防落梁装置的研究及应用

防落梁装置的研究及应用

一、概述

桥梁作为交通线上的枢纽工程，地震中一旦发生落梁破坏，则势必使整个交通网陷入瘫痪，给震后救灾工作带来巨大困难，震后修复也比较麻烦。随着桥梁设计、材料和施工技术的不断发展，国际上在桥梁抗震加固中，大量采用防落梁装置（连梁装置）， 并特别强调在地震高发区，应安装二次防落梁装置。

二、防落梁装置的结构

在地震高发区，要求二次防落梁装置应该具备缓冲功能，采用柔性连接方式，而且能实现较大的设计移动量。防落梁的设计移动量往往需要根据桥梁确定，要求防落梁装置的设计移动量可以比较方便调整。国内简支梁桥跨度为20、30和40米不等混凝土梁桥，自重比钢桥大得多，由此要求防落梁装置应能达到较大的设计吨位 。综合以上要求，钢绞线整束挤压拉索式防落梁装置更符合应用要求，目前，国内专业防落梁装置生产厂家凭借其自身技术经验和借鉴国外已有的防止落梁装置的结构，已经生产出达到设计要求的成熟产品并得到了广泛应用。其结构形式如下图所示：

三、防落梁装置的主要构件性能及作用

1、连接索采用柔性索，达到以柔克刚的作用。由索体和两端的锚具组成。 顺应国际拉索技术发展的趋势，索体受力单元为目前最为常用的1860级Ф15.2低松弛预应力钢绞线，其钢钢绞线采用厚环氧喷涂，而后涂覆建筑油脂并单根挤包高密度聚乙烯HDPE，形成独立防腐的筋材；然后，根据整根拉索的受力需求，把筋材集合成束，缠包高强聚酯带；最后，通过挤塑机挤包上外层HDPE护套，达到五层防腐性能。

2、防落梁装置锚具：采用整束挤压式锚具，该锚具安全可靠，锚头结构紧凑，外径小，便于结构优化，减少防落梁装置与梁间的剪切弯矩。锚固套内钢绞线间有防腐隔离物，使得其从自由段索体到锚具内均可处于相互隔离状态。锚头为全密封结构，防水、防腐性能更优越。

3、缓冲器：由缓冲橡胶和垫扳组成，缓冲橡胶采用高阻尼的橡胶材料，缓和冲击力，要求其具有良好的吸收能量、弹性复位和承载能力 。

4、弹簧：使用截锥形弹簧,可承受地震时造成的大移动量,当设计满足R2-R1≥nd时,弹簧可压并。

四、防落梁装置研发过程相关试验

1、成品拉索疲劳试验：

2、成品索疲劳试验后的水密性试验：满足美国PTI2001水密性试验要求。

试验报告

3、装置组件静载试验：满足GB/T14370-2007静载试验要求。

试验图片 试验报告

4、防止落梁装置周期荷载性能试验：满足GB/T14370-2007周期荷载性能试验要求。

5、防缓冲器试验：

（这个表重新弄）

五、防落梁装置规格的选择

1、设计计算

H F =KR d P =

H F n ≤Py

HF——防止落梁装置设计地震力；

K ——设计地震力系数，地震基本烈度≤8度时，取1.0；地震基本烈度≥9度时,取1.5；

Rd——支座恒反力，对于简支梁桥，当桥墩两侧梁重量不同时，取两者较大值；

P ——每根拉索承受的设计地震荷载；

Py——拉索设计允许拉力即拉索总屈服拉力；

2、拉索枝术参数表

3、选用计算示例：

下边以30mT梁160伸缩缝为例，混凝土容重取：26KN/m3，伸缩缝处T梁截面见下图1所示。

图1 伸缩缝T梁截面图

根据全桥结构的特点和截面几何尺寸，每一桥墩和桥台处均设置 5 个防落梁装置。假定沥青铺装层容重取：24kN/m3 ，混凝土铺装层容重取：26kN/m3，根据设计图纸混凝土方量，则大致估算出每跨箱梁的重量 G

G = (24×12×30×0.1+26×12×30×0.1)+26×((26.78+3.59+2.33+

1.3)×3+(28+1.79+1.17+0.65)×2)=6098.06(kN)

由设计图纸，则设计地震力H

F

H

F = KR

d

=1.5×(6098.063/2)=4573.545(kN)

由此，每根拉索承受的设计地震荷载

P= H

F

/n =4573.545/5=917.7(kN)

对照防落梁参数表中的 P

y

值，可选择 F180 型的防落梁装置。

六、确定防落梁装置的设计移动量

防落梁装置的最大设计移动量，要以对结构的破坏较小为限度，同时要小于梁的搁置长度，下式给出了允许的移动量范围。使用橡胶支座的桥梁，在大地震发生时，支座变形超出了最大变形能力，因而，防落梁装置的设计移动量要大于橡胶支座容许的剪切变形量。在设计移动量范围内，防落梁装置不起作用。

橡胶支座的允许剪切变形量≤S

F ≤C

F

S

E

(1)

式中，S

F 为防落梁装置的设计移动量；当采用橡胶支座时，S

F

要确保

支座的允许剪切变形量。根据以往的研究结果，对于橡胶支座的允许最大

剪切变形可取γ=2，即防落梁装置的最小移动量为2H，H为支座的橡胶总

厚度，即S

F

≥2×99=198mm。

S

E

为梁的搁置长度（单位为cm），由设计者根据桥梁工程情况确定。

S

E

= 50+l (2)

l为梁的计算跨径（单位为m），当相邻的桥联跨度不同时，应按长跨

的情况进行计算。

C

F 为防落梁装置的设计移动系数，一般可取为0.75，但当S

E

比较大

或变位可能带来维护养护的困难以及影响支承功能时，可小于0.75。

根据式2

S

E

= 50+l = 50+30=80(cm)

则防落梁装置的设计移动量

S

F ≤ C

F

S

E

=0.75×80=60(cm)

又设计移动量不能长于梁端到支座距离，由设计图纸可得

S

F实际

≤ 55-20-8=27(cm)

七、防落梁装置的安装工艺