橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的減隔震技術(shù)應(yīng)用

李璐杰　馮海　歐陽慕

摘要：在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)，主要是通過科學(xué)操作方式獲得減震或者隔震的效果，保證橋梁結(jié)構(gòu)在地震持續(xù)影響下不會出現(xiàn)嚴重損壞情況。為了最大限度地發(fā)揮減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)中的作用和價值，文章分析了減隔震技術(shù)的原理，并結(jié)合工程案例探究橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)的應(yīng)用要點，促使相關(guān)設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)可以充分掌握減隔震技術(shù)應(yīng)用原則，做好實地考察工作，合理選擇減隔震設(shè)備，關(guān)注細節(jié)設(shè)計，最大限度地提升橋梁建筑的可靠性與安全性。

關(guān)鍵詞：橋梁結(jié)構(gòu);設(shè)計;減隔震技術(shù)

0 引言

減隔震技術(shù)涵蓋了兩種內(nèi)涵，分別是減震和隔震。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用減隔震技術(shù)，主要目的就是最大限度地降低可引發(fā)地面破壞的運動對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞影響，而要實現(xiàn)這一目標，通常會在一定程度上延長結(jié)構(gòu)周期，以避開地震能量相對集中的區(qū)域，減小橋梁結(jié)構(gòu)地震力。而為了進一步降低地震作用于橋梁結(jié)構(gòu)當中的能量，需要在設(shè)計中合理應(yīng)用減震支架等，進而有效減少橋梁結(jié)構(gòu)受到的破壞。綜合分析，將減隔震技術(shù)應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，能夠使橋梁結(jié)構(gòu)更加可靠和安全，并在此基礎(chǔ)上充分發(fā)揮橋梁建筑的功能作用。

1 減隔震技術(shù)的原理

所謂減隔震技術(shù)，主要是對減震、隔震實現(xiàn)綜合利用的一種抗震設(shè)計方法，也就是通過合理安排結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)位置，以對地震波的傳播進行阻斷，對地震能量進行隔離。在實際減隔震設(shè)計環(huán)節(jié)，提倡以附加阻尼形式減少結(jié)構(gòu)受到的地震響應(yīng)。其中減震技術(shù)是以人為形式在橋梁結(jié)構(gòu)合理部位設(shè)置耗能、阻尼構(gòu)件，并在相關(guān)構(gòu)件作用發(fā)揮的基礎(chǔ)上，有效吸收地震波能量;隔震技術(shù)所涉及的結(jié)構(gòu)類型具有一定特殊性，因為它涉及振動周期。在出現(xiàn)地震的時候，橋梁會出現(xiàn)多種破壞形式（見圖1），導(dǎo)致交通中斷，而應(yīng)用減隔震技術(shù)，有助于橋梁結(jié)構(gòu)輸出地震能量，促使橋梁結(jié)構(gòu)對地震能量有一個緩沖，進而保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。減震和隔震相得益彰，各自發(fā)揮作用共同抵抗地震波，對橋梁起到保護作用，使其免受破壞。因為隔震其本質(zhì)主要是把可造成結(jié)構(gòu)破壞的相應(yīng)地面運動和結(jié)構(gòu)保持分離狀態(tài)，所以立足能量守恒角度對任意時刻下減隔震結(jié)構(gòu)涉及的能量變化進行分析，其能量方程為：

2 工程案例

某橋梁結(jié)構(gòu)工程項目的河岸寬度是33 m，河床中心線和橋軸線夾角是65°，該工程所處區(qū)域的地震波為高頻波，并且能量相對集中。該橋梁結(jié)構(gòu)具有非常高的規(guī)范性要求，橋梁工程在開展設(shè)計及施工之前，有關(guān)施工單位實現(xiàn)了預(yù)設(shè)點的設(shè)置，科學(xué)評估了地震運動規(guī)律以及具體特點，明確了此橋梁結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用減隔震技術(shù)。

3 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)的應(yīng)用

3.1 掌握應(yīng)用原則

為了更合理地在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)，保證橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性、可靠性、經(jīng)濟性，需要設(shè)計人員充分了解減隔震技術(shù)相關(guān)應(yīng)用原則：

（1）在應(yīng)用期間要堅持抗震原則。因為在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)，最主要的目標即為減少并預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)受到來自地震的不良影響，所以在實際應(yīng)用當中要確?？拐鹪O(shè)計性能優(yōu)良，滿足大震不倒、中震可修、小震不壞的要求，從而促使橋梁在實際應(yīng)用過程中的安全與穩(wěn)定。

（2）要充分遵循優(yōu)化原則，促使橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計效果達到最優(yōu)。比如在設(shè)計環(huán)節(jié)，為了有效提升橋梁整體性，確保橋梁延性符合相關(guān)標準，需要橋梁設(shè)計環(huán)節(jié)合理選用塑性膠等相關(guān)裝置，以確保橋梁結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中的安全和穩(wěn)定。

（3）橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)要綜合考量各種施工因素，選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計要求相符的施工技術(shù)，并確保所設(shè)計結(jié)構(gòu)力學(xué)性能優(yōu)良，可以達到正常使用標準。在橋梁工程持續(xù)發(fā)展過程中，對橋梁設(shè)計提出了越來越高的要求，并且需要應(yīng)用到多種專業(yè)知識，而其中一個非常關(guān)鍵的部分就是結(jié)構(gòu)力學(xué)。這種關(guān)鍵性技術(shù)直接影響著減隔震效果，因此在設(shè)計期間需要精確計算并優(yōu)化設(shè)計，確保結(jié)構(gòu)受力達到相關(guān)要求[2]。

3.2 開展實地考察

由于減隔震技術(shù)具有一定的應(yīng)用條件，并非所有橋梁設(shè)計方案都適合應(yīng)用減隔震技術(shù)，所以在該橋梁設(shè)計環(huán)節(jié)，有關(guān)設(shè)計人員需要先到橋梁工程現(xiàn)場進行實地考察和全面分析，掌握施工現(xiàn)場具體的地質(zhì)條件，如橋梁施工所在地的地基穩(wěn)定性、土質(zhì)硬度以及延長結(jié)構(gòu)周期是否會出現(xiàn)共振等問題。在對這些實際情況以及設(shè)計影響因素進行全面了解之后，判定減隔震技術(shù)適不適合應(yīng)用到相應(yīng)橋梁設(shè)計當中。設(shè)計人員在充分勘查橋梁施工現(xiàn)場之后，要基于減隔震技術(shù)原理分析其在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用實用性。此案例當中的橋梁經(jīng)過專業(yè)人員勘查與分析，判定其結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)適合使用減隔震技術(shù)。為此，設(shè)計人員要進一步結(jié)合勘察數(shù)據(jù)進行計算，做出詳盡分析，以保證此橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計當中運用減隔震技術(shù)之后可獲得預(yù)期效果，確保所有應(yīng)用條件和有關(guān)要求達標后，開展橋梁設(shè)計工作。

3.3 優(yōu)化選擇減隔震設(shè)備

要在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)，還要優(yōu)化選擇減隔震設(shè)備。而目前使用頻率較高的減隔震設(shè)備有以下幾類：

（1）粘滯阻尼器。此減隔震設(shè)備是一種能耗性設(shè)備，主要是通過設(shè)備當中所包含的活塞在做出前后運動期間產(chǎn)生的壓力差，促使粘滯流體在壓力差作用下進入節(jié)流孔當中，進而使減震系統(tǒng)產(chǎn)生一定阻尼力和能耗。地震會給橋梁帶來巨大地震作用力，在地震發(fā)生時橋梁出現(xiàn)的變形速度非常大，而相應(yīng)阻尼器也會緊跟地震變形出現(xiàn)變化，以此防止橋梁結(jié)構(gòu)受到巨大的地震作用影響而發(fā)生嚴重變形。若橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)選用粘滯阻尼器這一結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計者需要在橋梁邊墩中間部位布置相關(guān)設(shè)備，最好安裝在橋梁中間部位，或者在加勁梁和輔助墩中間安裝此設(shè)備。在設(shè)備應(yīng)用期間，設(shè)計人員要對各種技術(shù)參數(shù)進行科學(xué)計算與合理設(shè)計，確保整體結(jié)構(gòu)性能符合使用標準。

（2）擺式滑動摩擦支座。在該設(shè)備應(yīng)用中，為了保證橋梁結(jié)構(gòu)具有突出的抗震性能，需要設(shè)計人員基于工程實際情況，優(yōu)選擺式滑動摩擦支座結(jié)構(gòu)。在具體應(yīng)用中，滑動支座和鐘擺保持緊密結(jié)合，組合構(gòu)建出的隔震裝置具有非常突出的抗震效果。此減隔震設(shè)備主要涵蓋有兩個曲面結(jié)構(gòu)，橋梁結(jié)構(gòu)受到地震作用之后，可基于該結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生的摩擦作用來對地震所造成的一系列不利影響加以預(yù)防，減少橋梁結(jié)構(gòu)受到的地震破壞力。

（3）鉛芯橡膠支座。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)用此隔震結(jié)構(gòu)，可以使橋梁結(jié)構(gòu)顯著提升抗震性能，即便有地震發(fā)生，也會比較有效地降低危害程度。鉛芯橡膠支座主要是在橡膠支座當中插入若干數(shù)量的鉛芯結(jié)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)計方案實現(xiàn)分層插入，以組合獲得完整的系統(tǒng)性抗震結(jié)構(gòu)[3]。由于鉛芯具有非常突出的力學(xué)性能，可使橡膠支座也具備優(yōu)良的抗震效果。同時，鉛芯橡膠支座所具備的屈服應(yīng)力比較小，而其初始剪切應(yīng)力會比較大，整個結(jié)構(gòu)耐久性突出，彈塑性良好，還具備循環(huán)利用特點。

（4）其他減隔震設(shè)備。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中所應(yīng)用的減隔震技術(shù)除了包含上述幾類減隔震設(shè)備，還涉及一些其他種類的減隔震設(shè)備，如滑動摩擦阻尼、金屬阻尼等形式的減隔震設(shè)備。這就要求設(shè)計人員結(jié)合具體工程情況，優(yōu)選減隔震結(jié)構(gòu)形式，以最大限度地提升橋梁減隔震性能。

3.4 關(guān)注細節(jié)設(shè)計

該橋梁工程在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)應(yīng)用減隔震技術(shù)，實現(xiàn)減隔震裝置選擇之后，要在實踐應(yīng)用中充分做好細節(jié)設(shè)計。比如，在選擇減隔震設(shè)備期間，除了要考慮橋梁具體使用性能要求，還要盡量兼顧美觀性要求，確保設(shè)備與橋梁連接性能良好。同時，在設(shè)計環(huán)節(jié)要確保減隔震結(jié)構(gòu)上部中心和水平剛度中心保持重合，以免因二者偏差過大造成橋梁失穩(wěn)情況發(fā)生。另外，減隔震結(jié)構(gòu)應(yīng)用期間，要最大限度地降低結(jié)構(gòu)豎向剛度對橋梁負載造成的不良影響，且結(jié)構(gòu)要保持靈活的水平位移，切實有效地對外部自然災(zāi)害加以抵御[4]。最后，設(shè)計中要關(guān)注橋梁自身抗負載性能，防止橋梁受到外部作用力影響發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞等不良問題，充分保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全、穩(wěn)定，全面消除引發(fā)坍塌等惡性事件的影響因素。

4 結(jié)語

在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)合理應(yīng)用減隔震技術(shù)，可以顯著提高橋梁抗震性能，即便有地震災(zāi)害發(fā)生，橋梁結(jié)構(gòu)也不會受到過度損害。為了確保橋梁結(jié)構(gòu)具有突出的安全性和穩(wěn)定性，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)，相關(guān)設(shè)計人員需要對橋梁工程現(xiàn)場進行全面勘察和科學(xué)分析，若工程符合減隔震技術(shù)應(yīng)用要求，就要結(jié)合工程實際情況優(yōu)化選擇減隔震設(shè)備，并在設(shè)備應(yīng)用及實踐期間做好細節(jié)設(shè)計，全面發(fā)揮減隔震技術(shù)的優(yōu)勢，提升橋梁結(jié)構(gòu)的綜合性能。

參考文獻：

[1]云南網(wǎng). 云南省采用減隔震技術(shù)的重要建筑占全國總量七成[J].時代風采， 2019（2）：30.

[2]王文局.橋梁結(jié)構(gòu)多尺度建模技術(shù)及減隔震方案初探[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2019.

[3]馬 楠，陳 硯，朱 鋒.采用減隔震支座的橋梁抗震分析[J].災(zāi)害學(xué)， 2019（1）：170-173.

[4]楊光哲，李心智.減隔震技術(shù)在山區(qū)橋梁設(shè)計中的應(yīng)用[J].北方交通， 2019（9）：26-30.