桥梁结构设计中减隔震技术的应用

桥梁结构设计中减隔震技术的应用

宋阳

天津城建设计院有限公司天津300122

摘要：桥梁设计的合理与否关系公路桥梁的安全、稳定运行，并与人们的生活息息相关。近年来，人们对公路桥梁建设提出了更高的要求，因此，提高公路桥梁的抗震能力成为相关从业人员必须攻克的课题。

关键词：桥梁；结构设计；减隔震技术

随着我国社会经济的不断发展，交通运输业也随之逐渐发展进步，对于公路桥梁的结构设计越来越受到大家的重视，再加上我国地震频发，从而造成较大的经济损失，这也引起了桥梁结构设计人员的重视。通过对抗震设计理念、减隔震技术的研究和应用，对桥梁结构抗震的安全性具有重要的影响。而抗震技术作为桥梁结构设计中的核心因素，在对桥梁结构进行减隔震技术的应用，可以有效避免桥梁结构在地震中受到损坏。总之，不同地段应按照相关的气候条件、车辆的通过情况等相关因素对减隔震装置的选择进行评估，并对路桥结构的内力分布和大小的目标进行有效的控制。

一、减隔震设计原理及适用条件

（一）减隔震设计原理

桥梁减隔震技术是一种工程抗震手段，其特点是先进、经济和简便。减震是利用特制减震构件或者装置，让其在出现强震的情况下提前进入塑形，产生大阻尼，从而将进入结构体系的能量消耗掉；隔震的原理是通过隔震体系，尽量让主体结构中进入更好的地震能量，最大限度的降低结构的地震反应。一般情况下，减、隔震设计的情况包括如下几种：①桥梁整体的基本周期较短，桥梁下部结构刚度较大，上部结构为连续形式。②由于桥梁下部结构刚度不一致，为便于调节各桥墩刚度，引入减隔震装置，如此可避免刚度较大桥墩承担很大惯性力的情况。③场地条件较好，长周期范围所含能量较少，预期地面运动具有较高的卓越频率等情况。

（二）减隔震技术的适用条件

减隔震技术并不是对所有的桥梁结构设计都能够适用，有些情况就不适用对减隔震技术进行运用。例如，我国已经存在的老桥，由于对其进行建设的周期比较长，对于结构的稳定性已经被破坏。因此，对减隔震技术的适用条件进行评估，十分有利于减隔震技术的应用。主要的减隔震技术的适用条件适用于以下几点：（1）地震的波频，具有高、中、低的区分，如果桥梁结构处于地震发生的高频阶段，同时能力比较集中，就可以对减隔震技术的使用，以及对桥梁的结构进行有效的防范；（2）对于桥梁结构生命周期比较短，桥梁结构设计比较规范，没有桥梁墩太高太低的情况出现，就可以对减隔震技术进行应用；（3）对于提前计划好的施工地点，需要对地面板块的运动特点进行观察，对于损害因素，确保将其降到最低，从而实施对减隔震技术的应用。

对于减隔震技术不适用的条件，主要包含以下几点：（1）桥梁结构的周围的土壤，具有较高的含水量，比较容易发生湿陷的状况，此时地震产生的高能量就容易受到不同程度的损坏；（2）桥梁结构的路基下部具有较大的柔性，同时，桥梁结构自身所具有的周期长，可以使路基与桥梁产生共振；（3）在桥梁的支座中，受力度分布不均匀的情况，出现负反力，以及桥梁结构位移情况较为严重等，都不适合减隔震技术的应用。

二、减隔震技术分类

减隔震技术在我国桥梁结构设计中可以分为两大类：①在桥梁结构中添加粘滞阻尼装置，利用其将地震传播过来的能量消耗殆尽，在增加桥梁结构关键位置的抗震能力的同时可以最大限度的降低桥梁的破坏程度，进而发挥减隔震技术的优；②使用铅芯橡胶隔震支座和摆式摩擦支座作为桥梁结构中的减隔震设备。上述两类减震技术尽管有着不同的抗震原理，但是可充分保证地震时的桥梁安全。如将两者结合使用，可极大的保障桥梁在地震时免受破坏，进而延长桥梁的工作年限。

三、减隔震技术的应用

（一）合理的应用粘滞阻尼器

对于桥梁结构进行设计的人员，在对需要进行抗震设计的桥梁结构进行设计时，需要对粘滞阻尼器的有效应用进行充分的考虑，从而使桥梁结构的抗震安全性能得以提高。粘滞阻尼器所具有的优势主要包括以下几点：（1）弹塑性阻尼装置或者是摩擦阻尼装置所具有的较强屈服力或者摩擦力是常值，当桥墩发生最大化的变形的时候，屈服力以及摩擦力的常值会同时达到。但是，当阻尼器的参数为1的时候，桥墩就会发生最大化的变形，而阻尼力反而是最小值。当阻尼器的参数为0的时候，粘滞阻尼器的阻尼力就会达到最大值，而此时桥墩的变形最小。（2）当温度发生改变的时候，弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置需要对屈服力以及摩擦力进行克服，才能够实现相关装置的自由变形。在粘滞阻尼器不断发展变化的情况下，所产生的抗震力，几乎为0。因此，对于粘滞阻尼力进行应用，对桥梁结构的实际使用功能是不会产生影响的。在桥梁中，对粘滞阻尼器进行应用，通常粘滞阻尼器会被设置在桥梁的塔梁中间，也可以是在加劲梁与桥边墩的中间位置，或者是加劲梁与辅助墩的中间位置。

（二）摆式滑动摩擦支座的应用

桥梁在设计过程中，为了有效提升整个桥梁的抗震性能和安全性，桥梁设计人员应该根据工程的实际情况，合理的使用摆式滑动摩擦支座结构形式，这种结构主要是将滑动摩擦支座以及钟摆的概念全部使用在桥梁工程中，形成一套抗震性能非常好的结构减隔震系统，由于这种结构中一般需要设置两个曲面，当地震发生时，可以通过全面的摩擦而避免地震的强烈影响，使得桥梁能够利用自重进行复位。由于地震中所产生的位移量比较大且球面曲率的半径对整个结构的尺寸也有较大的影响，所以这种结构形式的尺寸一般会比较大，比如，我国的苏通大桥以及上海长江大桥都使用了摆式滑动摩擦支座，能够切实的保证整个桥梁具有较强的安装性和稳定性。

（三）铅芯橡胶支座的应用

对于桥梁结构进行设计人员来说，其在桥梁结构进行抗震设计的时候，需要对铅芯橡胶支座的有效应用进行充分的考虑，以此对桥梁结构的安全抗震性能进行有效的提高。铅芯橡胶隔震支座主要的构成是，在分层橡胶支座中加入铅芯，从而形成一种减隔震装置。对于铅芯来说，其具有较好的力学性能，其可以和分层橡胶支座进行有机的结合，因此，铅芯是一种较好的减隔震材料。总而言之，铅芯橡胶支座在国内外桥梁结构的隔震设计的时候，是比较广泛的隔震装置，对于桥梁结构的抗震安全性能具有重要的影响。在对需要进行抗震设计的桥梁，应根据桥梁所在区域的地震烈度、地震动峰值加速度和桥梁的结构形式等合理选择相应的减隔震设备。

四、桥梁减隔震设计注意事项

桥梁结构设计中，水平刚度中心位置与隔层上部结构的重心应该重合，该两者中的尺寸偏差应该在合理范围内，切实提高整个桥梁的稳定性，同时还能从根本上提升整个桥梁的抗震效果。根据隔震装置的竖向刚度来计算出竖向复杂的能力，使得桥梁在隔震装置发生水平移动时部分参数发生变化，整体结构形式较为多样。该种结构形式能够抵抗自然灾害的影响，切实提高桥梁整体运行的安全性。提升桥梁隔震层水平的刚度时，还应该提高其竖向承载力，有效的分散桥梁水平方面承载的巨大外力，保护桥梁的整体结构不被破坏，同时也不会造成桥梁的竖向结构出现严重的损坏情况。保证整个隔震层具备较强的复位性能，当桥梁遭遇了一次地震后，能够自动复位，避免其结构发生大规模的损坏，同时还能很好的预防余震带来的危害。但是仅仅通过桥梁自身的修复是无法保证其性能的，还需要工程技术人员对桥梁外部结构进行修补。

上所述，本文主要对减隔震技术在桥梁结构抗震安全性中的应用进行分析研究，对于桥梁结构设计时对减隔震装置的安装的重要性进行认识，从而使桥梁结构抗震安全性能的提高具有重要的影响。

参考文献：

[1]余仁伟.桥梁抗震设计方法与减隔震技术探讨[J].江西建材，2017（11）

[2]曹俊昌，吴健.减隔震技术在桥梁结构设计中的应用研究[J].工程建设与设计，2016（15）