橋梁抗震設(shè)計研究與新技術(shù)應(yīng)用

張世杰

山東通惠交通工程咨詢有限公司 山東濟(jì)南 250100

工程概況：某公路段，介于東經(jīng)95°07′56～95°49′12″，北緯40°32′35～41°47′27″之間。段路基寬12m，路面寬9m，瀝青路面，橋涵荷載標(biāo)準(zhǔn)為汽-13、掛-60或汽-20、掛-100。2009年改公路工程建設(shè)，采用新建一幅，利用原國道312線空間改建一幅的方案，因此國道312線基本被完全占用。對本項目進(jìn)行全面改建，不僅對于完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、提高道路服務(wù)水平、加快社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮重要的作用，而且對于方便沿線群眾生產(chǎn)生活具有十分重要的意義。

1 橋梁抗震設(shè)計研究

1.1 橋面結(jié)構(gòu)支座設(shè)計

橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要加強(qiáng)橋床板的連續(xù)結(jié)構(gòu)。為了在位移發(fā)生時不使主梁落梁，需要設(shè)定充分的加固寬度。另外，應(yīng)適當(dāng)?shù)財U(kuò)展蓋梁和支座的寬度，追加位移防護(hù)裝置。在沒有固定支座的情況下，通過設(shè)置移角鋼或者擋塊的加設(shè)方式增加抗震設(shè)計。

1.2 基于橋梁材料延性的設(shè)計方法

橋梁工程施工主要由以下幾部分組成，分別是混凝土鋼結(jié)構(gòu)、錨固件、鋼索結(jié)構(gòu)、橋墩結(jié)構(gòu)、支座、橋梁等，核心施工材料是混凝土與各種類型的金屬材料。在橋梁抗震設(shè)計過程中，從施工材料延性與橋梁結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析與設(shè)計，保證橋梁抗震性能得到更好提升。設(shè)計人員可以假設(shè)模擬地震力，采用材料更換方法，綜合對比相同地震力作用下橋梁工程的可靠性，并根據(jù)橋梁工程結(jié)構(gòu)特征，開展抗震設(shè)計工作。

1.3 橋梁結(jié)構(gòu)跨度設(shè)計控制

在地震區(qū)域進(jìn)行建設(shè)的過程中，要不斷的加強(qiáng)橋面的連續(xù)結(jié)構(gòu)。橋梁的跨度不均勻時，墩身的剛性不等，特別容易受到損傷。此時，可調(diào)整各墩的剛性，以便通過在墩頂?shù)闹С辛Φ拇笮∵M(jìn)行調(diào)整，使得剛性能夠得到進(jìn)一步的保證。地震區(qū)域的跨度不應(yīng)該太長?？缍仍酱?，墩柱受到的軸力越大，最終橋墩的延展力就越小[1]。

1.4 基于不倒塌的橋梁抗震設(shè)計方法

該設(shè)計方法重點介紹以下兩種規(guī)范，AASHTO—LRFD提出的設(shè)計規(guī)范與Caltrans橋梁設(shè)計規(guī)范。規(guī)范中明確指出，水平荷載為水平力效應(yīng)，是彈性地震反應(yīng)系數(shù)與橋梁上部結(jié)構(gòu)的等效重量的乘積。AASHTO—LRFD設(shè)計方法，設(shè)計人員需要明確AASHTO—LRFD場地系數(shù)，可以根據(jù)橋梁土剖面類型，確定最終的場地設(shè)計系數(shù)。

2 橋梁抗震設(shè)計新技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 H D R高阻尼隔震橡膠支座的具體應(yīng)用

HDR高阻尼隔震橡膠支座能夠有效簡化成雙線性恢復(fù)力學(xué)模型，橋梁抗震設(shè)計人員運用有限元分析軟件構(gòu)建相應(yīng)的橋梁空間有限元模型。其中，工程中的主梁與橋墩全部采用三維梁單元，橫向隔板的荷載與二期恒荷載為橋梁單元附加重量，采用有限元軟件分析方法，構(gòu)建樁基模型。當(dāng)?shù)卣鹱饔帽容^強(qiáng)烈時，橋梁結(jié)構(gòu)會直接進(jìn)入到彈塑性狀態(tài)，發(fā)生彈塑性變形，地震作用力主要破壞橋梁墩柱。因此，橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能和墩柱的延性變形有密切聯(lián)系。運用HDR高阻尼隔震橡膠支座之后，通過在橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)分別設(shè)置隔震層，如果發(fā)生地震，橋梁的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)處于隔離狀態(tài)，隔震支座滯回效能的發(fā)揮，使得橋墩承受的剪力與彎矩不斷減小，橋墩頂部的縱向位移與橫向位移減小，具有良好的減隔震效果[2]。

2.2 減隔震技術(shù)應(yīng)用方法

2.2.1 地基減隔震技術(shù)

地基減隔震技術(shù)就是針對橋梁地基結(jié)構(gòu)來進(jìn)行防護(hù)的技術(shù)，主要存在兩種類型，即屏蔽隔震和絕緣隔震。屏蔽隔震是在橋梁結(jié)構(gòu)的周邊地帶進(jìn)行開槽，之后將屏蔽板埋入槽內(nèi)即可，原理上可以有效阻隔部分地震力學(xué)波，尤其適用于周期較長的地震條件下；絕緣隔震是依靠剛度較高或者質(zhì)地柔軟的地基來抵消建筑地基的輸入波，以此起到減隔震作用，原理上為“逸散衰減”。目前，兩種地基減隔震技術(shù)中，最常用的方法為屏蔽隔震，但是此方法存在一個缺點，即在直下型輸入波條件下，無法發(fā)揮任何功能，說明該方法的局限性[3]。

2.2.2 鋼阻尼器設(shè)計與應(yīng)用

橋梁減震設(shè)計當(dāng)中，鋼阻尼器的應(yīng)用廣泛，由于鋼阻尼器的可塑性，可以達(dá)到應(yīng)有的減震效果，具有較高的可操作性能，并且施工成本低、耐用性好。因為剛阻尼器具有較好的可塑性，在不同類型的橋梁工程中均取得良好應(yīng)用效果。對于橋梁抗震設(shè)計人員來講，要明確鋼阻尼器的安裝位置，結(jié)合橋梁空間的差異性，最終確定鋼阻尼器安裝位置。

2.2.3 上部結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)

上部結(jié)構(gòu)減隔震技術(shù)作用于橋梁基礎(chǔ)上方所有結(jié)構(gòu)，主要由隔震裝置來實現(xiàn)。應(yīng)用當(dāng)中，將隔震裝置安裝在橋梁上部結(jié)構(gòu)下方（上部結(jié)構(gòu)以基礎(chǔ)之間）即可，根據(jù)隔震裝置產(chǎn)品種類，此應(yīng)用方式可以分為附加振動隔震方式、能量吸收隔震方式兩種，附加振動隔震方式主要在振動結(jié)構(gòu)周邊，附加建設(shè)一個與橋梁本身載荷無關(guān)的振動體，此時當(dāng)振動結(jié)構(gòu)出現(xiàn)振動后，應(yīng)力會被轉(zhuǎn)移到附加振動體上，可以抵消部分地震影響。能量吸收隔震方式原理與上述基礎(chǔ)減隔震技術(shù)相同，因此不多加贅述，但兩者的區(qū)別在于，此處能量吸收隔震方式的實現(xiàn)主要通過阻尼裝置來實現(xiàn)[4]。

3 結(jié)語

綜上，通過提升橋梁工程抗震設(shè)計水平，妥善運用新技術(shù)，本橋梁工程抗震設(shè)計已經(jīng)順利完成，經(jīng)過全面檢測之后，工程的各項技術(shù)指標(biāo)均符合相關(guān)規(guī)定，橋梁工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)，能夠為后續(xù)施工提供良好條件，說明以上的設(shè)計理念與新技術(shù)科學(xué)可行，可以為相關(guān)工程提供有效參考，保證橋梁施工質(zhì)量得到更好提升。