隔震设计在桥梁设计中的应用

隔震设计在桥梁设计中的应用

张东

四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院四川省成都市610041

摘要：近年来，我国桥梁建筑在不断增加，为了提升桥梁质量，做好隔振设计是必不可少的。桥梁隔振主要通过安装隔振装置、阻尼器等设备来实现，本文主要就隔振设计在桥梁设计中的应用进行了相关的阐述和分析。

关键词：隔振设计；桥梁设计；设计原则

随着城市建设的不断发展，交通压力日益增加，为了缓解交通运输压力，除了修建公路之外，桥梁的修建也是必不可少的。桥梁的承载结构与公路不同，其主要由桥墩承载重量，所以缺少足够的稳定和抗震性能，如果桥梁上有载重过大的车辆经过，那么桥梁会出现轻微颤抖，着不仅会影响舒适行车，还会带来一定的安全隐患。所以，为了提升桥梁的稳定性和抗震性，做好桥梁隔震设计是必不可少的。隔震设计不仅能够提升桥梁日常使用的安全性，还能减少地震等自然灾害的影响，进而延长桥梁的使用寿命。

一、隔震设计在桥梁设计中的作用

在桥梁设计施工的过程中，设计师不仅要考虑桥梁承载力、刚度等性能，还要做好抗震隔震的设计，避免桥梁因为外界震动而产生质量问题或引发安全隐患。一方面，隔震设计可以改善扭力平衡，并且解决弹性过大所导致的各类问题；另一方面，隔震设计造价低廉，其只需要在原有的设计方案基础上进行适当的改造，施工时增加隔震装置即可，其对工程进度和施工成本不会产生影响，却能大幅改善桥梁承载、抗变形、抗震能力，对桥梁工程经济效益的提升有很大的帮助。不仅如此，隔震设计还能降低后期养护难度，减少养护成本，有效延长桥梁使用寿命。可见，在桥梁施工建设的过程中，隔震设计是必不可少的设计内容，我们需要对该技术进行完善和推广，积极引进先进的技术经验，进一步提升我国桥梁质量。

二、隔震设计的设计原理与设计原则

（一）设计原理

早期桥梁隔震设计，主要利用各种防震手段来减少震动对桥梁结构的手段，随着技术和设备的进步，隔震设计应运而生。防震和隔震设计之原理之间存在一定区别，方针主要用于桥梁整体强度的提升，进而增加桥梁稳定性。隔震以防震设计为基础，采取了柔性设计。通过柔性设计来改变桥梁主要构件与各个部位之间在特殊时期的关联性，进而避免桥梁因为互相牵连而引发巨大的损坏问题。在此基础上再进行相应的阻尼设计，利用阻尼设计消耗地震能量，降低地震灾害对桥梁稳定性的影响，进而提升桥梁的安全性。

（二）设计原则

为了保障桥梁隔震设计的合理有效，首先要明确设计目标。通常，隔震设计的核心目标就是增加桥梁的抗震性能。为了实现抗震目标，在进行隔震设计时一定要坚持相应的设计原则。首先，在桥梁建设初期就要考虑隔震设计问题，在工程计划中加入隔震设计，为隔震装置的安装预留资金和位置，不仅要保证隔震效果，还要避免大量资金原料的浪费；其次，在设计前，要详细勘察施工地和施工地周边的地质环境，对勘察结果进行整理和分析，并详细上报。根据地质勘察结果选择合理的隔震装置，尽可能选择性价比较高的隔震装置。隔震设计不仅要满足隔震需求，还要缓解桥梁受力带下范围，全面降低外界震动对桥梁稳定的影响。

三、隔震设计在桥梁设计中的应用

（一）适用要求

通常，桥梁顶部架构不会出现长时间震动，可以利用这一特点，进行相应的隔震设计。我国规定，隔震设计适应高度不能高于40m，根据高度变化，桥梁架构和硬度也要适当改变。如果不需要隔震，则结构震动不能超过1S。如果桥梁工程项目施工难度大，那么要建立缩放模型进行各项数据的计算。此外，风力等自然因素也会对桥梁结构形成压力，这些压力不能超过桥梁重力水平的1/10。

（二）隔震装置设计

在实际的隔震设计之中，隔震装置和结构优化设计是最主要的两个部分，尤其是隔震装置设计，其是隔震设计的核心内容。目前，在隔震设计中，弹性反应谱法被世界各国普遍应用，由于各个国家对桥梁的要求和规范不同，所以计算等效阻尼、等效刚度等数据的公式方法会有所不同。如果桥梁结构相对复杂，可以采用时程方法。由于弹性反应谱法计算简单且满足相应的规范标准，所以该方法应用广泛。不仅如此，在隔震设计时，要做好隔震装置的安装和设计。充分考虑装置的最大变形程度、等效阻尼、等效刚度等性能，也要对地震引起的装置变形程度和桥梁受震影响之间的关系充分考虑。从目前我国隔震设计发展的情况来看，我国隔震设计仍有待进步，为此要积极参考国外的设计经验和思路，合理预判地震对桥梁结构的影响，进而提升设计方案的有效性。

桥梁隔震装置有很多种，如防落梁拉杆、高阻尼支座。在设置防落梁拉杆时，不仅要满足桥墩的最大高度，还要满足桥长需求；高阻尼支座是一种隔震香蕉支座，也可以成为HDR支座，在天然橡胶中加入一定的配合剂支座而成，进而提升橡胶阻尼性能，实现隔震效果。近年来，前两建筑中，高阻尼支座普遍应用，其具有修理成本低、受震后变形小的优势。

（三）细部构造设计

桥梁的附属结构有多个装置组成，主要包括防落梁装置、限位装置、伸缩缝。这三者对隔震设计有很大的影响，在实际的地震调查和动态时程分析中可以看出，这些结构会直接影响隔震效果，但大部分隔震设计人员会忽略这些结构。到这这类问题的主要原因是附属结构的计算方法比较复杂。然而，为了提升隔震效果，设计人员一定要加强细部构造的计算和设计，通过实践来完善设计方法。

（四）合理运用

在自然界中，地震的程度各不相同，面对地震要注意以下两个方面：首先，桥梁架构中的各个结构能够在地震的过程中起到作用；其次，设计师要充分考虑桥梁架构的设计和规划，明确规划目标，提升抗震水平。为此，设计师要提升自身水平，加强对隔震架构整体性的理解，并根据可能出现的地震等级采取有效的隔震设计。在隔震设计实际应用的过程中，为了保障设计的有效性，设计师要充分理解地震破坏形式，合理设计桥梁结构，并配合桥梁结构建立有效的隔震体系，进而提升桥梁整体的稳定性。

四、工程实例

以下以雅安至康定高速公路为工程实例，概述一下减隔震设计在实际工程中的应用。雅安-康定高速公路，简称雅康高速，起于雅安草坝，经天全、泸定，止于康定城东。

根据《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）,本项目桥梁抗震设防类别为A、B类。在设计时首先优选抗震性能好的结构形式，并在规范荷载组合计算的基础上，按照地震力作为偶然组合利用程序进行桥梁在E1和E2地震作用下的强度和变形验算，以及采用能力保护设计原则进行基础计算、构造细节延性计算和设计等，同时采取了相应抗震措施。

本项目地震烈度为Ⅷ度，局部路段地震烈度达到Ⅸ度，因此在桥梁设计过程中，减隔震设计显得尤为重要。本项目上部梁体主要采用预应力砼简支T梁，桥面连续。在具体设计过程采用了防落链、纵向拉杆、铅芯支座、制动墩等各种减隔震措施。具体设置原则如下：

①纵向防落缓冲链

防落链设置原则：3联以上（含3联）的桥梁；一联桥跨中有高30米以上（含30米）的桥墩设置防落链。

图1缓冲链大样

②防落梁拉杆

防落梁拉杆设置原则：多联3联以上的桥梁；一联桥跨中有高30米以上（含30米）的桥墩伸缩缝处设置防落梁拉杆。

图2防落梁装置结构图

③铅芯隔震橡胶支座

铅芯隔震橡胶支座设置原则：30米、40米跨径桥梁空心薄壁墩（墩高大于40米）设置铅芯隔震橡胶支座。

④抗震制动墩

对于多跨长联的桥面连续简支梁桥在适当位置设置抗震制动墩。这些减隔震措施的采用，大大提升了桥梁结构在地震作用下的安全性能，为整个高速安全有效的运营提供了重要保障。

结语：

综上所述，在桥梁设计施工的过程中，为了提升桥梁的稳定性和安全性，加强桥梁隔震设计是必不可少的。设计师可以在桥梁上安装相应的隔震装置，通过隔震装饰来改变桥梁的等效阻尼和等效刚度，进而强化桥梁结构，减少地震等问题对桥梁造成的影响。

参考文献：

[1]刘镇彪.隔震设计在市政桥梁设计中的应用[J].建筑工程技术与设计,2017(12).

[2]廖利梅.隔震设计在市政桥梁设计中的应用[J].建筑知识,2017(03).

[3]王健.简析隔震设计在市政桥梁设计中的主要应用[J].民营科技,2016(2).