減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的實(shí)踐應(yīng)用

楊 杰，吳 嶺

(鄭州華路興公路科技有限公司，河南 鄭州 450016)

0 引言

在科學(xué)技術(shù)日益創(chuàng)新的背景下，減隔震技術(shù)廣泛應(yīng)用到了橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，賦予了減隔震技術(shù)更加豐富的內(nèi)涵。減隔震具體來說，就是合理的分離橋梁結(jié)構(gòu)與可能造成地面破壞的運(yùn)動(dòng)。而為了實(shí)現(xiàn)這一目的，需要延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的基本周期，規(guī)避地震能量集中的地區(qū)，如此將橋梁結(jié)構(gòu)的地震力控制到最低。因此，在設(shè)計(jì)橋梁的過程中，需要合理應(yīng)用減隔震技術(shù)以提升橋梁建筑的安全性及可靠性。

1 減隔震原理研究與設(shè)備的分類

通過融合隔震技術(shù)與減震方式形成了減隔震技術(shù)。減隔震技術(shù)最為主要的功能就是在建設(shè)橋梁的過程中，將振動(dòng)幅度控制到最低，通過這樣的形式避免地震大范圍傷害橋梁[1]。隔震技術(shù)這種工藝類型相對(duì)比較特殊，一般在發(fā)生地震或大幅度震動(dòng)時(shí)，其才能夠發(fā)揮作用，合理控制震動(dòng)幅度。該技術(shù)最為主要的原理就是運(yùn)用隔離方法，有效地隔開橋梁與地震。在橋梁結(jié)構(gòu)施工的過程中，可以使用合理的方式減少地震發(fā)生振動(dòng)的周期，從而達(dá)到預(yù)防作用，通過這種形式能夠避免破壞橋梁結(jié)構(gòu)，但是在延長(zhǎng)橋梁構(gòu)造周期的過程中，需要高度注意位移變化，如此才能夠?yàn)闃蛄簶?gòu)造處于良好的狀態(tài)提供保障。

除此之外，如果橋梁韌性不合適，也會(huì)形成較大的負(fù)荷，從而破壞橋梁,所以需要對(duì)橋梁的構(gòu)造韌性加強(qiáng)關(guān)注，從而將地震對(duì)于橋梁所造成的破壞控制在合理的范圍內(nèi)。目前，主要以粘滯阻尼設(shè)備及擺動(dòng)滑動(dòng)摩擦設(shè)備作為減震裝置的主要類型，通過應(yīng)用這兩種橋梁防震設(shè)備，能夠有效促進(jìn)橋梁振動(dòng)承受能力的提高，并且能夠降低地震所產(chǎn)生的影響。所以，相關(guān)部門需要加強(qiáng)減隔震技術(shù)的應(yīng)用力度，制定科學(xué)的方案，以通過這兩種設(shè)備為橋梁的構(gòu)造質(zhì)量提供保障。在確保橋梁整體剛度達(dá)到規(guī)定要求的基礎(chǔ)上，為了穩(wěn)定支撐橋梁機(jī)構(gòu)會(huì)將間隔裝置應(yīng)用到設(shè)計(jì)過程中，加速度反應(yīng)譜如圖1所示。

圖1 加速度反應(yīng)譜

2 減隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與不足

1)減隔震技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在同樣的地震情況下，運(yùn)用延性設(shè)計(jì)的橋梁與運(yùn)用減隔震技術(shù)的橋梁具有一定的不同[2]。延性設(shè)計(jì)的橋梁，在地震之后，需要對(duì)其作出客觀的評(píng)價(jià)，并對(duì)其進(jìn)行加固，而運(yùn)用減隔震技術(shù)的橋梁，不會(huì)損害其受力構(gòu)件，在地震之后，依然可以使用。

減隔震技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢(shì)：①將減隔震技術(shù)應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)中，能夠有針對(duì)性地調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)，保證其布局的合理性，將橋墩和橋臺(tái)所具有的抗震作用發(fā)揮到最大，顯著提升橋梁整體的抗震能力。②當(dāng)橋梁橫向?qū)挾冗_(dá)到規(guī)定要求時(shí)，也會(huì)顯著增加橋梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度，能夠在橋梁橫向抗震的過程中有針對(duì)性地調(diào)整，從而有效控制橋梁橫向的地震反應(yīng)，全面強(qiáng)化橋梁整體的抗震效果。③在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，隔震系統(tǒng)纖維裝置的存在能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的位移變化加以控制，從源頭上規(guī)避橋梁震害等情況的發(fā)生。④在檢查和修復(fù)橋梁的橋墩和樁基等部位時(shí)，需要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間，而運(yùn)用隔震技術(shù)能夠有效避免橋墩和樁基等部位出現(xiàn)變形及破壞。

2)目前減隔震技術(shù)存在的不足。①?zèng)]有明確減隔震技術(shù)的規(guī)范。由于我國(guó)在減隔震技術(shù)研究與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面尚有不足，導(dǎo)致技術(shù)領(lǐng)域所形成的技術(shù)規(guī)范始終不夠完善，特別是針對(duì)于減隔震技術(shù)設(shè)計(jì)與施工結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)方面，其存在明顯的缺陷。技術(shù)規(guī)范的欠缺，會(huì)制約減隔震技術(shù)使用效果。②配套技術(shù)研究不夠深入。減隔震技術(shù)不僅僅包括建筑技術(shù)，還需要與不同的技術(shù)相配合。但是在實(shí)際的橋梁設(shè)計(jì)過程中，其配套技術(shù)研究還比較落后，對(duì)該技術(shù)的推廣和使用產(chǎn)生了一定的制約。如在應(yīng)用減隔震技術(shù)的過程中，對(duì)于橡膠產(chǎn)品提出了明確的質(zhì)量要求，但我國(guó)部分建筑類的橡膠產(chǎn)品質(zhì)量尚達(dá)不到規(guī)定要求。③技術(shù)水平有待提高。由于我國(guó)減隔震技術(shù)應(yīng)用得比較晚，因此設(shè)計(jì)與施工技術(shù)人員所積累的技術(shù)知識(shí)比較匱乏，實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)不足。例如在設(shè)計(jì)過程中，大部分技術(shù)人員在選擇減隔震裝置與安裝技術(shù)的過程中，無法作出明確的判斷，導(dǎo)致減隔震技術(shù)并沒有發(fā)揮明顯的效果。

3 減隔震技術(shù)在設(shè)計(jì)中的使用條件

雖然減隔震技術(shù)對(duì)于殼體抗震性提高具有積極的影響，但是其在使用過程中也會(huì)受到不同因素的限制。因此，在設(shè)計(jì)之前必須制定明確的橋梁設(shè)計(jì)方案，深入分析工程所在地的實(shí)際情況，以明確是否該應(yīng)用減隔震技術(shù)。結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)后可以明確，在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用減隔震技術(shù)需要符合多方面的條件：①橋梁工程的施工時(shí)間不宜過長(zhǎng)。由于減隔震技術(shù)本身存在不足，所以其很難在施工時(shí)間比較長(zhǎng)的橋梁工程中發(fā)揮作用。因此，設(shè)計(jì)人員需要準(zhǔn)確評(píng)估工程的規(guī)模，明確工程周期與減隔震技術(shù)的使用條件是否符合。②從實(shí)踐中可以明確，減隔震技術(shù)的合理應(yīng)用能夠有效抵御高頻波地震，且所產(chǎn)生的作用非常明顯。因此，在設(shè)計(jì)過程中，技術(shù)人員需要主動(dòng)與地質(zhì)勘查人員進(jìn)行交流，在對(duì)施工地區(qū)地震情況有所了解的情況下，確認(rèn)是否應(yīng)用減隔震技術(shù)。

4 減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

新型橋梁設(shè)計(jì)的過程中，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員需要確保減隔震技術(shù)的合理應(yīng)用，如此才能夠顯著提高橋梁的抗震能力，保證橋梁的安全性。

1)合理應(yīng)用粘滯阻尼器。橋梁設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的過程中，需要充分考慮粘滯阻尼器，將其合理運(yùn)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，有效促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)安全性的提高，發(fā)揮其所具有的抗震作用[4]。在塔梁中間設(shè)置粘滯阻尼器，可以減小橋梁橋墩的變形，在橋梁結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用，具有重要的作用。以我國(guó)某大橋設(shè)計(jì)來說，其在具體設(shè)計(jì)中運(yùn)用了粘滯阻尼器，顯著提高了橋梁的抗震能力，保證了橋梁在使用過程中的安全性，粘滯阻尼器如圖2所示。

圖2 粘滯阻尼器

2)合理應(yīng)用擺式滑動(dòng)摩擦支座。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)的過程中，還需要將擺式滑動(dòng)摩擦支座合理運(yùn)用到具體設(shè)計(jì)中，以促進(jìn)橋梁抗震安全性能的提高。其在具體應(yīng)用過程中能夠緊密結(jié)合鐘擺概念與滑動(dòng)摩擦支座，建立全新的裝置，以有效降低地震所帶來的影響。在橋梁結(jié)構(gòu)減震中，應(yīng)用擺式滑動(dòng)摩擦支座，可以有效消耗地震能量。但是在建造擺式滑動(dòng)摩擦支座的過程中，需要對(duì)具體情況加以分析和考慮，確保支座設(shè)計(jì)的合理性。

3)合理應(yīng)用鉛芯橡膠支座。在橋梁結(jié)構(gòu)減震隔震之中，應(yīng)用減隔震技術(shù)最為典型的表現(xiàn)就是鉛芯橡膠支座，將鉛芯橡膠支座應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)中，能夠顯著提高橋梁的整體抗震能力。其具體來說就是將鉛芯加入到橡膠中，從而形成能夠隔振的裝置，確保橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及可靠性。鉛芯所具有的力學(xué)性能良好，可以結(jié)合分層橡膠支座，所以在減隔震技術(shù)中，鉛芯的應(yīng)用非常適合。另外，鉛芯橡膠支座的屈服剪應(yīng)力能夠處于交替的狀態(tài)，初始剪切高線比較高，具有良好的彈性，在耐疲勞性能方面也比較優(yōu)越。基于鉛芯橡膠支座所具有的強(qiáng)度與剛性，其可以使減隔震技術(shù)的需要得到有效的滿足，所以目前已經(jīng)在不同的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用了鉛芯橡膠支座。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來，地震問題已經(jīng)引起了社會(huì)的高度重視，且地震的發(fā)生會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)，給人們的生活帶來不便，阻礙社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要合理應(yīng)用減隔震技術(shù)，以確保在發(fā)生地震的情況下，能夠?qū)⒌卣饘?duì)于橋梁所造成的損害控制到最低。相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況有明確的了解和認(rèn)識(shí)，合理選擇減隔震技術(shù)，將減隔震技術(shù)所具有的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來，從而積極推動(dòng)橋梁建造技術(shù)水平的提高，便利人們的出行，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下良好的前提。