浅谈防落梁系统的研究现状及其应用

班志鹏

摘 要：地震后桥梁震害问题一直是桥梁工程实践中所必需解决的关键科学问题，其中顺桥向落梁形式是地震后桥梁破坏的最主要形式。本文针对国内外防落梁系统的研究现状、连梁装置分类及应用进行剖析，从而得出：由于地震荷载作用的不确定性，即使提供了足够的梁搁置长度，也可能由于其他结构构件功能的丧失而导致落梁情况，对于由这些不可预见的因素造成的落梁震害，桥梁必须安装连梁装置；拉索式连梁装置具有适用性好、耐久性强、柔性好等优点，现已成为国内首选的桥梁防落装置；吸能型连梁装置是一种新的研究方向。

关键词：桥梁抗震；防落梁系统；连梁装置

中图分类号：U 443 文献识别码：A

1引 言

1976年唐山大地震到2010年玉树大地震期间，几乎每一次发生强震时都出现过落梁现象，这与我国早期桥梁建设水平和桥梁选型有关。我国早期建设的桥梁以简支桥梁为主，而简支桥梁抗震能力较弱，在超出设计范围时极易出现落梁，尤其对于高墩多跨简支桥梁其落梁现象更为严重。国内学者[1]对灾后桥梁落梁形式进行统计分析，其中以顺桥向为主要破坏形式，横桥向落梁形式亦存在。例如，唐山大地震时滦河大桥的梁体错位达到了50cm，大大超出了桥梁的搁置长度，从而发生落梁现象，从而导致交通瘫痪，给抗震救灾增加难题。因此，防落梁系统研究已逐步成为桥梁抗震研究领域的热点。

2研究现状

自从加利福尼亚1971年发生地震时造成许多桥梁出现落梁震害，美国开始研究限位装置以抵抗桥梁相对位移，其中AASHTO规范对防落梁系统做了明确阐述并将其分为两类，即墩梁搭接长度和限位装置[1]。近年来，美国开始研究研究耗能型的限位装置，如形状合金（SMA）限位装置。然而，美国对防落梁系统的研究主要侧重于限位装置的设计，而未对限位装置和连梁装置做明确的划分。日本学者[2]于1972年和2002年分布颁布了《道路橋耐震设计指针·同解説》和《道路橋示方書·同解説V·耐震设计篇》，其中将防落梁系统进行了分类，即梁搁置长度、限位装置、连梁装置和段差防止构造，同时强调桥梁系统整体的抗震性。

我国对防落梁的研究还处于起步阶段，虽然已经有了工程应用，但也只是将其作为一种抗震构造措施，并没有形成一套完整的设计体系。其中长安大学刘健新教授[3-4]给出了限位装置和连梁装置简便设计方法以及研制出了耗能型连梁装置，并将连梁装置用于实桥当中，如西安新机场高速公路特长连续桥梁。柳州OVM公司借鉴日本的连梁装置[5]，研制出了我国DJ型拉索式连梁装置，并且在宿新高速公路与四川映秀大桥中得到了应用。至此可知，我国对防落梁系统中的连梁装置进行了充分研究及应用，能够承担起大地震造成的支座失效，而防止落梁的最终安全措施。

3连梁装置分类及应用

3.1基本型连梁装置

（1）板式连梁装置（图1.1）主要通过螺栓将连接板与分别安装在梁体和桥墩（梁体）的构件相连，同时螺栓与构件在顺桥向预留一定的设计间隙，保证在预期地震下支座最大限度发挥作用。

（2）杆式连梁装置（图1.2）是较早采用的一种加固措施，中间连接杆主要采用的是大直径钢筋，所以一般也称为钢棒式连梁装置，其一般采用梁梁连接式并且主要用于纵向防落。

（3）拉索式连梁装置（图1.3）是一种新型的防落梁装置，其主体连接件采用钢绞线组成的索体，柔性好，避免强震下发生弯折而提前破坏；耐久性强，索体采用多层隔离防腐构造，同时在两个锚固端分别安装保护罩进行防护；可根据弹簧的变形推测地震引起的结构相对位移。施工方便，拉索式连梁装置主要采用墩（台）梁连接和梁梁连接两种连接形式，在梁底或梁侧设置并且要求尽量按桥轴线对称设置。

3.2吸能型连梁装置

（1）铅高阻尼橡胶连梁装置（图1.4）是长安大学刘健新教授研制的新型耗能连梁装置，其主要组成部分包括高阻尼橡胶、薄钢板、约束钢板和鉛销，根据要求该种连梁装置还可以发挥限位装置的作用。

（2）液体粘滞阻尼连梁装置（图1.5）是由美国Taylor公司生产的，其组成主要包括缸体、带阻尼孔活塞、粘滞体（可压缩硅油）及连接件组成。

（3）一种利用控制管变形吸收能量的连梁装置，构造如图1.6。其工作原理是正常工作时的温度变形和小震能量由弹簧来吸收，当大震发生时，首先支撑板和楔形挡块之间的弹簧先发生压缩变形，弹簧压并后，支撑盘开始压迫楔形挡块开始在控制管内运动，控制管管壁会产生变形并消耗能量，从而减弱地震荷载对于桥梁主体结构的作用，通过调节管长、管径等参数可以实现耗能的不同层级，从而将连梁装置与桥梁系统整体的抗震性联系起来，以实现整体设计概念，而不是单一的抗震构造措施。相对于其他两种吸能型连梁装置，其成本低而且吸能性能好，也便于安装，是目前国内应用的一种新的研究方向。

4结论

由于地震荷载作用的不确定性，即使提供了足够的梁搁置长度，也可能由于其他结构构件功能的丧失而导致落梁情况，对于由这些不可预见的因素造成的落梁震害，桥梁必须安装连梁装置，而鉴于拉索式连梁装置具有柔性好、耐久性强、适用性好等优点，目前国内工程已广泛采用其作为桥梁防落装置。

参考文献

[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冲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] 张煜敏，刘健新.公路桥梁拉索式连梁装置设计参数化研究[J].振动与冲击，2011，30（3）：195-198.

[4] 刘健新，赵国辉等. 西安市新机场高速公路桥梁抗震分析报告[R].西安长安大学公路学院，2006.

[5] 朱万旭，欧进萍，黄颖等.一种新型的钢绞线拉索式落梁防止装置[J].预应力技术，2008，（05）：3-7.

作者简介：（1989—），男，。研究方向：岩土工程，E-mail：231213478@qq.com