隨著橋梁抗震設(shè)計對安全性與可恢復(fù)性的要求不斷提升，傳統(tǒng)擋塊在大震作用下易出現(xiàn)脆性破壞、耗能能力不足等問題。基于“保險絲”理念的內(nèi)凹型蜂窩芯結(jié)構(gòu)擋塊，因其負(fù)泊松比特性與優(yōu)異的耗能能力，成為新一代抗震構(gòu)件的研究熱點。通過有限元分析與實橋模擬驗證，該類擋塊在中小震下保持彈性，在大震下實現(xiàn)強(qiáng)度退化，有效保護(hù)橋梁下部結(jié)構(gòu)。以下從結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能驗證與市場應(yīng)用等方面展開分析。

  一、保險絲擋塊結(jié)構(gòu)設(shè)計融合負(fù)泊松比蜂窩芯優(yōu)勢

  《2025-2030年中國保險絲行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報告》保險絲擋塊采用內(nèi)凹型蜂窩芯結(jié)構(gòu)，結(jié)合背部三角鋼板支撐與外部剛性圍擋，形成三層構(gòu)造體系。蜂窩芯由多個內(nèi)凹六邊形胞體組成，具備負(fù)泊松比特性，即在受壓時材料向內(nèi)部收縮，密度增大，剛度提升。該結(jié)構(gòu)在受力過程中表現(xiàn)出良好的延性與能量吸收能力，適用于中小跨徑橋梁的抗震設(shè)防。

  保險絲市場分析提到通過調(diào)整蜂窩胞體的壁厚(2.0mm、3.0mm、4.0mm)，可控制擋塊的初始剛度與承載力。壁厚越大，擋塊強(qiáng)度越高，耗能能力越強(qiáng)，但強(qiáng)度退化階段延后。設(shè)計時需平衡承載力與“保險絲”功能的實現(xiàn)，確保在大震下能夠及時進(jìn)入退化階段，降低對下部結(jié)構(gòu)的影響。

  二、保險絲擋塊力學(xué)性能通過有限元分析驗證

  采用ABAQUS軟件對擋塊進(jìn)行擬靜力分析，模擬地震作用下主梁與擋塊的碰撞行為。加載方式為循環(huán)遞增位移，增幅為2mm，直至結(jié)構(gòu)破壞。分析結(jié)果顯示：

  壁厚2.0mm時，擋塊表現(xiàn)為脆性破壞，承載力達(dá)到峰值后迅速下降，耗能能力弱;

  壁厚3.0mm時，滯回曲線飽滿，塑性變形能力增強(qiáng)，強(qiáng)度退化平緩，滿足“保險絲”性能要求;

  壁厚4.0mm時，承載力進(jìn)一步提升，但強(qiáng)度退化階段延后，可能影響下部結(jié)構(gòu)安全。

  因此，推薦采用3.0mm壁厚的蜂窩芯結(jié)構(gòu)，既能保證足夠的承載力，又能在適當(dāng)時機(jī)實現(xiàn)強(qiáng)度退化，發(fā)揮保險絲作用。

  三、保險絲擋塊在實橋模擬中展現(xiàn)優(yōu)異抗震性能

  以某七跨三聯(lián)簡支梁橋為例，建立OpenSees有限元模型，模擬其在多遇、基本與罕遇地震下的響應(yīng)。擋塊設(shè)計橫向力為650kN，基于最大地震響應(yīng)力629kN確定。模型中擋塊采用兩節(jié)點單元模擬，材料本構(gòu)關(guān)系根據(jù)力-位移曲線簡化三折線模型定義。

  在9條地震波作用下，主梁最大橫向位移在罕遇地震下仍控制在設(shè)計范圍內(nèi)，墩底最大剪力與彎矩在擋塊退化階段顯著降低，表明上部結(jié)構(gòu)慣性力有效減小，下部結(jié)構(gòu)得到保護(hù)。擋塊在中小震下處于彈性或強(qiáng)度上升階段，在大震下進(jìn)入強(qiáng)度退化階段，符合“保險絲”設(shè)計理念。

  四、保險絲擋塊市場應(yīng)用前景廣闊，具備可更換優(yōu)勢

  保險絲擋塊因其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、震后易于更換，具備廣闊的市場應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)混凝土擋塊相比，其延性更好，破壞模式可控;與鋼擋塊相比，其剛度可調(diào)，避免大震下對下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

  內(nèi)凹型蜂窩芯結(jié)構(gòu)在受壓后體積收縮，便于震后更換蜂窩芯，降低維護(hù)成本。該特性使其在地震多發(fā)地區(qū)的中小跨徑橋梁中具有重要推廣價值，尤其適用于對快速恢復(fù)通行能力有較高要求的交通干線。

  總結(jié)

  基于保險絲理念的內(nèi)凹型蜂窩芯擋塊，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與性能優(yōu)化，實現(xiàn)了在中小震下的穩(wěn)定承載與大震下的可控退化。有限元分析與實橋模擬驗證表明，該擋塊具備良好的耗能能力與抗震性能，能夠有效保護(hù)橋梁下部結(jié)構(gòu)。隨著抗震設(shè)計對可恢復(fù)性與經(jīng)濟(jì)性要求的提升，保險絲擋塊將在橋梁工程中得到更廣泛的應(yīng)用，推動抗震構(gòu)件向智能化、模塊化方向發(fā)展。

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