橋梁設(shè)計(jì)中抗震擋塊的工作原理及應(yīng)用

胡玲

【摘 要】文章對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)中擋塊出現(xiàn)病害的原理進(jìn)行了總結(jié)，分析了抗震擋塊的工作原理，并對(duì)常見(jiàn)的抗震擋塊類(lèi)型的應(yīng)用進(jìn)行了分析，從而更好的提高橋梁抗震的質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】橋梁設(shè)計(jì)；抗震擋塊；工作原理

1 抗震擋塊的工作原理

在我國(guó)，中小跨徑連續(xù)梁橋大多采用板式橡膠支座，對(duì)于這類(lèi)橋梁，在地震作用下支座會(huì)發(fā)生較大位移，為了防止橫向落梁的發(fā)生，通常在墩臺(tái)和蓋梁兩端設(shè)置抗震擋塊。擋塊雖然能減小落梁發(fā)生的概率，但如果設(shè)置不當(dāng)，其與主梁之間的碰撞不但會(huì)造成主梁自身?yè)p傷，還會(huì)大大增加下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力。近幾年，震災(zāi)頻發(fā)，隨著人口密度的增加，震災(zāi)給我們帶來(lái)的不利后果越發(fā)嚴(yán)重。體現(xiàn)在橋梁方面，尤其是橋梁在地震中發(fā)生落梁、移位、連續(xù)橋面損壞的后果非常嚴(yán)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(gè)重要的原因就是擋塊出現(xiàn)了病害，導(dǎo)致抗震能力降低。

2 混凝土擋塊的設(shè)計(jì)原則

國(guó)內(nèi)外震害和研究表明，如混凝土擋塊設(shè)計(jì)得非常強(qiáng)，地震作用下橋墩可能受到較大地震力，如混凝土擋塊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)強(qiáng)度是混凝土擋塊設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

借用美國(guó)Caltrans 抗震規(guī)范的相關(guān)要求，建議橫向擋塊的設(shè)計(jì)荷載按式（1）取值：

上式中，F(xiàn)sk為剪力鍵的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)強(qiáng)度

對(duì)于鋼筋混凝土擋塊的強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的規(guī)范條文予以說(shuō)明，國(guó)外對(duì)于剪力鍵的不同破壞模式給出了相應(yīng)強(qiáng)度估算方法和公式，其分析模型主要包括滑動(dòng)剪切摩擦模型、拉壓桿模型、抗彎承載模型。

其中滑動(dòng)剪切摩擦模型最早被美國(guó)的ACI318所采用，用以估算混凝土構(gòu)件開(kāi)裂面處所能傳遞的最大剪切力。后來(lái)的許多學(xué)者采用這個(gè)模型對(duì)混凝土構(gòu)件的剪切強(qiáng)度進(jìn)行了大量試驗(yàn)和理論研究，并提出了各自的修正模型，其中美國(guó)Caltrans 規(guī)范采用如下公式來(lái)估算鋼筋混凝土剪力鍵的抗剪強(qiáng)度：Vn=u（Avf fy）？燮0.2fcAc

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

而Mattock等針對(duì)ACI318-71 中的剪切摩擦公式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，認(rèn)為其計(jì)算結(jié)果偏于保守，他引入粘聚力項(xiàng)對(duì)剪切摩擦模型進(jìn)行修正。在他的修正模型中，剪切開(kāi)裂面所傳遞的剪切力包括兩部分：一是裂縫上下兩個(gè)活動(dòng)面之間的由于鋼筋滑移產(chǎn)生拉力而導(dǎo)致的摩擦； 二是開(kāi)裂面之間的不平整所引起的摩擦。根據(jù)Mattock 的模型，普通混凝土開(kāi)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(yīng)力；ρv表示配筋率，ρv=Avf/Ac，Avf表示穿過(guò)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(qiáng)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(lái)修正的粘聚力項(xiàng)。

4 擋塊類(lèi)型及應(yīng)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(xué)腐蝕等優(yōu)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(jù)氯丁橡膠的性能特點(diǎn)，它主要應(yīng)用在阻燃制品，耐油制品，耐天候制品，膠粘劑等領(lǐng)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(lèi)密封制品，防腐襯里，膠粘劑等。

橋梁抗震橡膠擋塊參數(shù)：橋梁抗震橡膠擋塊比重，1.3.扯斷力，8.0Mpa.伸長(zhǎng)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(zhǎng)寬高組成，根據(jù)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(qū)域不同，名稱(chēng)各異，主要是橋梁抗震橡膠擋塊與橋梁橡膠支座的區(qū)分：橋梁抗震橡膠擋塊是純橡膠的一個(gè)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(gè)四方體，因此可有效區(qū)分。

4.2 鋼板擋塊

預(yù)埋鋼板和U字形鋼板，兩塊預(yù)埋鋼板平行設(shè)置，其上端預(yù)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(tái)上，U字形鋼板的兩側(cè)板的上端通過(guò)螺栓與預(yù)埋鋼板連接，U字形鋼板的內(nèi)部澆筑混凝土，U字形鋼板外側(cè)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(fā)生，防落梁系統(tǒng)廣泛應(yīng)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(zhǎng)度、墩-梁連接裝置和梁-梁連接裝置等三部分組成。常見(jiàn)的墩-梁防落梁構(gòu)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(jù)橋梁的實(shí)際情況，加工而成有利于提高抗震效果的一種結(jié)構(gòu)。

5 總結(jié)

橋梁的抗震安全性對(duì)確保震后交通網(wǎng)絡(luò)的暢通具有重要意義。對(duì)于常見(jiàn)的橋梁抗震擋板，應(yīng)該采取根據(jù)實(shí)際情況，采取不同的擋板形式，選擇不同的尺寸，確保設(shè)置的科學(xué)和合理，避免各種病害的出現(xiàn)，從而有效提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：田吉捷]endprint