淺析橋梁隔震設(shè)計(jì)

彭立寧

【摘要】：近年來，我國城市交通事業(yè)迅猛發(fā)展，城市交通工程的開展的要求也越來越多，所以，非常有必要健全橋梁設(shè)計(jì)體系。因此，本文淺析了橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)，介紹了加強(qiáng)橋梁隔震設(shè)計(jì)的重要性，概述了橋梁隔震設(shè)計(jì)的理論，并提出了橋梁隔震設(shè)計(jì)的方法。

【關(guān)鍵詞】：橋梁 隔震 設(shè)計(jì) 研究

【前言】：橋梁具有極強(qiáng)的社會公共性，必須具有較高的安全可靠性，尤其是具有較強(qiáng)的抗震性能，從而確保交通運(yùn)輸?shù)陌踩?。因此，橋梁工程設(shè)計(jì)人員在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，必須通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在確保橋梁結(jié)構(gòu)正常使用功能的前提下，依靠隔震裝置延長結(jié)構(gòu)周期，消耗地震能量，降低橋梁結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，提高橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性，可以有效地減少地震后的損失。

一、橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的重要性

1.橋梁隔震設(shè)計(jì)的重要性

橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)指的是在橋梁建設(shè)時(shí)安裝隔震器，它可以使橋梁在水平方向上得到柔性支承，這樣就使水平方向上的周期延長，另外還要安裝阻尼器來，這樣做是為了提高橋梁的阻尼效應(yīng)，可以再地震發(fā)生時(shí)降低地震的作用。近些年，國外一些發(fā)達(dá)國際在橋梁的隔震設(shè)計(jì)方面加強(qiáng)了研究取得了很多重大的突破。但我國在這些方面還比較落后，研究還處于初級階段且缺乏系統(tǒng)性，主要一些方法大多采用國外的研究經(jīng)驗(yàn)和成果。

2.橋梁隔震設(shè)計(jì)的好處

在橋梁的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)隔震設(shè)計(jì)，可以有效地改善和分解地震后的地震力在各結(jié)構(gòu)支座間力的分布情況，這樣可以保護(hù)橋梁的基礎(chǔ)部位，同時(shí)對橋梁的上部結(jié)構(gòu)可以有效地支撐和保護(hù)。在橋梁設(shè)計(jì)中的相關(guān)隔震設(shè)計(jì)可起到調(diào)節(jié)橫向剛度的作用，這樣可以改善橋梁結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)平衡的問題，有效地降低了地震力。在橋梁設(shè)計(jì)中的上部結(jié)構(gòu)時(shí)，采用隔震減少甚至消除地震后橋梁的上下部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的超出建設(shè)彈性范圍的現(xiàn)象，防止超出彈性范圍后局部部位發(fā)生變形。在橋梁設(shè)計(jì)中進(jìn)行隔震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以取得比普通抗震設(shè)計(jì)更好的抗震效能，這樣就在不增加工程造價(jià)的情況下，還提高了工程的質(zhì)量。在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中采用的隔震支座若在正常使用條件下，由于溫度的變化或者其它的形變而發(fā)生變化，它們的形變相對也較小，這樣就能為城市建設(shè)中高架橋梁設(shè)計(jì)中多跨連續(xù)梁橋的采用，即減小伸縮縫的使用提供了方便。與那些未采用隔震設(shè)計(jì)的橋梁相比較，采用了隔震設(shè)計(jì)的橋梁可以在經(jīng)歷了較大的地震后，較容易地更換隔震設(shè)計(jì)和裝置，且維修的時(shí)間相對較短，維修的費(fèi)用也相對較低。

二、橋梁隔震設(shè)計(jì)理論概述

1.隔震技術(shù)的原理

隔震是抗震方式發(fā)展的一種新形式和新趨勢，它的作用是通過減小而并非抵抗地震的作用來起到橋梁的保護(hù)結(jié)構(gòu)不受損、橋梁的抗震能力增強(qiáng)的效果。在通常的橋梁設(shè)計(jì)和施工中，提高橋梁抗震效果的方法通常是通過提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和變形能力。與之相對比，橋梁的隔震設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)在于引入了柔性裝置的設(shè)計(jì)，這樣做就使橋梁的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以與水平地面運(yùn)動在一定程度上的關(guān)聯(lián)性減少，使重要構(gòu)件在地震后不會發(fā)生破壞性的損傷，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度比地面的加速度小。

2.隔震技術(shù)的特點(diǎn)

隔震技術(shù)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的的應(yīng)用，主要目的就是為了利用這些隔震裝置達(dá)到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量和降低地震后結(jié)構(gòu)毀壞和變化的效果。在橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的因素就是要求要有合理的設(shè)計(jì)，使相關(guān)的抗震系統(tǒng)構(gòu)件能夠具有較強(qiáng)的彈性和可塑性。隔震技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的采用，一方面可起到減少工程造價(jià)同時(shí)提高工程效能的效果，它往往要比常規(guī)的抗震設(shè)計(jì)的抗震性能高，可以有效地保護(hù)橋梁墩柱，達(dá)到降低橋梁墩柱延性需求的作用和目的；另一方面上部結(jié)構(gòu)中隔震措施的采用可以有效地減小或者消除地震后橋梁的下部結(jié)構(gòu)超出彈性范圍的反映和現(xiàn)象，對于那些在地震后難以檢查或者修復(fù)的地方，隔震設(shè)計(jì)可以避免在這些部位發(fā)生嚴(yán)重的非彈性變形。

3.橋梁隔震設(shè)計(jì)的基本原則

橋梁隔震設(shè)計(jì)是加強(qiáng)橋梁抗震性能的重要要求，但在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守以下幾個(gè)基本原則，只有認(rèn)真遵守這些原則，才能有效地、切實(shí)地提高橋梁抗震效能，這些原則分別是：應(yīng)對橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的考察，考察應(yīng)當(dāng)以其周期增長后系統(tǒng)能否有效地提高地震時(shí)能量的吸收，且以這個(gè)為判斷的判據(jù)。對于不適合進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的橋梁地段，不能盲目地進(jìn)行施工。隔震裝置在橋梁設(shè)計(jì)中若被采用，則它的上部結(jié)構(gòu)在地震后會產(chǎn)生相對的位移，這將對橋梁的后期使用和功能產(chǎn)生影響，因此在地震后，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對隔震裝置的修補(bǔ)和完善。若在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用了相關(guān)的隔震措施，那么應(yīng)當(dāng)保證橋梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震設(shè)計(jì)所起到的抗震性能的大小。應(yīng)當(dāng)對采用隔震措施橋梁附近的地質(zhì)環(huán)境以及橋梁地基進(jìn)行科學(xué)地研究和勘測，隔震橋梁附近應(yīng)當(dāng)具有較為堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)條件。在采用隔震裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地選擇和采用那些結(jié)構(gòu)簡單且同時(shí)符合所需隔震性能的裝置，且應(yīng)當(dāng)保證在其力學(xué)性能的范圍內(nèi)科學(xué)地采用。

三、橋梁的隔震設(shè)計(jì)

1.隔震裝置的設(shè)計(jì)

隔震裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的設(shè)計(jì)是隔震橋梁抗震設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方面。隔震裝置的設(shè)計(jì)是隔震設(shè)計(jì)的中心，當(dāng)前，在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中較為普遍采用的方法是彈性反應(yīng)譜法，這種方法被大部分國家采用，但有不同的規(guī)范，主要有美國的、日本的和歐洲的規(guī)范，它們之間區(qū)別不大，主要在于計(jì)算公式的不同，這些計(jì)算公式是指隔震裝置等效剛度的計(jì)算和和等效阻尼的計(jì)算，與之相對比，那些復(fù)雜性強(qiáng)或較為不規(guī)則的橋梁，較為常用的方法是時(shí)程方法。彈性反應(yīng)譜方法之所以得到普遍采用，一方面是因?yàn)槭┕r(shí)計(jì)算的相對簡單，另一方面是因?yàn)樗同F(xiàn)有的規(guī)范計(jì)算方法很接近，這樣便易于接受，最后應(yīng)當(dāng)引起注意的是眾所周知隔震裝置的等效剛度和等效阻尼的計(jì)算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關(guān)的，繼而隔震裝置的變形又與整個(gè)橋梁的地震響應(yīng)程度有關(guān)系，所以客觀上要求我們對于采用彈性反應(yīng)譜方法進(jìn)行的隔震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)不斷完善和變化的過程。由于在具體的計(jì)算中，對于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和達(dá)到?jīng)]有直接的公式可采用，因此這就要求設(shè)計(jì)人員對橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的程度有較好的掌握和預(yù)估，地震發(fā)生后，較為熟練的工程師可以依據(jù)其長期工作的經(jīng)驗(yàn)初步地制定設(shè)計(jì)方案，方案完成后，再用一系列的時(shí)程來分析和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否合理。

2.細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)

橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中同樣發(fā)揮著巨大的作用，這些附屬結(jié)構(gòu)和構(gòu)件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過對諸多震害調(diào)查的分析和動力時(shí)程分析我們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造是影響橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)和隔震效果的重要方面。但當(dāng)前普遍存在的問題是大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員會忽略細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)、將其置于次要地位，另外一方面這也是由于在地震響應(yīng)的計(jì)算時(shí)附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法較為復(fù)雜造成的。在細(xì)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)具有良好的連續(xù)性。

【結(jié)語】：橋梁隔震設(shè)計(jì)是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必要內(nèi)容，可以提高橋梁工程質(zhì)量，從而提高橋梁工程結(jié)構(gòu)安全性。因此，要通過合理的隔震設(shè)計(jì)方案，在橋梁結(jié)構(gòu)的周期、動力特性以及耗能等方面通過相應(yīng)的設(shè)計(jì)，來降低橋梁結(jié)構(gòu)在地震中的動力響應(yīng)，提高橋梁的抗震性能，完善我國國內(nèi)橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)，確保橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營使用階段的安全可靠。

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