桥梁设计中隔震设计的应用

桥梁设计中隔震设计的应用

黄博

重庆中检工程质量检测有限公司    400025

摘要：近年来，社会进步迅速，现代化建设的的发展也有了改善。持续提升桥梁结构强度，延长使用寿命，定向增强桥梁抗震属性，越来越多的施工企业尝试综合利用各项资源，通过技术要素与管理要素集约化管控，搭建隔震结构体系。文章在吸收借鉴过往经验的基础上，结合桥梁结构隔震设计特点、主要类型，全面论证隔震设计技术应用路径方法，突出技术应用注意事项，旨在形成完备化、体系化地震处置模式。

关键词：桥梁设计；隔震设计；应用

引言

近年来，我国路桥总里程数稳居世界第一，桥梁的数量不断增加，俨然已成为人们生活中必不可少的一种建筑结构。但是，我国地震频发，桥梁结构因地震而时常发生耐久性下降及失稳等问题，人民的生命和财产安全因此遭受了巨大损失。公路桥梁震害不但直接危及人们的生命安全问题，还给灾后救援工作带来了极大的困难与阻碍。因此研究桥梁抗震设计以及桥梁减隔震技术的应用，对于避免桥梁结构震害问题有着重要的研究意义。

1桥梁结构隔震结构主要类型

为全面提升桥梁结构抗震能力，最大程度地降低地震产生的危害性，延长桥梁结构使用寿命，减少病害发生机率。需要综合现有技术经验，全面细致地梳理隔震结构主要类型，增强桥梁结构隔震结构设计有效性。经过多年技术总结，桥梁结构隔震设计技术体系日益健全，设计团队在总结地震发生规律、桥梁破坏机理的前提下，采取有效性举措，定向进行隔震技术设计优化，通过结构优化与性能升级，持续改善隔震结构技术形态，实现地震能力有效分割，降低地震对于桥梁结构的危害性。例如，现阶段多数设计团队主要采用地基结构隔震技术、基础结构隔震技术、上部结构隔震技术等新型技术方案，可以最大程度地屏蔽地震能量，达到隔绝地震危害区域，增强桥梁结构稳定性。具体来看，地基结构隔震技术以桥梁地基结构防护作为重点，通过屏蔽隔震以及绝缘隔震等举措，全面提升地基结构对于地震能量应对能力。这种技术处理方式，尽管可以有效屏蔽地震，发挥隔震效果，但是对于直下型输入波，难以发挥有效作用，表现出技术局限性。基础结构隔震技术主要针对于桥梁地基，通过绝缘隔震以及能力吸收隔震等多种方式，持续增强桥梁结构的隔震能力，提升抗变参数，保证结构整体稳定性。上部结构隔震技术主要应用于桥梁上方结构，技术人员通过隔震装置，来完成地震能力的吸收与隔绝，逐步抵消地震能量，实现隔震功效全面发挥，推动桥梁结构隔震工作有序开展。

2我国桥梁抗震设计研究现状

我国桥梁抗震研究起步较晚，1976年唐山大地震后，由于地震对结构的严重破坏，以及受桥梁结构破坏后的一系列严重后果的启示，抗震研究及抗震设计在桥梁中才真正得到发展。结构抗震分析早期主要采用静力理论，随着结构动力学的发展，20世纪40年代，地震反应谱法、结构动力时程分析法被逐渐应用到结构抗震设计分析中。到20世纪60年代，结构抗震理论研究步入成熟阶段。1977 年颁布了 《公路工程抗震设计规范》（JTJ 004—89），进一步推动了我国桥梁抗震设计。我国现行抗震规范在借鉴美国、日本等桥梁抗震规范的基础上，提出两水准设防和两阶段设计目标的关键抗震设计理念和设计方法，抗震设计迈出了一大步，实现了与国际的接轨。但中外桥梁实际建造体系不同，桥梁结构传力方式有所差异，借鉴时未全面考虑我国桥梁结构与国外的差异性，造成了我国公路桥梁抗震设计规范在指导实践时暴露出一些问题。我国中小跨径公路桥梁上部结构利用板式橡胶支座铰接。美国大部分桥梁结构采用框架式桥墩，主梁和墩柱刚接。日本主要采用以钢支承为主的结构体系。早期美国和日本公路桥梁抗震设计规范要求在地震作用下，路桥结构支座不发生破坏，保证桥梁上下结构传力不中断，上部结构地震作用力通过支座传给桥墩。我国现行桥梁抗震规范忽略了中外桥梁结构体系的不同，也要求中国桥梁传力体系不中断，即支座不发生破坏，并通过在桥墩顶预设耗能部件来耗散地震能。但我国桥梁的板式橡胶支座，属于塑性铰接，大震下不可避免发生损伤，背离了我国桥梁抗震设计规范对大震作用下保证结构上下传力不中断的要求，即实际上难以满足规范。这也造成我国桥梁结构震害特点及损伤模式，参考和借鉴国外学者的研究，已经不能满足我国的现实要求，亟待更多的研究。

3桥梁减震、隔震设计

3.1 减震、隔震设计的原理

在现代的公路桥梁以及基础建设当中，运用隔震设计的目的是提高结构的柔韧性以及抵抗地震的能力 [4，5] 。为避免在地震灾害发生时能量过于集中，应从灾害能本源展开研究来进一步降低对于整体的破坏性。当地震发生时，地震波的振动频率呈现出不规律性和复杂性，在一定频率范围内，地震波能量相对集中。另外，地震震动频率随着周期的延长而减小，延长结构的振动周期可以降低地震对结构的危害，尽可能避免产生地震能量集中。为了有效提升公路桥梁结构的整体稳定性，进行减震、隔震设计时，应基于上述规律明确地震作用下桥梁结构的震动周期，尽可能采用柔性支撑延长结构震动周期，消耗地震波产生的能量，这样有利于缓解地震产生的振动作用。

3.2减震、隔震设计的适用条件

在公路桥梁的减震、隔震设计中，应考虑桥梁结构的具体情况，在满足科学合理性的前提下进行减震、隔震设计。如果桥梁地基不具备足够的稳定性，且呈现松软状态，那么在延长桥梁结构振动周期后，会出现共振现象，在这种情况下，不能贸然采用减隔震技术，否则会对桥梁安全控制产生不利影响。为避免上述情况的出现，在桥梁工程建设过程中，应充分发挥现场勘察的作用，对桥梁附近的震害发生情况有全面而详细的了解，计算并分析地震作用的影响，从而建立公路桥梁结构设计模型，更加合理地进行减震与隔震设计。另外，要确保桥梁上部结构具备较强的整体性和连续性，下部结构具备较高的刚度。由于公路桥梁具备一定的复杂性和特殊性，部分桥梁工程的下部结构在高度方面存在非均匀变化，会导致地震作用进一步加剧。为避免上述情况的出现，在设计过程中应对桥墩结构进行研究分析，合理布置减震、隔震构件，以保证地震发生时，使桥梁下部结构具备充足的抗变形能力，有效抵抗震动作用，将惯性力对桥梁结构产生的不利作用减轻到最低。总而言之，对桥梁进行减震、隔震设计时，首先应明确桥址区域的基本条件，充分掌握桥梁结构的特性等，在综合多项因素的基础上，科学合理地进行减震、隔震设计，提升地震作用下桥梁整体的抗震性能，最大化地减轻地震作用带来的不利影响。

3.3 减震、隔震支座的应用

公路桥梁结构的整体稳定性与减震设计密切相关，对工程建设的整体质量有直接影响。通过采用减震、隔震支座，可以将结构整体的阻尼增大，优化结构的柔性，削弱地震作用对桥梁结构的影响 。减隔震支座一般布设于桥墩、桥台与梁部的连接处。通过支座的合理应用，可以实现梁体和桥台的良性连接，最大化地发挥减震作用，是提高公路桥梁结构整体稳定性的重要保障措施。当发生地震时，由于地震波的存在，会使桥梁整体发生上下振动和左右晃动，由于阻尼器和减隔震支座的存在，会削弱地震波能量，有效减轻地震波带来的不利影响。因此，在公路桥梁的设计过程中，应以现实情况为依托，根据设计规范和标准，明确结构的最大加速度和支座最大位移的数值，从而选择合适的减隔震支座。

结语

桥梁规划设计环节，隔震技术方案的合理化应用，对于桥梁设计方案的可行性有着极大裨益，是全面增强桥梁抗震能力重要举措。文章在分析桥梁结构隔震基本原理与技术特点前提下，多维度出发，探讨桥梁结构隔震设计方法，明确隔震设计应用要点，形成系统完备隔震技术模式。

参考文献

[1] 王克海，韦韩，李茜，等. 中小跨径公路桥梁抗震设计理念[J]. 土木工程学报，2012，45（9）：115-121.

[2] 丁剑霆，姜淑珍，包峰. 唐山地震桥梁震害回顾[J].世界地震工程，2006（1）：68-71.

[3] 王东升，郭迅，孙治国，等. 汶川大地震公路桥梁震害初步调查[J]. 地震工程与工程振动，2009，29（3）：84-94.