橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)及實(shí)踐要點(diǎn)

王 兆 斌

(山西省孝義公路管理段，山西 孝義 032300)

·橋梁·隧道·

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)及實(shí)踐要點(diǎn)

王 兆 斌

(山西省孝義公路管理段，山西 孝義 032300)

介紹了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)的原理，通過分析減隔震技術(shù)的類型，對粘滯阻尼器、鉛芯橡膠支座、擺式滑動摩擦支座等減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，使橋梁的設(shè)計施工更加安全、便利、實(shí)用。

橋梁，結(jié)構(gòu)，減隔震技術(shù)，應(yīng)用

科技的不斷發(fā)展與創(chuàng)新過程中，各個行業(yè)的技術(shù)水平都得到了快速的提升。在橋梁工程中，減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計上的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，使用這種技術(shù)能夠令橋梁在面對地震產(chǎn)生時不至喪失工作的能力。當(dāng)前各種設(shè)備都在不斷地更新與完善，使得減隔震技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用也逐漸得到了重視。

1 減隔震技術(shù)原理

所謂隔震就是令能夠?qū)е聵蛄航Y(jié)構(gòu)遭到破壞的地面運(yùn)動同橋梁結(jié)構(gòu)之間盡可能的實(shí)現(xiàn)分隔。為了令這個目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計人員會通過延長橋梁結(jié)構(gòu)周期的形式，使其同地震的卓越周期不會重疊，這樣就會有效的避免或者是減少橋梁結(jié)構(gòu)中傳入的地震能量。但是當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)的周期被設(shè)計人員延長之后，橋梁結(jié)構(gòu)就會在位移反應(yīng)上形成增加的可能，就會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計上極易出現(xiàn)難度增加的問題。此外，假若橋梁的結(jié)構(gòu)比較柔弱的話，面對正常的荷載作用，橋梁結(jié)構(gòu)甚至?xí)a(chǎn)生有害的振動。對此，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以通過對橋梁結(jié)構(gòu)在阻尼上實(shí)施增加的方式令地震反應(yīng)的程度降低，進(jìn)而對橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施有效地控制。

可以通過能量方程對減震原理加以理解。Ein=EveEeEpEi是減隔震原理的能量方程，此方程式中的Ein是指橋梁結(jié)構(gòu)或者地震傳入的總能量；Eve指的是橋梁結(jié)構(gòu)中動能與彈性勢能的總和；Ee指的是橋梁結(jié)構(gòu)自身阻尼所消耗的能量；Ep指的是橋梁結(jié)構(gòu)因?yàn)槌霈F(xiàn)了彈塑性的變形進(jìn)而產(chǎn)生的能量消耗；而Ei指的是減隔震設(shè)備自身消耗的能量。如此，可以看出減隔震的原理指的就是令減隔震設(shè)備首先進(jìn)入到塑性階段，隨之通過設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)更多能量的消耗，使橋梁結(jié)構(gòu)在耗能與塑性耗能方面能夠減少，進(jìn)而使橋梁結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)破壞程度的降低。

2 減隔震技術(shù)的類型

當(dāng)前我國在橋梁工程中投入使用的減隔震技術(shù)主要劃分成兩個類別，其中之一是粘滯阻尼器，通過粘滯阻尼器的有效應(yīng)用能夠使地震中產(chǎn)生的很多能量得以消耗，進(jìn)而令橋梁結(jié)構(gòu)中某些關(guān)鍵性的位置可以得到抗震安全性能的提升；而另外一種減隔震技術(shù)設(shè)備使用的是鉛芯橡膠隔震支座與擺式滑動摩擦支座，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)減隔震的原理就是當(dāng)設(shè)計人員在對橋梁結(jié)構(gòu)周期進(jìn)行延長的同時，對這兩種設(shè)備進(jìn)行有效地應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地震能量的消耗，最終令橋梁結(jié)構(gòu)能夠得到抗震安全性能的極大提升。

3 減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1 粘滯阻尼器在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要對怎樣使粘滯阻尼器能夠在提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性能方面得到有效地應(yīng)用進(jìn)行充分的思考。使用粘滯阻尼器實(shí)際上是有著其本身的獨(dú)特優(yōu)勢的，首先需要知道的就是摩擦阻尼裝置或者是彈性阻尼裝置在摩擦力與屈服力方面都是常值，而面臨橋墩出現(xiàn)了最大化的變形時，摩擦力與屈服力能夠同時達(dá)到常值；若阻尼器的參數(shù)是1時，能夠?qū)е聵蚨粘霈F(xiàn)最大化的變形，阻尼力卻停留在最小值上；而當(dāng)阻尼器的參數(shù)是0時，會令粘滯阻尼器產(chǎn)生的阻尼力達(dá)到最大值，此時橋墩產(chǎn)生的變形程度是最小的。此外，當(dāng)溫度發(fā)生了變化以后，兩種阻尼裝置必須在克服了摩擦力與屈服力的條件下才能實(shí)現(xiàn)自由的變形；當(dāng)粘滯阻尼器在蠕變發(fā)展的時候，幾乎不會產(chǎn)生抗震力，可見使用粘滯阻尼器對橋梁結(jié)構(gòu)的功能并不會產(chǎn)生影響。在橋梁結(jié)構(gòu)中使用粘滯阻尼器，通常都會在塔梁中間、加勁梁與輔助墩中間以及橋邊墩中間等這些位置進(jìn)行粘滯阻尼器的設(shè)置。

3.2 鉛芯橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要對怎樣使鉛芯橡膠支座能夠在提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性能方面得到有效地應(yīng)用進(jìn)行充分的思考。之所以稱作是鉛芯橡膠隔震支座，就是指在分層橡膠支座中將一些鉛芯加入了進(jìn)來，進(jìn)而構(gòu)成了一種具有減隔震功能的裝置。因?yàn)殂U芯在力學(xué)方面能夠展現(xiàn)出良好的性能，同分層橡膠能夠?qū)崿F(xiàn)高效的結(jié)合，因此，在減隔震材料的選擇上鉛芯是十分恰當(dāng)?shù)摹４送?，鉛芯橡膠支座在屈服剪應(yīng)力方面會呈現(xiàn)出相對較低的現(xiàn)狀，而初始情況下展現(xiàn)出的剪力剛度是較高的，有著較強(qiáng)的彈塑性，同時塑性循環(huán)在耐疲勞性能方面也能展現(xiàn)出較強(qiáng)的效果。之所以鉛芯橡膠支座能夠在橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用就是因?yàn)槠湔宫F(xiàn)出的屈服剛度與強(qiáng)度均十分良好，同抗震系統(tǒng)提出的要求相符合。

3.3 擺式滑動摩擦支座在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

在對橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需要對怎樣使擺式滑動摩擦支座能夠在提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震安全性能方面得到有效地應(yīng)用進(jìn)行充分的思考。擺式滑動摩擦支座的設(shè)計將鐘擺概念與滑動摩擦支座進(jìn)行了很好的結(jié)合，進(jìn)而構(gòu)造形成了一種十分有效的減隔震裝置，擺式滑動摩擦支座存在一個曲面形式的滑動面，地震能量能夠從曲面滑動摩擦中得到盡可能多的消耗，使得橋梁結(jié)構(gòu)能夠在自重上得到十分重要的自復(fù)位能力，進(jìn)而使橋梁結(jié)構(gòu)在振動周期上可以通過鐘擺機(jī)理得到有效地延長。因?yàn)橹ё谄矫嫔系某叽鐣驗(yàn)榍蛎媲实陌霃揭约暗卣鹞灰频拇笮∈艿揭欢ǖ挠绊懀灾ё矫嬖诔叽绲脑O(shè)置上通常較大。

4 結(jié)語

面對近年來頻發(fā)的地震災(zāi)害，橋梁工程對減隔震技術(shù)進(jìn)行了不斷的研究與完善。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，粘滯阻尼器、鉛芯橡膠隔震支座以及擺式滑動摩擦支座是減隔震技術(shù)中經(jīng)常使用的三種裝置，通過對橋梁結(jié)構(gòu)振動周期的延長，能夠使橋梁獲得安全抗震性能的提升。

[1] 邱金亮,方水平.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用[J].黑龍江交通科技,2014(9):125-126.

[2] 彭晶蓉.橡膠緩沖裝置物理性能試驗(yàn)及其抗震性能分析[D].武漢：武漢科技大學(xué),2013.

[3] 吳桂安.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用分析[J].黑龍江交通科技,2014(11):101.

[4] 陳玉龍.斜靠式拱橋抗震性能及隔震支座減隔震效果分析[D].長沙：中南大學(xué),2012.

[5] 楊 潔.SMA絞線復(fù)合支座的設(shè)計及其橋梁隔震效果分析[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué),2012.

Seismic isolation and reduction technology and practical points in bridge structure design

Wang Zhaobin

(ShanxiXiaoyiHighwayAdministrationSection,Xiaoyi032300,China)

The thesis introduces seismic reduction and isolation technology principles in bridge structure design, analyzes seismic reduction and isolation technology types, and studies the application of viscous damper, lead-rubber bearing, sliding friction bearing and other seismic reduction and isolation technology in bridge structure design, with a view to make the bridge design safe, convenient and applicable.

bridge, structure, seismic isolation and reduction technology, application

2015-06-24

王兆斌(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0161-02

U441.3

A