地震來臨時，橋梁的橡膠支座被撕裂、限位裝置徹底損毀——這種“一次性報廢”的困境，被重慶交通大學團隊破解。該團隊在《結構與土木工程前沿》發布的新型準浮式分級耗能抗震系統（QFSRS），讓中小跨徑梁橋在0.3g（相當于烈度8度）地震中，橋墩與梁的相對位移平均減少55.15%，且震后只需更換“耗能保險絲”即可快速修復，為抗震工程按下“可重復防御”加速鍵。

傳統抗震“一碰就碎”？四重耗能機制破局
傳統橋梁限位裝置（如剪力鍵）在地震中損毀率高達60%，且修復需整體更換支座，耗時數月。研究團隊受汽車碰撞吸能盒啟發，設計出可替換耗能限位器（REDR），結合板式橡膠支座，構建四級耗能機制：第一級依靠橋梁自身結構耗能；第二級通過支座滑動摩擦耗能；第三級由REDR的局部犧牲單元吸能；第四級啟動REDR整體結構耗能。論文比喻：“這如同給橋梁裝上四重保險，地震能量被層層‘拆解消化’。”

3D打印“耗能保險絲”：震后兩小時更換完畢
技術核心在于REDR的模塊化設計。團隊采用不銹鋼3D打印技術制造耗能單元，其屈服承載力達399.5千牛，極限承載力490.5千牛，相當于能承受50噸卡車的沖擊。實驗顯示，在模擬南京長江二橋的振動臺測試中，安裝REDR的模型橋在1200gal（約0.4g）地震波沖擊下，梁體位移從26.37厘米壓縮至12.63厘米，且震后只需更換局部變形單元，維修時間從傳統3個月縮短至2小時。

振動臺極限測試：誤差率低于3%
研究團隊設置了三重“地獄難度”驗證：輸入包含Imperial Valley、El-Centro、Taft三種場地類型的地震波，峰值加速度從0.05g逐級加壓至0.4g。數據顯示，在0.3g地震條件下，QFSRS系統將橋墩與梁體相對位移從20.79厘米降至9.3厘米，橋墩底部應變僅增加6.17%，實現“減位移不增內力”的設計目標。但測試也暴露局限——當峰值加速度超過0.4g時，REDR的預測誤差升至8%，需進一步優化材料疲勞特性。

成本與效能平衡術：造價僅為傳統方案1.2倍
相較于傳統抗震系統，QFSRS的“可替換”設計大幅降低全生命周期成本。團隊算了一筆賬：以跨徑20米的梁橋為例，傳統剪力鍵系統單次維修費用約50萬元，而QFSRS的耗能單元更換成本僅需8萬元。目前該技術已在重慶某高速橋梁試點，整套系統造價為傳統方案的1.2倍，但預計可將橋梁抗震壽命從50年延長至80年。

正如論文通訊作者嚴磊副教授所述：“當地震能量被分級‘馴服’，橋梁就能從‘硬扛’轉向‘智取’。”這項技術不僅破解了中小橋梁“大震必傷”的困局，更為核電設施、超高層建筑的抗震設計提供了新思路。

來源: FrontClVIL