城市橋梁設(shè)計中減隔震的應(yīng)用研究

劉建

遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司 遼寧沈陽 110166

我國城市發(fā)展中為了提升橋梁運行使用的安全性，延長橋梁服役壽命，在設(shè)計時應(yīng)盡量根據(jù)當(dāng)?shù)氐卣鹆叶惹闆r進(jìn)行橋梁減隔震設(shè)計，提升橋梁應(yīng)對地震等強(qiáng)烈震動災(zāi)害時的穩(wěn)定性，為橋梁建構(gòu)物在交通系統(tǒng)中長期安全運行提供保障，進(jìn)而為城市交通事業(yè)發(fā)展提供堅實的建筑基礎(chǔ)。

1 城市橋梁減隔震設(shè)計的問題分析

首先，在梁式橋梁設(shè)計中，上部分活動節(jié)點位置的結(jié)構(gòu)在設(shè)計時存在缺陷，部分蓋梁設(shè)計寬度不足，這樣在發(fā)生地震災(zāi)害時，強(qiáng)烈的地震波能量會導(dǎo)致橫梁及縱梁相鄰位置梁體在震動中發(fā)生碰撞，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足就可能導(dǎo)致落梁，進(jìn)而使得橋梁主體結(jié)構(gòu)因此而發(fā)生破壞，而上部分節(jié)點設(shè)計不足還會導(dǎo)致拱式橋梁因為地震震動影響而在拱頂及拱角間的位置發(fā)生斷裂，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)變形。其次，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計不足，在發(fā)生地震時，橋梁地基周圍的土體會發(fā)生變化，甚至?xí)霈F(xiàn)也發(fā)反應(yīng)，從而導(dǎo)致橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布突變，而如果同時橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生了位移就會給梁體支撐帶來牽扯，進(jìn)而使主梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)落梁風(fēng)險。最后，橋梁抗震設(shè)計過程中的支座抗震性考慮不足，由于在設(shè)計是支座的抗震能力不夠，地震災(zāi)害發(fā)生時一些結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形及位移，導(dǎo)致橋梁上部分應(yīng)力牽扯嚴(yán)重，整體穩(wěn)定性受到影響。另外，橋梁設(shè)計中柔性抗震聯(lián)結(jié)件的設(shè)計不足也會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)使用區(qū)域發(fā)生地震時，應(yīng)力傳導(dǎo)時的能量對部分結(jié)構(gòu)造成損壞，進(jìn)而對加大對其他結(jié)構(gòu)的拉扯，導(dǎo)致橋梁整體受到地震損傷[1]。

2 城市橋梁設(shè)計工作中的減隔震設(shè)計要點分析

2.1 橋梁減隔震設(shè)計技術(shù)

地震產(chǎn)生的地震能量波會給橋梁地面結(jié)構(gòu)造成損壞，減隔震設(shè)計的目的就是將這些對橋梁造成影響的能量分離出來，在力學(xué)傳導(dǎo)中將其減弱，而在設(shè)計前要首先明確結(jié)構(gòu)周期，如果橋梁結(jié)構(gòu)周期發(fā)生了延長，相應(yīng)結(jié)構(gòu)的老化與位移就會導(dǎo)致力學(xué)傳導(dǎo)效果減弱，設(shè)計難度系數(shù)也會因此增加，除此以外，對結(jié)構(gòu)柔性部分進(jìn)行科學(xué)設(shè)計也需要做好周期設(shè)置，否則柔性結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)運行不正常的情況，荷載傳導(dǎo)就會被削弱，地震中會給柔性部分造成無法挽回的變形損壞。所以為了能夠?qū)τ泻φ饎舆M(jìn)行有效降低，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)塑性變形問題，將阻尼設(shè)置增加在結(jié)構(gòu)體上能夠吸收地震能量從而減小結(jié)構(gòu)塑性變形?；A(chǔ)隔震與地基隔震是主要兩種方法，在使用減隔震技術(shù)時并不代表任何條件下都能夠應(yīng)用，需要具備一定的保障條件。土質(zhì)較為松軟時需要延長橋梁結(jié)構(gòu)周期，不適合應(yīng)用隔震技術(shù)，若應(yīng)用的話則可能會發(fā)生共振問題。所以在應(yīng)用隔震技術(shù)之前需要對橋梁進(jìn)行認(rèn)真判斷，保證場地角度、結(jié)構(gòu)角度以及地震波角度等內(nèi)容，確保其與隔震技術(shù)使用條件相符合[2]。

2.2 節(jié)點抗震設(shè)計

節(jié)點是橋梁整體結(jié)構(gòu)中的一個動力傳遞構(gòu)件，具有非常重要的作用角色。由鑒于共同部分可以緊密相連，以確保整體結(jié)構(gòu)得到保證；然而，在一定程度上，接頭可能是承載力保護(hù)的構(gòu)件。在市政橋梁技術(shù)中，如果承臺的剛度與碼頭的剛度非常接近，地震時橫向慣性力會影響結(jié)構(gòu)，從而增加節(jié)點區(qū)攪拌器的拉力，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)需要的剛度和抗震能力降低，基于性能的抗震設(shè)計方法被廣泛應(yīng)用。在橋梁施工中，需要根據(jù)性能來確定目標(biāo)設(shè)計性能。定義抗震性能水平。同時還需要針對不同人群完成目標(biāo)性能等級化，展開目標(biāo)性能的描述與表達(dá)功能，通過目標(biāo)性能的利用針對結(jié)構(gòu)要求展開相關(guān)計劃工作。

2.3 橋梁加固設(shè)計

當(dāng)前我國很多橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)中進(jìn)行主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計時會選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)的硬度與抗壓強(qiáng)度較高，但長期服役時橋梁承載結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳導(dǎo)能力會下降，長期運行下偶然荷載與固定荷載的疊加作用就會給結(jié)構(gòu)件帶來更大的影響，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)就會發(fā)生結(jié)構(gòu)老化而無法實現(xiàn)抗震功能?？紤]到橋梁改建工程的經(jīng)濟(jì)性不佳，在前期設(shè)計時就要采取科學(xué)的加固措施。橋梁加固技術(shù)應(yīng)用得相對廣泛，其中鋼結(jié)構(gòu)鋪設(shè)及擴(kuò)大鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)厚度等措施應(yīng)用得較為成熟，當(dāng)前新型材料發(fā)展起來，將新型抗震、柔韌材料應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)中不僅能夠有效降低橋梁結(jié)構(gòu)的自重，降低橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)荷載，還能夠提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。

3 未來城市橋梁設(shè)計工作中的減隔震技術(shù)發(fā)展分析

我國建筑行業(yè)迅猛發(fā)展了幾十年，橋梁工程設(shè)計技術(shù)也在不斷發(fā)展，傳統(tǒng)橋梁抗震加固技術(shù)雖然成熟，但存在諸多發(fā)展桎梏，且應(yīng)用效果也無法適應(yīng)當(dāng)前城市交通發(fā)展需求，近年來橋梁減隔震技術(shù)再向新方向發(fā)展，相較于傳統(tǒng)橋梁抗震加固設(shè)計中的 “以柔克剛”，新型橋梁減隔震設(shè)計的要求更高，這是由于城市發(fā)展不斷推進(jìn)后，各地城市橋梁建設(shè)數(shù)量增速趨于放緩，如何對既有橋梁進(jìn)行加固及抗震能力強(qiáng)化是當(dāng)前很多城市橋梁設(shè)計工作中面對的問題，未來橋梁減隔震設(shè)計工作中加固與輔助柔性結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較大的應(yīng)用需求，也是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計的一大研究方向。而在當(dāng)前3D 打印技術(shù)與建筑行業(yè)的融合也驅(qū)動著橋梁設(shè)計工作中積極設(shè)計橋梁加固與抗震聯(lián)結(jié)件，并將其科學(xué)應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化上去[3]。

4 結(jié)語

總之，在我國交通事業(yè)發(fā)展中，橋梁是一種非常常見的建筑結(jié)構(gòu)，為了保證橋梁減隔震效果，在設(shè)計中應(yīng)盡量使用一些柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，并且應(yīng)在結(jié)構(gòu)力學(xué)分布方面進(jìn)行綜合分析與優(yōu)化設(shè)計，防止應(yīng)力不平衡或應(yīng)力集中的問題出現(xiàn)，否則這些應(yīng)力問題部位在地震中就會首先受到影響，未來我國建筑行業(yè)還會進(jìn)行技術(shù)發(fā)展，城市橋梁設(shè)計人員應(yīng)急積極融入新型建設(shè)技術(shù)，提升橋梁的減震能力，為我國橋梁建筑行業(yè)繼續(xù)發(fā)展提供更好地路徑。