橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中減隔震技術(shù)應(yīng)用分析

摘要：

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，我國(guó)的交通事業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，橋梁在其中就發(fā)揮著十分重要的作用。在橋梁的設(shè)計(jì)中，減隔震技術(shù)發(fā)揮著不容小覷的作用。該技術(shù)是橋梁抗震的重要條件，在地震發(fā)生時(shí)，其可以減少橋梁受到的損害，甚至可以避免橋梁受到損害。為此，就針對(duì)減隔震設(shè)計(jì)的原理、配備的設(shè)置以及在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的探討。

關(guān)鍵詞：

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

中圖分類號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672—3198（2015）21021501

1減隔震技術(shù)的基本原理

減隔震技術(shù)是通過結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)位置隔離地震能量、阻斷地震波的傳播。在減隔震設(shè)計(jì)中，通過附加阻尼的方法進(jìn)一步降低了地震地響應(yīng)，阻尼并不是自然裝置，而是施工人員人為的將其設(shè)置在橋梁結(jié)構(gòu)的某些位置，同時(shí)，耗能構(gòu)件在地震發(fā)生的時(shí)候，通過自身的結(jié)構(gòu)可以將地震的能量進(jìn)行吸收，從而讓橋梁的結(jié)構(gòu)在受到地震沖力的時(shí)候得到緩沖，使橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與完整性得到更好的保持。

減隔震技術(shù)包括兩大方面：減震技術(shù)和隔震技術(shù)。減震技術(shù)是指人為的將阻尼及耗能構(gòu)件設(shè)置在橋梁的結(jié)構(gòu)中，讓耗能構(gòu)件吸收地震波的能量；隔震技術(shù)是特殊的結(jié)構(gòu)類型，其具有振動(dòng)周期的特殊結(jié)構(gòu)，與減震技術(shù)有很大的不同。在地震發(fā)生的時(shí)候，可以輸出地震能量。兩種技術(shù)相互配合，能夠共同應(yīng)對(duì)強(qiáng)大的地震波，保護(hù)橋梁免受傷害。

2減隔震裝置技術(shù)的分類

2.1鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座是把一個(gè)或多個(gè)鉛芯插入到分層的橡膠中，形成緊湊的減隔震裝置，其在延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期的同時(shí)把地震的能量消耗掉。鉛芯具有良好的力學(xué)特性，能夠與分層橡膠支座進(jìn)行緊密的結(jié)合，同時(shí)良好的耐疲勞性與彈塑性使得其適合做減隔震材料。鉛芯橡膠支座的諸多特性能夠提供地震中所需要的耗能，同時(shí)能夠很好的滿足使用過程中的屈服強(qiáng)度和剛度，在橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中被廣泛的應(yīng)用。

2.2粘滯阻尼器

粘滯阻尼器是利用活塞運(yùn)動(dòng)前后的壓力差異，使黏滯流體通過節(jié)流孔，在這一過程中會(huì)產(chǎn)生阻尼力和耗能。

粘滯阻尼器有著以下幾個(gè)特征：第一，粘滯阻尼器沒有顯著的增加橋墩的受力。彈塑性阻尼裝置和摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常數(shù)值，在墩最大變形時(shí)這些值會(huì)同時(shí)達(dá)到，而粘滯阻尼器在應(yīng)用的過程中，如果阻尼器的參數(shù)為1，由于速度與反力成比例，在橋墩達(dá)到最大變形值的時(shí)候，粘滯阻尼器的阻尼力是最小的，數(shù)值接近于零，當(dāng)橋墩變形的速度達(dá)到最大的時(shí)候，橋墩的變化最小，其內(nèi)力也是最小的；第二，粘滯阻尼器不會(huì)影響橋梁的正常使用。受穩(wěn)定變化導(dǎo)致的變形作用，摩擦阻尼器與彈塑性阻尼器要自由變形必須先要克服裝置中的屈服力與摩擦力，而粘滯阻尼器在變形的過程中，產(chǎn)生的抗力幾乎為零。

2.3高阻尼橡膠支座

高阻尼橡膠支座采用石墨、添加纖維塑料或其他添加劑的高阻尼橡膠材料制成，高阻尼橡膠中的石墨細(xì)顆粒物或者是纖維塑料在摩擦的過程中生熱耗散運(yùn)動(dòng)的能量，該種支座減震耗能性較突出。

2.4滑動(dòng)摩擦型支座

在我國(guó)最常見的滑動(dòng)摩擦型支座是聚四氟乙烯滑板支座，該支座的摩擦板采用的是聚四氟乙烯（PTFE），與不銹鋼的摩擦系數(shù)僅為0.06，是中等噸位活動(dòng)支座的首選。在地震發(fā)生的時(shí)候，受地震作用，當(dāng)支撐在滑動(dòng)摩擦型支座上的梁體受到的摩擦力小于慣性力時(shí)，支座與梁體間的滑動(dòng)面就開始滑移，延長(zhǎng)了橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期。

2.5金屬阻尼器

技術(shù)阻尼器就是利用一些金屬材料，如：鉛、鋼等彈塑性變形的性能來吸收地震地能量，低屈服點(diǎn)的鋼材能夠制成剪切型阻尼器或者是彎曲性阻尼器。

3減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)際應(yīng)用案例

日本宮川大橋的建設(shè)就應(yīng)用了減隔震技術(shù)，該大橋建造于1991年，橋墩設(shè)計(jì)為墻式墩，主梁結(jié)構(gòu)是鋼板型，采用的是三跨連續(xù)的梁橋，其墩高為1km，采用的是鉛芯橡膠支座。

宮川大橋在沒有使用減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，把所有支座都假定為鉸接的情況下，其順橋向的基本周期為0.3s，而采用鉛芯橡膠支座的減隔震設(shè)計(jì)之后，該大橋的順橋向基本周期提高為0.8s，該種支座減隔震裝置的設(shè)計(jì)，在地震作用中，順橋向的基本周期都有著顯著的延長(zhǎng)，地震傳入到橋梁結(jié)構(gòu)中的能量也在減弱。

對(duì)于像宮川大橋自身剛度比較大的梁式橋梁來說，會(huì)受到較大的地震荷載，在其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中進(jìn)行減隔震技術(shù)的應(yīng)用，可以有效的降低橋梁整體結(jié)構(gòu)受到的地震荷載，更能夠?qū)Φ卣鹆M(jìn)行有效的分配。

減隔震支座對(duì)于不同的震波、不同的場(chǎng)地，減震效果也是不同的，我們具體分析不同的情況。第一種情況，滑板橡膠支座能在多種類型的橋梁建筑中取得比較滿意的減震效果，但是在使用的過程中要充分考慮產(chǎn)生高頻脈沖地震波的情況，應(yīng)用滑板橡膠支座要考慮支座長(zhǎng)度不足導(dǎo)致的落梁情況；第二種情況，鉛芯橡膠支座適用于大多數(shù)的場(chǎng)地類型，抗震的效果比較理想，但在施工場(chǎng)地比較軟的情況下，鉛芯橡膠支座的減隔震裝置就不能獲得理想的抗震效果；第三種情況，板式橡膠支座使用簡(jiǎn)便且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但減震效果不如鉛芯橡膠支座，且在基本周期偏大的時(shí)候，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響比較大。

4減隔震技術(shù)的適用條件

減隔震技術(shù)的應(yīng)用還是有一定的條件限制的，并

不適用于所有的情況。例如在橋梁建設(shè)周期過長(zhǎng)的情況下就不適合使用減隔震技術(shù)。基于此，在橋梁結(jié)構(gòu)抗震理念設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)單位要做好提前的準(zhǔn)備工作，確定好在橋梁的建設(shè)中是否使用減隔震技術(shù)。

以下幾種情況是適宜使用減隔震技術(shù)應(yīng)用的。

4.1角度方向

橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)及施工之前，施工的企業(yè)要針對(duì)不同的點(diǎn)預(yù)計(jì)地面運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)與規(guī)律，從不同的角度進(jìn)行觀察，符合橋梁結(jié)構(gòu)施工要求的就可以運(yùn)用減隔震技術(shù)。

4.2地震波的角度

地震波如果屬于高頻波，并且能量很集中，就可以使用減隔震技術(shù)，這需要施工單位施工前做好提前勘探的工作。

4.3橋梁結(jié)構(gòu)的角度

橋梁的結(jié)構(gòu)規(guī)范并且沒有梁墩過低或者是過高的情況，也可以使用減隔震技術(shù)，施工單位在進(jìn)行橋梁的設(shè)計(jì)時(shí)就能夠知曉是否適用減隔震技術(shù)。

5減隔震技術(shù)的缺點(diǎn)

5.1缺乏規(guī)范性

我國(guó)由于技術(shù)方面的限制，在減隔震裝置的設(shè)置上缺乏規(guī)范性，尤其在一些細(xì)節(jié)的處理上，更是缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的支持，如果不能很好的解決其規(guī)范性的問題，很可能會(huì)降低減隔震裝置的作用。

5.2適用的條件有限

不是所有的情況都適用減隔震技術(shù)，在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)之前要進(jìn)行前期考察，具體分析實(shí)際的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否適用減隔震裝置，如果在前期的準(zhǔn)備工作中做得不夠充分，很可能給橋梁未來的使用造成一定的局限性，也會(huì)增大橋梁潛在的危險(xiǎn)性。

5.3缺乏考驗(yàn)

在當(dāng)前設(shè)計(jì)出帶有減隔震裝置的橋梁沒有經(jīng)歷過真正的地震檢驗(yàn)，在性狀優(yōu)劣的問題上還需要進(jìn)一步考證，只有正真經(jīng)歷過地震，才能了解減隔震技術(shù)的應(yīng)用效果。

6對(duì)應(yīng)的策略

針對(duì)減隔震技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中存在的問題，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)該學(xué)習(xí)并了解地震發(fā)生的周期、強(qiáng)度等，確認(rèn)減隔震技術(shù)的使用范圍，國(guó)家也要出臺(tái)相應(yīng)的方針政策，規(guī)范橋梁建設(shè)的安全，尤其是在裝有減隔震裝置的橋梁，對(duì)其進(jìn)行抗震效果的判斷。要運(yùn)用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行實(shí)際情況的模擬，在進(jìn)行充分的論證與實(shí)驗(yàn)后才能進(jìn)行實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

[1]喬治.李，扎克.梁.罕遇地震作用下當(dāng)前減隔震技術(shù)的局限性[J].公路，2009，（05）.

[2]邵楠楠.橋梁結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)的研究[J].北方交通，2009，（06）.

[3]王統(tǒng)寧，劉健新，于泳波.近斷層地震動(dòng)作用下減隔震橋梁空間動(dòng)力分析[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào)，2009，（05）.

[4]燕斌，馮云成.廈漳跨海大橋南汊北引橋減隔震方案設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2010，（S2）.

[5]吳運(yùn)達(dá).淺析橋梁減隔震設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2010，（30）.

[6]張寧，Marioni，吳惠卿.橋梁減隔震設(shè)計(jì)與新型減隔震裝置[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸，2010，（06）.

[7]孔令俊，陳彥北，姜其斌.太白路橋減隔震設(shè)計(jì)分析[J].鐵道建筑，2012，（09）.