橋梁抗震設計方法與減隔震技術研究

龔建勇

(四川省成都市核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司 61000)

橋梁抗震設計方法與減隔震技術研究

龔建勇

(四川省成都市核工業(yè)西南勘察設計研究院有限公司 61000)

隨著經濟發(fā)展，城市化進程不斷加快，橋梁建設數量不斷增加，為保證橋梁安全，在橋梁設計建造工作中必須加入抗壓設計，以保證橋梁工程順利建成并投入使用，本文主要探究橋梁抗震設計方法并對減隔震技術進行研究，由此證明，隨著橋梁抗震設計方法和減隔震技術的發(fā)展，橋梁震害將逐漸減少。

橋梁震害；抗震設計；減隔震

橋梁工程作為城市交通樞紐在抗震救災，危機處理等方面有著極其重要的作用，在地震災害發(fā)生之時，如果橋梁工程受到損害，將嚴重阻隔地震災區(qū)的交通生命線，使地震的危害性進一步擴大，給抗震救災和災后重建造成極大的阻礙。提高橋梁的抗震性能是減輕地震危害、加強區(qū)域安全的重要措施之一，根據對以往橋梁震害情況分析，可以將橋梁的主要破壞方式分為上部結構破壞、支座破壞、下部結構破壞和基礎破壞四種。

一、橋梁抗震設計方法探討

（一）基于強度基礎上的設計方法

在早期的橋梁抗震設計中，基本上都會采用基于強度基礎上的抗震設計方法，將地力作為靜荷載進行結構分析，以結構構件的剛度或強度作為判定結構是否失效的準則，目前來說，該種設計方法仍然有較多設計單位使用。

（二）基于延性基礎上的設計方法

根據橋梁結構的特點，部分設計人員提出了基于延性基礎上的抗震設計方法，此種方法主要是用地震力來修正系數調整彈性分析地震內力和反應譜加速度，以此滿足不同結構的延性需求。以美國的AASHTO橋梁設計規(guī)范為例，該規(guī)范主要針對橋墩、基礎、支座等構件，采用不同的R（地震反應修正系數），對彈性地震力進行折減，從而得到地震力設計值[1]。

（三）基于性能基礎的抗震設計

基于性能基礎上的抗震設計從理論上講是指抗震結構在受到不同等級地震作用下能實現預期目標的設計方法，基于性能基礎的抗震設計方法可以在一定的地震強度以內將人員傷亡、經濟損失控制在一定范圍之內，使橋梁可以在震后延續(xù)使用。此設計方法的特點是將抗震設計從宏觀定性過渡到具體量化，將抗震設計的目的從保障人們的生命財產安全轉化為滿足不同不同地震水平下的性能目標[2]。通過多方位、多層次的抗震設計來保障人民的生命財產安全，滿足建筑商所需的安全性能目標。

二、橋梁減隔震技術探究

（一）減隔震技術的概念和發(fā)展

減震是指通過人為的手段在橋梁結構的部分位置設置耗能構件和阻尼器，改變橋梁結構的動力性能，將橋梁結構吸收的地震能量進行結構性分散，從而使結構的地震反應降低。隔震主要是指通過對結構自振周期的延長來避開地震卓越周期并減少地震能量輸入，從而使結構的地震反應降低。減隔震技術應用于橋梁結構的想法由來已久，自減隔震技術出現開始就受到橋梁施工設計人員的廣泛重視。1973年建成的新西蘭Motu橋是實際上第一座應用減隔震技術的橋梁，該橋的上不隔震使用滑動支撐的方式，并由U形鋼彎曲梁提供阻尼。Motu橋建成后，橋梁建設中的抗震設計基本都采用減隔震技術。1984年美國第一次將減隔震技術應用在Sierra Point bridge的減震加固上，1990年美國新建的Sexton橋是美國第一座采用減隔震技術的橋梁。1990年日本建成第一座采用減隔震技術的橋梁宮川大橋，此橋采用鉛芯橡膠支座作為減震構件，是一座3跨連續(xù)鋼結構橋梁[3]。

（二）常用的減隔震裝置

1、分層橡膠支座。分層橡膠支座也被稱為板式橡膠支座，其結構構成是由薄鋼板與薄橡膠片相互交替結合而成，多采用圓形或矩形構成支座形狀。在進行抗震設計時，主要考慮的因素是阻尼作用和水平剛度。橡膠支座通過消耗變形過程中的能量來為支座提供阻尼，橡膠層變形的速度決定了阻尼的大小。一般來說用天然橡膠制作的支座阻尼約為5%-10%，分層橡膠提供的阻尼一般較小，因此在對減隔震橋梁設計過程中，常將分層橡膠支座與阻尼器綜合使用[4]。

2、鉛芯橡膠支座。在板式橡膠支座的中心或中部垂直壓入高純度鉛芯，可以有效高山制作的阻尼性能，這種支座就是鉛芯橡膠支座。鉛芯的屈服剪力較低，力學特性較好，初始剪切剛度較高，在使用中能夠較好的提供靜力荷載下的剛度和地震下的耗能能力，因此，鉛芯橡膠支座能夠良好的滿足減隔震的技術要求，在水平力較低的情況下，初始剛度較高，支座變形的幅度較小，當地震發(fā)生時，在地震力作用下，鉛芯微變形，適當降低剛度，演唱里結構的使用周期，并在一定程度上消耗了地震能量。

3、滑動摩擦型減隔震支座。也可將滑動摩擦型支座稱為聚四氟乙烯滑板支座，這種只做主要利用聚四氟乙烯材料與不銹鋼之間較低的摩擦系數制作而成的。這種支座的優(yōu)點十分明顯，將其作為橋梁的活動支架十分合適。當地震發(fā)生時，在地震力的作用下，上部支座將在摩擦面上經滑動摩擦型支座允許發(fā)生滑動摩擦現象，在地震力從上部結構轉移到下部結構時，滑動摩擦型支座將地震力限制為支座的最大摩擦力，從而大大消耗地震能量。此類制作的缺點是一旦發(fā)生移動，沒有自我復位能力，將滑動摩擦型支座用作隔震支座時，支座的可靠性無法預測，所以在使用中，一般講其與阻尼器與橡膠支座等組合使用[5]。

4、鋼阻尼器。鋼阻尼器耗能的原理是利用鋼材的可塑性。鋼阻尼器的優(yōu)點十分明顯，制作簡便費用較少，比較耐用，耗能能力大，在選擇鋼阻尼器時可以根據放置位置、空間、位移及連接結構的不同來選擇不同的阻尼器類型。

三、減隔震裝置的選擇

在進行橋梁減震系統(tǒng)設計時，應使系統(tǒng)滿足以下幾點要求：1、具備適當的柔軟度，使結構使用周期延長，分散地震力，減少地震災害程度。2、通過耗能裝置、阻尼器等耗散地震力，將支撐面處變形控制在一定范圍之內。3、有合適的屈服力和剛度，在正常使用時不會產生有害振動和屈服。

在對減隔震進行設計時，應將設計的重點放在分散地震力和提高耗能能力上，結構周期可以延后考慮，在選擇減隔震裝置時，盡量選擇結構簡單的裝置，并保證其范圍在力學性能范圍之內。另外選擇減隔震裝置時考慮其減震耗能能力，并能滿足正常荷載要求，因此在進行減隔震裝置時還要額外考慮以下幾點1、發(fā)生不同等級地震減隔震裝置都應有良好的豎向荷載支撐能力。2、減隔震裝置在廚師水平剛度方面應較高，橋梁在遇到較大風力或外在因素時不會產生有害振動和較大變形。3、當外界溫差過大引發(fā)上部支架變形時，減隔震裝置應產生比較低的抗力。4、減隔震裝置在使用中應該具備良好的復原能力，在遇到較大等級的地震時，橋梁的上部結構都能較好的回復到原有的位置。

結語：

隨著近幾年地震災害的頻發(fā)，人們對橋梁抗震的重視程度越來越高，對橋梁抗震性的依賴性越來越強，作為抗震防災，危機管理系統(tǒng)的橋梁工程在地震中如果受到傷害，將會造成交通癱瘓，給抗震救災工作造成極大的阻礙，提高橋梁的抗震性是減輕地震損害，加強區(qū)域安全的基本措施之一，隨著對抗震災害特性和橋梁工程震害特點的深入認識，橋梁抗震的設計方法也經歷了從強度、延伸性到性能的過程，伴隨著橋梁減隔震技術的發(fā)展和應用，將大大提高橋梁安全性，減輕損害，為災后重建提供有力保障。

[1]韓鵬，孟哲.淺談橋梁抗震方法與減隔震技術[J].山西建筑.2010,(16):291-193

[2]杜修力，韓強.橋梁抗震研究若干進展[J].地震工程與工程振動.2014,(4):1-14

[3]孫海鵬.卓衛(wèi)東.大跨度連續(xù)橋梁減震技術綜合論述[J].公里交通技術.2010,(5):152-153

[4]曲惠.吳衛(wèi)東.連續(xù)橋梁延性抗震設計與減隔震設計方法對比研究[J].上海建設科技.2011,(5):14-17+29

[5]王巖，王東升，孫志國.中日美橋梁減震設計規(guī)范的對比研究[J].地震工程與工程振動.2015,(5):73-79

TU7

B

1007-6344（2016）02-0097-01