橋梁抗震設計要點及減隔震技術的應用

王兆旦，王華，逄鵬程

（北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100032）

1 引言

橋梁為我國的交通提供了無數便利，極大地改善了人們的出行，但安全問題也隨之越來越明顯。我國是一個頻繁發(fā)生地震活動的國家，而地震會對橋梁安全造成嚴重的威脅，如海城地震、唐山地震、汶川地震等都給人類留下不可磨滅的損失，對廣大人民群眾的生命安全造成嚴重威脅，且給整個國家經濟所造成的損失無法挽回。基于此，人們需要高度重視橋梁結構抗震性能的研究。在傳統(tǒng)抗震思想中，為促進結構強度、剛度的顯著提高，可以通過截面尺寸的增大、配筋的增加來實現，利用這種“以鋼代鋼”的方法，能夠促進結構上部所傳遞的地震效應的顯著增強，破壞一些薄弱部位，由此會對整個橋梁安全造成嚴重影響。橋梁減隔震技術是重要的抗震技術措施之一，其能夠解決傳統(tǒng)抗震思想弊端，還能夠促進橋梁結構抗震性能的進一步提高，從而最大限度地減少地震對橋梁的破壞。因此，它在橋梁結構設計中的應用具有重要價值。

2 橋梁抗震設計要點

橋梁設計中的隔震設計可以充分提高橋梁的減震效果，將地震時的震害降到最小。近年來，歐美等發(fā)達國家對隔震設計進行了研究和試驗，取得了一些成果。但我國在這方面與國外還有一定的差距，目前的設計方法多是借鑒國外的研究經驗。橋梁隔震設計的目的是減少地震引起的損失?？梢栽谝欢ǔ潭壬咸岣邩蛄航Y構的穩(wěn)定性，從而保證橋梁結構能夠達到預期的抗震效果。此外，在隔震設計工作中，設計者還可以克服橋梁結構的不平衡，即減小地震對橋梁的影響。與一般抗震設計相比，隔震設計的抗震效果明顯提高，在不顯著增加造價的前提下，橋梁的整體質量得到充分保證。在隔震設計中采用隔震支座后，外部因素的影響明顯減小，震后可以更換隔震裝置，從而提高了橋梁的安全性【1】。

3 橋梁抗震設計實現途徑

減隔震技術所實現的隔震或減震效果主要利用的是科學、合理的操作方式，在受到地震的情況下保證不會出現嚴重的損壞情況。具體工作原理如下：

1）在結構設計過程中盡量采用柔性支撐結構形式，通過設置這種結構形式來延長周期，降低地震多造成的比例影響。

2）縮短自身周期并且延長結構位移量，可以借助結構能量耗散能力與阻尼值增加的方式來實現，為此需要將一些合理的阻尼器式能量耗散基礎元件應用到橋梁結構設計當中。

3）為更好地滿足橋梁結構在正常試用下的荷載要求與剛度要求，需要將一定間隔部件合理地設置在橋梁結構中，便于將整個橋梁結構支撐起來。為更好地降低地震所造成的不良影響，結構自振周期需適當延長，且需要盡可能地減小結構地震的加速度反應。然而，這種設計方案會導致結構位移量的顯著增加，這時為促進結構自振周期的顯著減少 ，防止造成不必要的結構位移增加與位移量過大，就需要合理地增加阻尼結構，最終能夠滿足減隔震的效果要求。

4 橋梁減隔震技術探索

4.1 橋梁工程設計中的隔震設計原則

1）研究橋梁是否適合采用隔震設計，分析橋梁的隔震設計是否合適，并判斷系統(tǒng)在地震后如何提高能量吸收能力。如采取隔離措施，應盡量采用結構簡單、性能適宜的裝置。

2）盡量采用對稱結構，防止結構在地震作用下不平衡力過大而導致橋梁倒塌。實施隔震措施后，可以改變結構周期，防止地震共振，減小對橋梁的地震力，發(fā)揮一定的抗震效果，提高其穩(wěn)定性。

3）注意橋梁的完整性。如果橋梁整體性不好，不僅會使結構的空間功能得不到充分發(fā)揮，而且結構構件和非結構構件也容易脫落。必須保證上部結構盡可能連續(xù)，同時采用有利于提高整體性的連接方式，并在各連接點設置減震措施，以提高橋梁的穩(wěn)定性。

4）在橋梁抗震設計中可以設置相應的結構措施，提高橋梁結構的抗震性能，為橋梁的安全穩(wěn)定提供有力保障，最大限度地避免橋梁的坍塌【2】。

4.2 墩臺結構的抗震加固措施

通常情況下，橋梁橋墩的設置都比較高，因而面臨很大的危險性。提高結構延性在橋墩抗震設計中是一種比較常見的加固措施，在山區(qū)開展高橋墩設計工作時需要充分借助鋼混結構并采用空心截面，或者將系梁設置在橫向墩柱之間，如此一來能夠促進結構之間連接性的不斷增加，又或者可以結合受力情況適當地增大柱的直徑。另外，為促進結構延性、抗剪性能的進一步提高，可以將加密箍筋增設到樁柱的連接位置和墩柱的端部位置，這對于其抗震能力的提高至關重要。而橋臺不僅可以采用與橋墩相同的措施，而且為了緩沖地震作用下所造成的結構變形，還可以將彈性墊塊增設到梁與擋塊連接處及梁與橋臺連接處，為提高其抗剪能力，可以通過增設樁柱的方式，這對于有效規(guī)避抗震所造成的風險和促進結構安全性能的提高至關重要。

4.3 做好實地考察

減隔震技術的應用并非在全部條件下的橋梁設計方案中都適用，因此，橋梁設計人員在確定設計方案時必須深入現場進行全面分析與考察，對現場地質條件進行充分了解，如橋梁施工地點的土質硬度、地基穩(wěn)定性、橋梁結構周期延長過程中是否會出現共振等各種問題。在深入了解這些問題和實際情況以后，需要確定隔震技術是否可以在橋梁設計中應用取得良好的效果。此外，在全面勘察橋梁施工現場后，需要對這項技術的實用性進行綜合分析。

只有將減隔震技術應用到橋梁結構設計中，并進行科學的計算與分析，才能確定這項技術在橋梁結構設計中應用所產生的預期效果；只有全部應用條件相符，才能積極地開展橋梁結構設計工作，確保橋梁結構抗震性能達標且更加安全、穩(wěn)定地運行。

4.4 減隔震支座在橋梁設計中的應用

隔震裝置的設計可以從隔震支座的布置、各隔震裝置的直徑、水平位移、阻尼等方面進行?？蛇x用橡膠支座來設計隔震支座的布置。在布置時，隔震支座之間的距離應在2m 左右，并盡量保持一致。同時，還應減小橋梁的扭轉。上部結構中心和隔震支座剛度重心可以協(xié)調，使二者盡可能保持一致狀態(tài)，有效降低橋梁的扭轉力。隔震支座的直徑應控制在一個統(tǒng)一的范圍內，因為隔震支座的直徑受橋梁的允許值和橋梁類型的影響，所以直徑的大小是根據橋梁的實際情況來選擇的。為了準確測量隔震支座的水平位移距離，可以先計算橋梁隔震設計中支座力的標準剛度差值。結合計算結果，可以計算出水平位移的距離，水平位移值應始終保持在允許范圍內。

5 結語

綜上所述，在橋梁工程中減隔震技術有助于橋梁抗震作用力效果的顯著提升，即使發(fā)生地震災害也不會影響到橋梁結構。與此同時，需要高度重視各項細節(jié)工作，確保橋梁能夠安全、穩(wěn)定地運行，從而為我國交通事業(yè)的不斷發(fā)展與進步創(chuàng)造良好條件。