論市政橋梁設(shè)計中隔震設(shè)計研究

蘇文婧

摘要：針對某橋梁工程實際情況，通過構(gòu)造分析并結(jié)合工程實際情況，決定采用自恢復(fù)搖擺技術(shù)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)隔震，在明確隔震設(shè)計原則，即安全性、耐久性、可行性、可監(jiān)控性與可更換性的基礎(chǔ)上，提出規(guī)范設(shè)計步驟，經(jīng)仿真模擬后，根據(jù)所得數(shù)值對設(shè)計效果進行驗證，最后得出本橋梁隔震設(shè)計合理可行且技術(shù)先進的結(jié)論，以此為類似新技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：橋梁設(shè)計；隔震設(shè)計；研究

隨著國內(nèi)橋梁建設(shè)的快速發(fā)展，新時期橋梁工程規(guī)模擴大，設(shè)計標準更高，同時其出現(xiàn)危害時所造成的損失更嚴重。特別是抗震性如果不過關(guān)，就非常容易在地震等作用下出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件損壞等問題，進而影響橋梁結(jié)構(gòu)使用的安全性和耐久性。而減隔震技術(shù)作為一項重要的抗震技術(shù)措施，可以顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震性，強化其在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用具有重要價值。

1、減隔震技術(shù)的應(yīng)用概述

1.1應(yīng)用機理分析

減隔震技術(shù)，主要是通過采取科學(xué)、合理的措施而達到隔振作用或減震作用，保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，具體應(yīng)用機理主要表現(xiàn)如下幾個方面：其一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用柔性支撐結(jié)構(gòu)，借此來對結(jié)構(gòu)周期進行延長，以便可以減弱地震作用下的地震反應(yīng)情況。其二，為了減小結(jié)構(gòu)在自振周期延長條件下所額外增加的結(jié)構(gòu)位移量，增加結(jié)構(gòu)的能量耗散能力和阻尼值，可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計中科學(xué)、合理地應(yīng)用一些阻尼器式能量耗散元件。其三，為了確保橋梁結(jié)構(gòu)在正常使用荷載作用下剛度的合理性，可以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中增設(shè)專門的間隔裝置，進行支撐整個橋梁結(jié)構(gòu)。為了減小結(jié)構(gòu)地震作用，可以通過延長結(jié)構(gòu)自振周期，減小結(jié)構(gòu)地震加速度反應(yīng)。但是這會在一定程度上增加結(jié)構(gòu)位移。在這種情況下，為了減小結(jié)構(gòu)自振周期延長，結(jié)構(gòu)位移增加的情況，可以適當?shù)卦黾咏Y(jié)構(gòu)的阻尼來抑制結(jié)構(gòu)的位移變化情況，從而起到良好的減隔震作用。通過在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入與應(yīng)用減隔震技術(shù)，可以顯著降低橋梁結(jié)構(gòu)所承受的地震荷載，同時可以改善其上部結(jié)構(gòu)各個支座之間的分布情況，保證橋臺和橋墩結(jié)構(gòu)在荷載作用下的穩(wěn)定性，避免破壞橋梁上部結(jié)構(gòu)。與此同時，鑒于減隔震技術(shù)在應(yīng)用中會增加上部橋梁結(jié)構(gòu)各個支座的阻尼值和柔度值，這樣可以減小地震荷載，改善下部結(jié)構(gòu)強度和荷載分布情況，且通過增加橫向阻尼減少扭轉(zhuǎn)平衡的擴大，減小抗震縫長度，從而可以提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性。

1.2隔震技術(shù)設(shè)計原則

在研究抗震措施的時候，我們一直秉承著可以承受小型地震，中型地震摧殘后可以得到修復(fù)，而如果遇到大型地震，那么橋梁和隧道可以不倒塌，為人民提供最基本的庇護。因此，這就對于隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計有著非常高的要求，不僅需要科學(xué)合理的設(shè)計，而且需要有較強的承載性和可變形性，只有通過多種原理的運用和結(jié)合才能達到一個較好的隔震作用，進而提高橋梁和隧道的安全性。隔震結(jié)構(gòu)從原理上來說就是利用加固層來減輕或者消耗地震風(fēng)波帶來的沖擊力。同時，由于一般的隔震結(jié)構(gòu)具有很強的阻力，所以能夠減少外部震動帶來的沖擊系，從而對橋梁等房屋建筑起到保護作用。

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

2.1精選減隔震設(shè)備

粘滯阻尼器。如圖1所示，該種減隔震設(shè)備作用原理上屬于一種耗能型設(shè)備，主要是通過裝置中活塞的前后運動產(chǎn)生壓力差，在壓力差作用下粘滯流體進入到節(jié)流孔中，而減震裝置會產(chǎn)生耗能和阻尼力。在地震產(chǎn)生過大震動力的作用下，相應(yīng)的橋梁變形速度相對較大，使粘滯阻尼器出現(xiàn)相應(yīng)的改變，從而在很大程度上削弱了橋梁結(jié)構(gòu)的變形程度。

圖1 粘滯阻尼器

如果在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中確定應(yīng)用粘滯阻尼器，那么設(shè)計人員要盡量將其設(shè)置在橋邊墩中間位置，整個橋梁中間位置，或者橋梁輔助墩和加勁梁的中間位置處。為了進一步增強其應(yīng)用效果，做好減隔震設(shè)備的科學(xué)設(shè)計，確保橋梁結(jié)構(gòu)具有良好抗震性，需要做好充分試算和分析，以便保證其設(shè)計的整體有效性。

鉛芯橡膠支座。該種減隔震設(shè)備也可以顯著提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保橋梁使用的安全性。，鉛芯橡膠支座結(jié)構(gòu)主要是將若干鉛芯加設(shè)在分層橡膠支座當中構(gòu)成一套完善的抗震結(jié)構(gòu)。由于鉛芯具有很強的力學(xué)性能，加強其同橡膠支座的有效結(jié)合提升鉛芯的抗震性能。

2.2橋梁減隔震設(shè)計方法

這些應(yīng)用和實踐說明，支座減隔震設(shè)計對于中小橋梁抗震具有很好的效果，應(yīng)該建立中小橋梁以支座減隔震為基礎(chǔ)的抗震設(shè)計體系。首先，根據(jù)橋梁重要性及地震設(shè)計等級選擇適宜的減隔震支座，常用的鉛芯支座、橡膠阻尼支座、球形抗震支座等，通過支座消耗地震能量并建設(shè)其對上部橋跨結(jié)構(gòu)的傳遞；其次，設(shè)置限位耗能裝置，通過限位裝置限制梁體的過大變形，并將能夠傳遞到臨時作用擋塊從而減少主體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；最后設(shè)置防落梁裝置和構(gòu)造，避免限位裝置不滿足耗能情況下梁體發(fā)生落梁問題，成為控制橋梁地震損害的最后一道屏障。減隔震支座設(shè)計的同時，需要保障其耐久性。

2.3強化細節(jié)設(shè)計

不同于普通橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，在引入減隔震技術(shù)、加入減隔震設(shè)備后，還需要做好一些細節(jié)設(shè)計，具體要點如下：在確保橋梁結(jié)構(gòu)隔震層設(shè)計合理性的同時要增強橋梁結(jié)構(gòu)的美觀性，確保其同地基具有良好連接性以及橋梁整體穩(wěn)定性和安全性；要保證隔震層上部結(jié)構(gòu)重心和水平剛度中心位置保持一致，避免二者過大偏差影響了橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗震性；要結(jié)合減隔震設(shè)備的豎向剛度來對其豎向負載能力進行準確計算，確保設(shè)備在發(fā)生水平移動的同時保證結(jié)構(gòu)的靈活性，提高抵抗自然災(zāi)害的能力，降低自然災(zāi)害對橋梁結(jié)構(gòu)的損害程度；提高豎向負載能力和水平高度，避免過大應(yīng)力損壞橋梁結(jié)構(gòu)，確保其具有良好的穩(wěn)定性，防范坍塌等意外事故的出現(xiàn)。

3、結(jié)束語

由于隔震系統(tǒng)對于我國橋梁隧道的建設(shè)具有非常重要的意義，所以近些年來不少建筑專家致力于研究隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和創(chuàng)新，為了減少地震給橋梁隧道帶來的損害，我們應(yīng)該將具體知識理論和實踐相結(jié)合，而且對于不同種類的橋梁和隧道，我們應(yīng)該設(shè)計出不同的隔震系統(tǒng)。因地制宜是我們應(yīng)該一直堅守的原則，只有對橋梁隧道建設(shè)周圍進行充分的勘察和研究，才能夠通過各種數(shù)據(jù)的收集來分析出最佳的設(shè)計方案。除此之外，在設(shè)計隔震系統(tǒng)的時候，工作人員應(yīng)該進行精密的測量和計算，最好采取線性計算方式進行設(shè)計，這樣才能保證隔震結(jié)構(gòu)的精準性。

參考文獻：

[1] 王禮友，史金偉.關(guān)于橋梁隧道設(shè)計中隔震設(shè)計的重要性分析[J].居舍，2018（25）：102.

[2] 李曉光.橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)應(yīng)用研究[J].江蘇科技信息，2018（24）：57-59.

（作者單位：天津瑞瑋工程技術(shù)咨詢有限公司）