橋梁設(shè)計(jì)中減隔震設(shè)計(jì)探析

趙志一

摘要： 隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，市政橋梁項(xiàng)目在緩解城市交通壓力，完善城市交通網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮了非常突出的作用。市政橋梁項(xiàng)目本身具有建設(shè)規(guī)模大、交通功能強(qiáng)、避讓因素多、結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜、設(shè)計(jì)要求高等特征，對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性就有了更高的要求。其中橋梁減隔震設(shè)計(jì)更是決定其穩(wěn)固性、耐久性、安全性以及使用性能發(fā)揮的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，所以加強(qiáng)其科學(xué)設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞： 橋梁設(shè)計(jì);隔震設(shè)計(jì);應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】 U442.55【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-3733（2020）16-0039-02

1減隔震設(shè)計(jì)的特征

（1）有效減輕地震對(duì)橋梁的損毀程度。有效分解橋梁結(jié)構(gòu)之間的受力情況，從而在地震發(fā)生時(shí)候降低橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性，減輕地震危害。（2）有效提升橋梁工程的整體穩(wěn)定性。通過(guò)減隔震設(shè)計(jì)可以在很大程度上提升橋梁結(jié)構(gòu)的整體性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸、降低結(jié)構(gòu)配筋，可有效降低橋梁工程的造價(jià)。（3）防震效果良好。經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證和結(jié)構(gòu)驗(yàn)算表明采用減隔震設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)的橋梁的抗震性能要遠(yuǎn)優(yōu)于原常規(guī)的抗震技術(shù)。

2隔震設(shè)計(jì)的必要性及基本原則

2.1隔震設(shè)計(jì)的必要性

近些年，隨著我國(guó)城市的迅速崛起，橋梁在疏解城市交通方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，建設(shè)在人員密集區(qū)的橋梁也越來(lái)越多，更為明顯的是在高地震烈度地區(qū)建設(shè)的橋梁規(guī)模越來(lái)越大，因此地震等自然災(zāi)害對(duì)橋梁造成損害對(duì)人民生命和財(cái)產(chǎn)的危害的情況也正在得到更多的關(guān)注，這就對(duì)橋梁的減隔震設(shè)計(jì)提出了新的要求。

在眾多的橋梁抗震設(shè)計(jì)過(guò)，減隔震設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在以下方面比較明顯：

（1）橋梁工程減隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中可通過(guò)設(shè)置隔振器在一定程度上延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，橋梁上下部結(jié)構(gòu)通過(guò)隔振器將地震力進(jìn)行有效分解，降低地震力對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的沖擊作用，以此避免上部結(jié)構(gòu)由于地震力帶來(lái)的巨大損害;（2）橋梁工程上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中采用減隔震設(shè)計(jì)，能夠在一定程度上調(diào)節(jié)橋梁的橫向剛度，避免在地震發(fā)生時(shí)橋梁的局部結(jié)構(gòu)因地震沖擊發(fā)生變形，增大橋梁上部結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，降低地震對(duì)橋梁工程整體使用功能影響;（3）在橋梁減隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中安裝阻尼器可有效減小結(jié)構(gòu)配筋，改變構(gòu)件受力狀態(tài)，減少工程投資。（4）橋梁減隔震設(shè)計(jì)中的支座材質(zhì)不同于普通橡膠支座，受溫度影響較小，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)可有效降低由于溫度帶來(lái)的水平力，一方面減少群樁樁頂反力，一方面能夠有效減小多跨連續(xù)梁對(duì)伸縮縫的變形要求。

2.2減隔震設(shè)計(jì)要考慮的主要因素

（1）對(duì)橋梁所處的環(huán)境進(jìn)行充分調(diào)查、分析，判定橋梁抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，分析橋位處地質(zhì)條件，對(duì)區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行全面的調(diào)查和研究，依次作為擬定橋梁結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)資料。

（2）明確制約橋梁跨徑的方案的相關(guān)因素，在了解地下管線、地下道路、景觀需求等制約因素的前提下結(jié)合當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣，制定適合具體項(xiàng)目的橋梁上下部結(jié)構(gòu)，并判斷該橋梁工程是否適合進(jìn)行相應(yīng)的隔震設(shè)計(jì)，若進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)尚應(yīng)分析減隔震措施與橋梁上下部結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

（3）分析橋梁所處的地理位置，若在交通流量大、人員密集的市區(qū)內(nèi)，建議提高抗震設(shè)防等級(jí)。

3使用減隔震技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1減隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

減隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)：（1）在橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中運(yùn)用減隔震技術(shù)，對(duì)橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的調(diào)整與布局，這樣可以充分的發(fā)揮出橋墩和橋臺(tái)的抗震作用，使橋梁整體的抗震能力得到有效的提高。（2）當(dāng)橋梁橫向?qū)挾容^寬的時(shí)候，橋梁結(jié)構(gòu)橫向剛度較大，這就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)抗震的需求大，在對(duì)橋梁的橫向進(jìn)行抗震的時(shí)候，需要對(duì)剛度進(jìn)行有效的調(diào)整，從而使橋梁橫向的地震反應(yīng)得到有效的降低，最終可以使橋梁整體的抗震效果得到一定程度上的提高。（3）在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，可以設(shè)計(jì)隔震系統(tǒng)限位裝置來(lái)減少結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，這樣可以有效的避免出現(xiàn)相關(guān)的落梁震害等情況。（4）在對(duì)部分橋梁的橋墩和樁基等部位進(jìn)行檢查和修復(fù)的時(shí)候是很難完成的，可以使用隔震技術(shù)，從而避免發(fā)生變形或者破壞。

3.2減隔震技術(shù)的不足

在橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中應(yīng)用減隔震技術(shù)，主要是為了在發(fā)生地震的時(shí)候減震、隔震等，可以充分的發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，其他的抗震構(gòu)件成為輔助作用，這樣就要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系的抗震等進(jìn)行清晰的掌握與了解。因此，在使用減隔震技術(shù)的時(shí)候，要對(duì)相關(guān)的工作人員進(jìn)行一定的培訓(xùn)，同時(shí)要提醒工作人員要對(duì)減隔震技術(shù)的一些構(gòu)造措施、細(xì)節(jié)進(jìn)行格外的關(guān)注，目前我國(guó)還沒(méi)有較為完善的橋梁減隔震技術(shù)的設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)也缺少一定的經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)、措施等方面沒(méi)有較為完善的辦法，如果這些方面設(shè)計(jì)的不合理的話。就會(huì)使減隔震技術(shù)沒(méi)有辦法充分發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，甚至還存在著有害的情況。

4橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的措施

4.1粘滯阻尼器的合理應(yīng)用

橋梁設(shè)計(jì)的工作人員在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，要對(duì)使用粘滯阻尼器進(jìn)行充分的考慮，這樣可以有效的提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性能，具有一定的抗震作用。粘滯阻尼器應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)建筑上面有著十分重要的影響，其可以在一定程度上面起到防震減震的作用，粘滯阻尼器會(huì)設(shè)置在塔梁中間，使橋梁橋墩的變形變小，我國(guó)重慶的大橋在設(shè)計(jì)建造的過(guò)程當(dāng)中應(yīng)用了粘滯阻尼器，粘滯阻尼器充分地發(fā)揮出了自身的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值。從這一事例當(dāng)中可以看出科學(xué)合理的使用粘滯阻尼器可有效地提高橋梁的抗震能力，使其安全性能得到充分的發(fā)揮。

4.2擺式滑動(dòng)摩擦支座的應(yīng)用

橋梁結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，還要科學(xué)合理的使用擺式滑動(dòng)摩擦支座，這樣可以有效地提高橋梁的抗震安全性能，其主要是將滑動(dòng)摩擦制支座和鐘擺概念進(jìn)行科學(xué)合理的結(jié)合，可以形成一種減隔震裝置。擺式滑動(dòng)摩擦支座應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)減震當(dāng)中，可以將地震能量進(jìn)行有效的消耗，在應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中有著十分重要的影響，曲面摩擦可以將能量進(jìn)行有效地消耗，為橋梁提供一定的能量，但是在對(duì)擺式滑動(dòng)摩擦支座進(jìn)行建造的過(guò)程當(dāng)中，要充分的考慮實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的支座，這樣才可以將擺式滑動(dòng)摩擦支座充分的發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)與價(jià)值，更好地起到減震、防震的作用。在我國(guó)應(yīng)用到了擺式滑動(dòng)摩擦支座的是蘇通大橋和長(zhǎng)江大橋引橋。

4.3鉛芯橡膠支座

這種隔震結(jié)構(gòu)形式對(duì)于提升橋梁抗震性能有著非常高的優(yōu)勢(shì)，能夠使得橋梁在正常運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中具備較高的安全性和穩(wěn)定性，即使發(fā)生地震也不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害問(wèn)題。鉛芯橡膠支座的結(jié)構(gòu)形式，主要是把若干鉛芯結(jié)構(gòu)全部都插入到橡膠支座中，要按照設(shè)計(jì)方案分層插入，從而可以組合成為一套完整的抗震結(jié)構(gòu)形式。因?yàn)殂U芯的力學(xué)性能非常強(qiáng)，能夠使得整個(gè)橡膠支座具備比較高的抗震效果。此外，鉛芯橡膠支座的屈服應(yīng)力非常小，初始剪切應(yīng)力則會(huì)相對(duì)較大，同時(shí)還具備較高的彈塑性、耐久性，能夠循環(huán)利用整個(gè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)能夠全面的提升到整體橋梁工程的抗震效果，是當(dāng)前我國(guó)橋梁工程中應(yīng)用最為普遍的抗震結(jié)構(gòu)形式，可以達(dá)到橋梁的正常使用需要。

4.4節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在整體橋梁結(jié)構(gòu)當(dāng)中，節(jié)點(diǎn)本身是重要的傳力構(gòu)件，肩負(fù)著承受和傳遞荷載的作用，并且節(jié)點(diǎn)可以有機(jī)聯(lián)系橋墩結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)，確保整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)固性。從某種程度上來(lái)講，節(jié)點(diǎn)這一橋梁項(xiàng)目結(jié)構(gòu)構(gòu)件也可以起到保護(hù)整體結(jié)構(gòu)可靠性與穩(wěn)定性的作用，所以對(duì)其強(qiáng)度與剛度需要注意有效控制。根據(jù)大量的橋梁工程設(shè)計(jì)和建設(shè)經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)蓋梁剛度和橋墩剛度較為接近時(shí)，在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的橫向慣性力極有可能會(huì)對(duì)影響橋梁結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，造成受力分布不均勻，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)區(qū)域所設(shè)置的箍筋會(huì)受更大的作用力，這樣勢(shì)必降低部分節(jié)點(diǎn)的剛度，影響結(jié)構(gòu)在地震力作用下的整體穩(wěn)定性，所以在橋梁減隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

4.5基于“性能”抗震設(shè)計(jì)

基于性能的抗震設(shè)計(jì)最早的設(shè)計(jì)就是應(yīng)用在橋梁工程中，是20世紀(jì)90年代由美國(guó)科學(xué)家和工程師首先提出的，其基本思想是指所設(shè)計(jì)的構(gòu)筑物在使用期間可以滿足預(yù)定的功能需求。因此在市政或者公路橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中首先要明確橋梁抗震設(shè)計(jì)要達(dá)到的預(yù)期目的和功能需求，其次需要根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算和實(shí)際分析來(lái)界定抗震性能和減隔震性能。抗震性能主要是指有限破壞狀態(tài)同結(jié)構(gòu)或非結(jié)構(gòu)的構(gòu)建破壞因素之間具有一定聯(lián)系性。對(duì)結(jié)構(gòu)本身的破壞程度可描述為三種情況即：不造成結(jié)構(gòu)整體破壞或倒塌（大震不倒），修復(fù)后可以繼續(xù)使用（中震可修），不損壞（小震不壞）三個(gè)基本性能水平。在充分明確抗震性能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還要注意進(jìn)一步明確橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的實(shí)際目標(biāo)性能，之后結(jié)合《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》、《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、細(xì)則等進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，力求可以最大程度提升結(jié)構(gòu)減隔震設(shè)計(jì)的質(zhì)量。

結(jié)論

橋梁設(shè)計(jì)工作中，企業(yè)應(yīng)該樹立正確的觀念意識(shí)，遵循科學(xué)化的工作原則，有效開展各方面的隔震設(shè)計(jì)工作，優(yōu)化相關(guān)的工作機(jī)制與模式，改善目前的隔震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。實(shí)際工作中應(yīng)該遵循基本的隔震設(shè)計(jì)工作原則，統(tǒng)一相關(guān)的工作標(biāo)準(zhǔn)，不斷增強(qiáng)整體的隔震設(shè)計(jì)工作科學(xué)性與合理性，優(yōu)化各方面的工作模式與體系，改善橋梁工程的抗震性能，發(fā)揮隔震裝置與基礎(chǔ)設(shè)施的積極作用，達(dá)到預(yù)期的工作目標(biāo)。

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