橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中減隔震技術(shù)的應(yīng)用

榮梅

（黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院，黑龍江 哈爾濱 150080）

由于地震頻發(fā)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，引起了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的高度重視，通過(guò)對(duì)抗震設(shè)計(jì)理論、減隔震技術(shù)的研究和應(yīng)用，對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震的安全性具有重要作用。

1 減隔震原理分析

隔震的最終目的是將橋梁結(jié)構(gòu)與可能破壞橋梁結(jié)構(gòu)的地面運(yùn)動(dòng)盡可能的隔離開(kāi)來(lái)。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，可以延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的周期，從而避開(kāi)地震的卓越周期，能夠有效的減少地震能量傳入到橋梁結(jié)構(gòu)中。但是，如果橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員延長(zhǎng)橋梁的結(jié)構(gòu)周期，就會(huì)增加橋梁結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)，很可能會(huì)增加橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度。除此之外，如果橋梁結(jié)構(gòu)較為柔軟，在正常荷載的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生有害的振動(dòng)。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可以增加橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼降低地震反應(yīng)，有效的控制橋梁結(jié)構(gòu)。

減隔震原理可以通過(guò)能量方程來(lái)理解。減隔震原理的能量方程是Ein=Eve Ee Ep Ei，在這個(gè)方程式中Ein代表地震傳入到橋梁結(jié)構(gòu)中的總能量；Eve代表著橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)能和彈性勢(shì)能的總和；Ee代表著橋梁結(jié)構(gòu)自身阻尼的消耗能量；Ep代表著橋梁結(jié)構(gòu)彈塑性變形造成的消耗能量；Ei代表著減隔震設(shè)備消耗的能量。由此可見(jiàn)，減隔震原理是將減隔震設(shè)備先進(jìn)入塑性階段，通過(guò)設(shè)備自身消耗更多的能量，減少橋梁結(jié)構(gòu)耗能和塑性耗能，從而降低橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度。

2 減隔震設(shè)備的具體分類

在我國(guó)應(yīng)用的減隔震技術(shù)主要分為兩類。一類減隔震設(shè)備是粘滯阻尼器，主要是有效的應(yīng)用粘滯阻尼器盡可能消耗更多的地震能量，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)局部關(guān)鍵位置的抗震安全性能；另一類減隔震設(shè)備是擺式滑動(dòng)摩擦支座和鉛芯橡膠隔震支座。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員主要是通過(guò)延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)周期的同時(shí)，有效的應(yīng)用這兩種減隔震設(shè)備消耗地震能量，從而提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。由此可見(jiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通過(guò)合理的應(yīng)用減隔震技術(shù)對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性能具有重要作用。

3 減隔震技術(shù)的應(yīng)用

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只有有效的應(yīng)用這些減隔震技術(shù)才能提高橋梁抗震的安全性能。因此，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該合理的運(yùn)用減隔震技術(shù)，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3.1 合理的應(yīng)用粘滯阻尼器

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用粘滯阻尼器提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。粘滯阻尼器具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，首先彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常值，在橋墩發(fā)生最大變形時(shí)，屈服力或者摩擦力常值會(huì)同時(shí)達(dá)到。但是，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為1時(shí)，會(huì)使橋墩變形最大化，阻尼力反而是最小值，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為零時(shí)，粘滯阻尼器的阻尼力會(huì)達(dá)到最大值，橋墩的變形最小。其次，是在溫度發(fā)生改變的情況下，彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由變形；在粘滯阻尼器發(fā)展蠕變的情況下，產(chǎn)生的抗震力幾乎為零，因此，應(yīng)用粘滯阻尼力是不會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用功能。

應(yīng)用粘滯阻尼器在橋梁中，一般都會(huì)將粘滯阻尼器設(shè)置在塔梁中間，加勁梁和橋邊墩中間或者加勁梁和輔助墩中間的位置。例如，在我國(guó)重慶峨公巖大橋是首先應(yīng)用粘滯阻尼器，并且將粘滯阻尼器設(shè)置在縱向加勁梁和橋臺(tái)之間的伸縮逢中。由此可見(jiàn)，合理的應(yīng)用粘滯阻尼器對(duì)于提高橋梁抗震安全性能具有重要作用。

3.2 合理的應(yīng)用擺式滑動(dòng)摩擦支座

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用擺式滑動(dòng)摩擦支座提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。擺式滑動(dòng)摩擦支座主要是將滑動(dòng)摩擦支座和鐘擺概念有效的結(jié)合起來(lái)，從而有效的構(gòu)成一種減隔震裝置，由于擺式滑動(dòng)摩擦支座的滑動(dòng)面是個(gè)曲面，通過(guò)曲面滑動(dòng)摩擦盡可能的消耗地震能量，為橋梁結(jié)構(gòu)自重提供必要的自復(fù)位能量，從而有效的利用鐘擺機(jī)理延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期。由于地震位移大小以及球面曲率半徑會(huì)影響到擺式滑動(dòng)摩擦支座的平面尺寸，因此擺式滑動(dòng)摩擦支座的平面尺寸相對(duì)較大。例如在我國(guó)蘇通大橋引橋和上海長(zhǎng)江大橋引橋上面都應(yīng)用了擺式滑動(dòng)摩擦支座，能夠有效的提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。

3.3 合理應(yīng)用鉛芯橡膠支座

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)過(guò)程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用鉛芯橡膠支座提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。鉛芯橡膠隔震支座的構(gòu)成是在分層橡膠支座中加入一些鉛芯，構(gòu)成一種減隔震裝置。由于鉛芯具有良好的力學(xué)性能，能夠和分層橡膠支座有效的結(jié)合起來(lái)，所以，鉛芯非常適合作為減隔震材料。除此之外，鉛芯橡膠支座的屈服剪應(yīng)力相對(duì)偏低，但是初始剪切剛度相對(duì)偏高，彈塑性能較強(qiáng)，并且塑性循環(huán)具有較強(qiáng)的耐疲勞性能。正是因?yàn)殂U芯橡膠支座具備較好的屈服強(qiáng)度和剛度，能夠滿足隔震系統(tǒng)的需求，因此鉛芯橡膠支座是國(guó)內(nèi)外橋梁結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中廣泛應(yīng)用的隔震裝置。例如，我國(guó)南疆線上的幾座鐵路橋就應(yīng)用了鉛芯橡膠支座，對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能具有至關(guān)重要的作用。

總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)減隔震技術(shù)對(duì)提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性的作用的分析和研究，從中深刻的認(rèn)識(shí)到在橋梁結(jié)構(gòu)中安裝減隔震裝置，對(duì)于提高橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性能具有重要意義。

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