(fā)生落梁。上述阻擋型防落梁裝置發(fā)揮縱向防落功能的前提是在梁體運動方向上，遠端的橋墩P3具有較大的縱向抗推剛度，將墩頂位移xp3控制在一定范圍內。如果遠端橋墩P3的高度較高，且橋墩P3的動力特征與近端橋墩P2的動力特征差異較大，則會導致P2、P3的墩頂變形之差（xp3-xp2）較大，P2墩頂?shù)亩樟合鄬ξ灰芼2由（xp3-xp2）控制，當d2增大到一定程度，不能滿足對墩梁搭接長度的要求時，阻擋型防落梁裝置無法有效地發(fā)揮縱向限位和防落梁功能。

1.2 擋塊力學模型

本文針對混凝土擋塊這一典型阻擋型防落梁裝置展開研究，基本構造和配筋形式如圖2所示，與文獻［13］中“內擋塊”相同。文獻［13］通過擬靜力試驗研究了擋塊的破壞形態(tài)、失效模型與受力機制，并通過理論分析給出了其簡化力學模型，與試驗結果吻合較好。假設本文中的碰撞力的作用點位于擋塊中部，受力符合混凝土拉壓桿機制（見圖3，圖中h為擋塊高度），在主斜裂縫方向類似斜向短柱受壓，擋塊發(fā)生斜截面破壞，考慮斜截面處鋼筋的受拉作用，骨架曲線如圖4所示。

擋塊單斜面破壞的極限力矩為：

（3）

最大抗剪承載力為：

（4）

最大抗剪承載力對應的位移為：

（5）

其余各關鍵點計算公式如下：

（6）

（7）

（8）

（9）

（10）

（11）

式中，和分別為豎向剪切鋼筋首次屈服時擋塊的承載力和變形；和分別為第一排豎向剪切鋼筋斷裂時擋塊的承載力和變形；和分別為擋塊失效時的承載力和變形；為混凝土表面滑動摩擦系數(shù)；為豎向剪切鋼筋屈服強度；為鋼筋屈服強度；D為擋塊順橋向長度；h0為受力點高度；As為豎向剪切鋼筋總面積；為豎向剪切鋼筋極限抗拉強度；為一層箍筋各肢的總面積；為箍筋極限抗拉強度；為鋼筋達到極限強度時的應變；為鋼筋斷裂應變；S1為豎向剪切鋼筋沿剪力方向間距；S2為水平箍筋在垂直剪力方向的間距；［ ］*表示取整；修正系數(shù)=。

2 分析模型與地震動輸入

2.1 分析橋例

以一座5跨簡支梁橋為研究對象，如圖5所示。橋梁每跨跨度30 m，主梁采用預應力鋼筋混凝土小箱梁，梁寬12 m，高1.6 m，主梁間伸縮縫寬度為12 cm，下部結構為鋼筋混凝土雙柱式橋墩，墩高8 m，直徑為1.8 m，配筋率為1.3%。每片小箱梁底布設2個GYZ400×84型號板式橡膠支座，每側梁底布置2個鋼筋混凝土擋塊。擋塊尺寸為0.5×0.3×0.4 m3（長×寬×高），豎向剪切鋼筋間距S1為0.16 m，水平箍筋間距S2為0.12 m，箍筋直徑為8 mm，通過改變豎向剪切鋼筋的面積改變擋塊強度，結合圖2中的構造配筋形式，可以確定=0.002 m，=0.008 m，=0.023 m，=0.092 m。

2.2 有限元模型

2.2.1 板式橡膠支座模擬

板式橡膠支座是中國中小跨度橋梁上最常用的支座形式，一般直接放置在墩臺墊石與梁底支承鋼板之間，不做其他連接處理，所以在水平地震作用下，板式橡膠支座與梁體或墩臺間存在滑移現(xiàn)象，這導致較大的墩梁相對位移和落梁風險。本文中板式橡膠支座的滑動摩擦效應采用理想彈塑性模型來模擬（見圖6），支座滑動摩擦力Fs、初始剛度Kb分別為：

（12）

（13）

式中，μ為支座與鋼板間的滑動摩擦系數(shù)，文獻［14?16］對板式橡膠支座的力學行為展開了一系列研究，研究表明板式橡膠支座滑動摩擦系數(shù)μ和支座豎向壓應力、滑動速度存在相關性，且略小于靜摩擦系數(shù)，實驗結果在0.3上下波動，所以本文研究中μ取0.3；N為支座所承受的豎向反力；G為支座剪切模量，取為1200 kN/m2；Ａ為支座的剪切面積；∑t為支座橡膠層總厚度。

支座和鋼板間的臨界滑動位移ds為：

（14）

2.2.2 橋墩模擬與損傷指標評價

橋墩采用彈塑性纖維單元模擬，將橋墩截面離散為保護層混凝土纖維、核心混凝土纖維以及鋼筋纖維，采用基于柔度法的纖維梁柱單元［17］以考慮屈服后的非線性行為。其中，采用Mander模型［16］來定義保護層及約束混凝土纖維的應力?應變關系；采用Giuffré?Menegotto?Pinto模型［18］定義鋼筋纖維的應力?應變關系。對橋墩進行縱向推覆分析，確定橋墩等效屈服強度Fy為1310 kN。

參考文獻［17］，采用位移延性需求系數(shù)μd定義橋墩損傷狀態(tài)。表1中給出了橋墩損傷狀態(tài)的劃分準則。μcy為橋墩達到等效屈服位移時的延性系數(shù)；μcy1為橋墩的縱筋首次屈服時的位移延性系數(shù)；μcy2為核心混凝土壓應變εc達到0.005時橋墩的位移延性系數(shù)；μcmax為橋墩達到極限位移時的延性系數(shù)。本橋例中，μcy1=1，μcy=2.023，μcy2=3.256，μcmax=7.674。

2.2.3 主梁在伸縮縫處碰撞模擬

地震作用下，相鄰跨主梁在伸縮縫處會發(fā)生碰撞。本節(jié)采用Kelvin碰撞模型來模擬接觸面的碰撞，碰撞力的計算式為：

（15）

式中，，kb為相鄰梁體的接觸剛度，取梁體軸向剛度［19］，為相鄰梁體質量；db為伸縮縫寬度；xb1、xb2為相鄰梁體位移；vb1、vb2為相鄰梁體速度；Cb為阻尼系數(shù)，阻尼代表碰撞過程中的能量損失，與碰撞過程的恢復系數(shù)e有關，對于混凝土材料e取為0.65。

2.2.4 阻擋型擋塊與蓋梁縱向碰撞模擬

地震作用下，擋塊與蓋梁發(fā)生碰撞，從而限制墩梁相對位移。本節(jié)采用線性接觸單元與1.2節(jié)中的擋塊非線性單元串聯(lián)（見圖7），來模擬擋塊與蓋梁的接觸，其中接觸單元模型的計算式為：

（16）

式中，kk為擋塊與蓋梁的接觸剛度，參考文獻［11］取大值，本文取為106 kN/m；xp1為墩柱的墩頂位移。

結合上述力學模型，模擬支座、橋墩非線性力學行為和碰撞效應，使用非線性地震分析軟件OpenSees建立橋梁空間有限元模型，如圖8所示。圖中還給出了板式橡膠支座、擋塊、擋塊?蓋梁碰撞、主梁?主梁碰撞的力學模型。主梁和蓋梁采用線彈性梁單元模擬；橋墩采用上述彈塑性纖維單元模擬；基礎部分采用固定約束。將擋塊單元與碰撞單元串聯(lián)，來模擬擋塊和下部結構的接觸行為。

2.3 地震動輸入

近斷層地震動具有脈沖周期長、峰值大的特點，對橋梁結構、特別是量大面廣的中小跨度梁式橋具有較強的破壞性。本文選取10條地震中實際記錄的地震動進行結構地震響應分析，其基本參數(shù)見表2。圖9中繪制了10條地震動作用下5%阻尼比線彈性單自由度體系的加速度反應譜曲線。根據(jù)《公路橋梁抗震設計規(guī)范》［5］，計算結果取10條地震動的平均值。10條地震動的速度脈沖周期Tp介于5.4～10.3 s之間，將峰值加速度（PGA）調幅至0.4g～1.0g，沿著橋梁縱橋向輸入，以此探究在不同地震動強度下縱向阻擋型防落梁裝置的防落效果和橋梁地震響應規(guī)律。

3 防落梁效果參數(shù)分析

3.1 擋塊強度的影響

假設擋塊的變形能力不變，研究擋塊強度對橋梁結構響應的影響規(guī)律。以單個墩柱等效屈服強度Fy為基準，對擋塊的最大抗剪承載力Vm進行歸一化調整，分別取Vm/Fy的比值為0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4和1.6，擋塊的初始間隙d0取支座和鋼板間臨界滑動位移ds的5倍，其中ds可由公式（14）計算為6.8 cm，為伸縮縫寬度的0.63倍。由于算例中橋梁各跨設計參數(shù)相同，所以對P3墩頂墩梁相對位移、P4墩頂位移、P4墩頂擋塊碰撞力展開討論，需要指出的是，由于本文的目的主要是研究阻擋型擋塊對限制墩、梁相對位移的影響，因此，在研究時，假設搭接長度足夠長，不發(fā)生落梁破壞。在不同地震動強度下，墩梁最大相對位移、墩柱位移延性系數(shù)、擋塊最大碰撞力計算結果如圖10所示，圖11給出了1號波在PGA=0.8g時擋塊的力?位移曲線。

整體而言，當擋塊強度低于Fy時，隨著PGA的增大，擋塊過早地達到極限狀態(tài)并失效，墩梁最大相對位移與無擋塊的情況相差不大，說明擋塊強度較低時無法起到明顯的限位和防落的作用。當擋塊的強度等于或大于Fy時，擋塊可以有效發(fā)揮限位和防落功能。擋塊的強度越高，碰撞力也就越大，且隨著PGA的增大，擋塊碰撞力的增幅明顯。需要指出的是，當PGA達到1.0g時，擋塊強度為0.4Fy、0.6Fy、0.8Fy、1.0Fy和1.2Fy時，墩梁相對位移超過無擋塊工況，主要原因是在個別地震波工況下，雖然擋塊失效，但其改變了主梁運動狀態(tài)，相鄰主梁的碰撞增大了相鄰主梁一致運動的趨勢，導致運動方向前端的主梁墩梁相對位移增大。

結合圖10和11可見，在PGA=0.8g，當擋塊強度為0.6Fy時，擋塊較早失效，失去限位效果，墩梁最大相對位移達到0.72 m；當擋塊強度為Fy時，擋塊幾乎保持彈性狀態(tài)，墩梁最大相對位移降至0.312 m；當擋塊強度為1.4Fy時，墩梁最大相對位移僅為0.308 m。將擋塊強度從Fy增大至1.4Fy時，限位和防落梁效果相差不大，但擋塊碰撞力增大了312 kN。

在地震作用下，阻擋型擋塊可以控制墩梁之間的縱向相對位移，但同時會向下部結構傳遞一定的地震力，故而橋墩的損傷程度也和擋塊的強度密切相關。當擋塊強度低于0.8Fy時，傳遞給橋墩的碰撞力較小，隨著PGA的增大，橋墩的損傷程度變化不大。而當擋塊強度超過0.8Fy時，隨著PGA的增大，逐漸增大的碰撞力會明顯加劇橋墩的損傷。

經(jīng)分析，對本例橋梁而言，擋塊強度取橋墩等效屈服強度Fy是相對合理的，隨著地震動強度的增大，可以發(fā)揮有效的防落梁功能，同時不會明顯加劇橋墩損傷。

3.2 初始間隙的影響

擋塊初始間隙不但影響擋塊自身受力，還影響相鄰主梁的碰撞效應和運動狀態(tài)，進而影響擋塊的限位效果。主梁之間伸縮縫的大小對縱向擋塊與蓋梁之間間隙的設置是有影響的，當蓋梁兩側擋塊初始間隙與變形值之和小于伸縮縫寬度時，主梁不會發(fā)生碰撞。為研究擋塊初始間隙對防落梁效果的影響，將擋塊的初始間隙d0和板式橡膠支座和鋼板間的臨界滑動位移ds的比值取為1、2、3、4、5和6，分別考慮擋塊強度為Fy和1.4Fy兩種情況，進行非線性時程分析，計算結果如圖12所示。

從結果來看，擋塊自身受力、墩梁相對位移和橋墩損傷狀態(tài)均與初始間隙存在密切的關系，擋塊的強度不同，初始間隙對上述指標的影響規(guī)律也存在顯著差異。

在擋塊強度為Fy的情況下，當PGAlt;0.6g時，由于梁體慣性力相對較小，無論間隙大小，擋塊的碰撞力均未達到最大承載力，可有效限制墩梁相對位移；隨著PGA的增大，梁體慣性力逐漸增大，如果d0lt;3ds，較大的碰撞力使擋塊成為犧牲構件，無法發(fā)揮限位作用，而適當增大間隙可在一定程度上減小擋塊的碰撞力和損傷，進而提高限位效果；在PGA≤0.8g的范圍內，初始間隙達到4ds及以上時，擋塊碰撞力和損傷可得到控制，起到有效的限位和防落梁的作用。

在擋塊強度為1.4Fy的情況下，由于擋塊的強度相對較高，在PGAlt;0.9g時，擋塊所承受的碰撞力小于擋塊的最大承載能力，墩梁相對位移會隨著間隙的增加呈線性增大的趨勢。

初始間隙對橋墩的損傷狀態(tài)也有顯著影響。當初始間隙較小時，擋塊和下部結構的碰撞力較大，這將加劇橋墩的損傷；適當增大初始間隙，可減小橋墩損傷，例如擋塊強度為Fy的情況下，當初始間隙達到4ds及以上，在各工況中，橋墩均處于輕微損傷狀態(tài)。

圖13更直觀地給出了初始間隙對擋塊受力的影響規(guī)律。以PGA=0.8g的工況為例，從時程曲線來看，擋塊初始間隙越小，碰撞次數(shù)越多，碰撞力峰值也越大。從滯回曲線來看，在地震動脈沖作用下，當初始間隙為ds和3ds時，擋塊在碰撞中失效，當間隙達到5ds，碰撞力降至1026 kN，擋塊處于線彈性狀態(tài)，可有效發(fā)揮限位和防落梁的作用。由此可見，在滿足墩梁搭接長度的前提下，適當增大擋塊初始間隙，不但可以減小碰撞次數(shù)，也可以減小擋塊的碰撞力和破壞程度，進而提高擋塊限位和防落梁效果。

經(jīng)分析，在地震動強度較大時，適當增大擋塊初始間隙可提高防落梁效果，對本例橋梁而言，擋塊初始間隙取支座與鋼板間臨界滑動位移的4倍及以上時，可以有效降低擋塊碰撞力和碰撞次數(shù)，同時減輕橋墩損傷。

4 碰撞緩沖措施

上述分析表明，過大的碰撞力不但容易導致阻擋型防落梁裝置失效，也會加劇橋墩的損傷。為了減小碰撞帶來的不利效應，本文在阻擋型擋塊接觸面設置橡膠墊層來降低接觸面剛度，研究設置橡膠墊的緩沖效應。在阻擋型擋塊接觸面設置橡膠墊層后，可以采用圖14所示的接觸單元模型模擬碰撞效應，即在圖7的擋塊碰撞單元的基礎上串聯(lián)一個彈簧單元來模擬橡膠墊的緩沖作用。

圖14中給出了緩沖橡膠的力學模型，參考文獻［20］，加載剛度和卸載剛度分別為：

（17）

（18）

式中，ε、σ分別為橡膠的應變和應力；、、、、分別為圖14中橡膠墊力學模型各階段的剛度。

以PGA=0.8g的工況為例，針對擋塊強度為Fy，擋塊初始間隙為5ds的情況，改變橡膠墊面積和厚度，設置6個分析工況，見表3。其中R0為無橡膠墊工況，通過工況R1、R2、R3對比分析橡膠墊厚度的影響，通過工況R2、R4、R5對比分析橡膠墊截面面積的影響。

圖15為橡膠墊的緩沖效果，從結果來看，橡膠墊可有效減小擋塊碰撞力，減輕橋墩損傷，其中R4工況減震效果最好，擋塊碰撞力降低了20.8%，墩柱位移減小了16.2%。對比工況R1、R2、R3發(fā)現(xiàn)，在截面相同的情況下，橡膠墊厚度變化對擋塊碰撞力和墩柱位移的影響并不是單調的。在一定范圍內，隨著厚度增大，橡膠墊的變形能力增大，剛度有所減小，緩沖效果更好。但是隨著橡膠墊厚度的增大，擋塊和蓋梁接觸的初始間隙將會減小，所以當厚度為8 cm時，橡膠墊的緩沖效果并不理想。對比工況R2、R4、R5發(fā)現(xiàn)，從減小擋塊碰撞力和墩柱位移的角度出發(fā)，橡膠墊截面面積越小，剛度越小，減震效果越好。

圖16為PGA=0.8g，擋塊強度為Fy，初始間隙為5ds時，工況R0和R5的擋塊碰撞力時程曲線對比，采用10×10×6 cm3尺寸擋塊時，擋塊碰撞力峰值從1325 kN減小至976 kN，采用橡膠墊后，擋塊處于彈性狀態(tài)。

經(jīng)分析，在阻擋型防落梁裝置的接觸面設置橡膠墊可減小碰撞剛度，進而減小碰撞力和橋墩的損傷，碰撞緩沖效果受橡膠墊截面尺寸和厚度的影響顯著。

5 結 論

（1）縱向阻擋型防落梁裝置不但具有縱向限位和防落梁的功能，而且是上部梁體向下部結構傳遞縱向慣性力的傳力機制之一。擋塊防落梁的效果與其自身強度、初始間隙密切相關，同時也受地震動強度的影響。

（2）合理的防落梁裝置強度和初始間隙有利于減小擋塊的碰撞力或碰撞次數(shù)，降低落梁風險，并將橋墩損傷控制在理想范圍內。在近場脈沖型地震動作用下，建議裝置強度取其對應位置墩柱等效屈服強度，初始間隙取支座與鋼板間臨界滑動位移的4倍。

（3）在阻擋型防落梁裝置的碰撞接觸面設置橡膠墊可有效減小碰撞力和橋墩的損傷，橡膠墊截面尺寸和厚度影響其剛度和變形能力，進而影響碰撞緩沖效果。

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第一作者： 高浩原（1995―），男，博士研究生。E-mail：2011516@tongji.edu.cn

通信作者： 李建中（1963―），男，博士，教授。

E-mail：lijianzh@tongji.edu.cn