桥梁作为交通生命线工程,是国家重点基础设施。大量震害资料表明,桥梁在地震作用下发生上部结构的震害、支座的震害、下部结构的震害等,造成人员伤亡和经济损失。如果在地震中桥梁发生落梁,会严重阻碍地震后的救援工作,进一步扩大地震造成的损失。因此,防止落梁震害研究受到了众多国内外学者的重视,本文在国内外研究成果基础上,提出了一种新型防落梁装置——钢圈防落梁装置。该装置由限位耗能钢圈、上导向钢轮和下导向钢轮三部分组成,可放置在主梁与桥台、主梁与桥墩搭接处,用以约束二者间的相对位移,防止地震作用下落梁震害的发生。对于这种钢圈防落梁装置,本文进行试验研究和模拟分析,主要研究内容和成果如下:(1)对钢圈限位装置进行了试验研究。设计并开展在单调荷载作用下钢圈限位装置基本力学性能和破坏模态试验,通过试验得到试件变形、应变数据和荷载—位移曲线,探明钢圈限位装置工作的力学行为全过程和最终的破坏机理,简述钢圈限位装置工作和抗震设计原理。试验共设计两组26个耗能钢圈试件分析钢材材质、导向轮直径D、钢圈的厚度t、钢圈弧段半径R、直线段长度α五个影响参数对钢圈限位装置力学性能的影响,对比不同参数下,试件参考点位移、极限承载力、极限承载力点位移等数据的变化。结果表明:在其他参数不变的情况下,厚度增大8mm,极限承载力增大18%;直线段增大45mm,参考点位移增大17%～28%;弧段半径从120mm增大到170mm,参考点位移增大了46%～58%;导向轮直径从40mm增大到140mm,参考点位移降低了30%～32%。因此,可以通过增大厚度,有效的提高钢圈限位装置的极限承载力;通过改变直线段长度、弧段半径和导向轮直径来改变钢圈限位装置的各参考点位移。(2)对钢圈限位装置进行了有限元模拟研究。采用有限元软件ABAQUS建立钢圈限位装置的三维实体模型,选用校准好材料参数的延性断裂模型,进行钢圈限位装置静力模拟分析。对比有限元与试验的荷载-位移曲线、变形应变、初期刚度K1、二期刚度K2、极限承载力和极限承载力点位移结果,有限元模拟的钢圈试件荷载-位移曲线和变形与试验结果基本吻合,初期刚度K1等数据基本一致,误差均在10%以内,验证有限元模型的准确性;同时,考虑到试验研究的局限性,进一步扩大研究参数范围,进行钢圈限位装置量化模拟分析,补充钢圈宽度w参数影响,研究导向轮直径D、钢圈的厚度t、钢圈弧段半径R、直线段长度a和耗能钢圈宽度w五个参数对钢圈限位装置的力学性能影响。结果表明:在其他参数不变的情况下,厚度和宽度每增大4mm,钢圈试件的极限承载力提高范围为13.8%～24.5%和14.3%～25.2%;直线段长度每提高25mm,极限承载力点位移增大8.2%～11%;弧段半径每增大20mm,极限承载力点位移提高13.2%～16.5%;导向轮直径增大40mm,极限承载力点位移降低15.6%。综述,提高钢圈宽度,可以提高钢圈限位装置极限承载力,且在扩大参数范围的情况下,变化规律与试验结果一致。