山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中減隔震技術(shù)運(yùn)用研究

文 / 中都工程設(shè)計(jì)有限公司華南分公司 鐘卓成

減隔震技術(shù)的有效運(yùn)用對(duì)提高山區(qū)橋梁抗震性能，保障山區(qū)橋梁長(zhǎng)久穩(wěn)定使用有著重要影響。因此，有必要加強(qiáng)山區(qū)橋梁減隔震設(shè)計(jì)研究，以保證其應(yīng)用技術(shù)科學(xué)、有效、合理。本研究從理論與實(shí)際兩方面出發(fā)，就減隔震技術(shù)基本概念、常見類型、適用條件以及實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，以為同類型工程設(shè)計(jì)提供理論參考，促進(jìn)山區(qū)橋梁減隔震性能提高。

引言

基于近些年我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展對(duì)交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出的更高要求，山區(qū)橋梁作為交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要組成部分，由于其地理位置特殊，施工條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較高，因而對(duì)自身設(shè)計(jì)，尤其是減隔震技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有較高要求。

減隔震技術(shù)是一系列應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中提高建筑減隔震性能，滿足建筑抗震需求的技術(shù)，其應(yīng)用的科學(xué)性、合理性、有效性對(duì)建筑質(zhì)量與安全有著直接影響。以下由于筆者對(duì)減隔震技術(shù)及其在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中運(yùn)用談幾點(diǎn)體會(huì)，意在拋磚引玉。

減隔震技術(shù)理論分析

減隔震技術(shù)基本概念

減隔震技術(shù)是對(duì)減震技術(shù)與隔震技術(shù)的統(tǒng)稱，是提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，保證建筑物使用穩(wěn)定、安全、可靠的重要手段。

在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中，減隔震技術(shù)有效運(yùn)用不僅能夠滿足山區(qū)橋梁抗震需求，也能夠進(jìn)一步提高山區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減輕自然災(zāi)害對(duì)山區(qū)橋梁的損害，從而延長(zhǎng)山區(qū)橋梁使用壽命，節(jié)約山區(qū)橋梁維修養(yǎng)護(hù)成本，促進(jìn)山區(qū)交通運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展。

減隔震技術(shù)中減震技術(shù)主要是通過(guò)阻尼、耗能裝置等合理配備，使建筑物能夠在地震發(fā)生時(shí)對(duì)震波能量進(jìn)行有效吸收、消耗，減少地震災(zāi)害的影響，其主要是借助柔性支撐結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，減少結(jié)構(gòu)位移，或在建筑上部結(jié)構(gòu)合理設(shè)置隔離層，讓建筑物擁有較為完善隔震體系，提高建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少地震災(zāi)害對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞。

減隔震技術(shù)常見類型

目前，山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中較為常見的減隔震技術(shù)主要有以下幾種：

1.粘滯阻尼減隔震技術(shù)

即在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中將粘滯阻尼減隔震裝置合理安置在橋梁邊墩、橋梁加勁梁、橋梁輔助墩等位置，借助該裝置活塞前后運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的壓力差，提高橋梁減隔震系統(tǒng)阻尼力，增加橋梁減隔震系統(tǒng)對(duì)地震波能量消耗量，從而減輕地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，達(dá)到良好減震抗震效果。

2.高阻尼支座技術(shù)

即在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中將高阻尼鉛芯隔震橡膠支座或高阻尼隔震橡膠支座合理配備在橋梁上、下部結(jié)構(gòu)連接位置，借助高阻尼支座水平變位能力強(qiáng)、阻尼效果好、地震能量吸收能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，使橋梁能夠在地震中延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，隔離橋梁下部結(jié)構(gòu)與上部結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，從而改善橋梁結(jié)構(gòu)受力情況，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.彈塑性鋼擋塊技術(shù)

即在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中將彈塑性鋼擋塊合理配備在橋梁結(jié)構(gòu)中，地震時(shí)借助該裝置的塑性變形進(jìn)行耗能，產(chǎn)生減震效果或增加結(jié)構(gòu)自振周期，產(chǎn)生隔震效果。研究表示，塑性鋼擋塊應(yīng)用到橋墩或橋梁上部與下部連接位置，能夠在一定程度上促進(jìn)墩梁間相對(duì)位移、橋墩彎矩等減少，提高橋梁抗震性能。

4.摩擦擺式減隔震支座技術(shù)

即在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中將摩擦擺式減隔震支座合理安裝到橋梁結(jié)構(gòu)連接位置，借助支座摩擦耗能作用、自振周期延長(zhǎng)作用等，產(chǎn)生減震隔震效果。

減隔震技術(shù)適用條件

在山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中，要想保證減隔震技術(shù)運(yùn)用作用的有效發(fā)揮，應(yīng)綜合考慮以下適用條件：

1.山區(qū)橋梁地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，導(dǎo)致橋梁使用受地質(zhì)水文環(huán)境影響較大。故在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮地質(zhì)水平條件對(duì)減隔震技術(shù)運(yùn)用存在的影響，以保證地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，所運(yùn)用技術(shù)能夠發(fā)揮減隔震效果。

2.山區(qū)橋梁設(shè)計(jì)中，減隔震裝置多配備在橋墩位置，這就需要加強(qiáng)橋墩適應(yīng)性審查力度，保證減隔震裝置的應(yīng)用不會(huì)影響橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)橋墩其他性能產(chǎn)生不利影響。

3.減隔震技術(shù)運(yùn)用的關(guān)鍵在于，減少地震災(zāi)害對(duì)山區(qū)橋梁的破壞，故在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持最優(yōu)化原則，制定高質(zhì)量橋梁設(shè)計(jì)方案。在此過(guò)程中，需要綜合考慮地震等級(jí)、地震頻次、施工條件、工程造價(jià)等多因素影響。

減隔震技術(shù)實(shí)踐分析

山區(qū)橋梁工程概述

工程項(xiàng)目為某山區(qū)高速公路橋梁。公路全長(zhǎng)超過(guò)48km，設(shè)有橋梁41座，包括3座互通式立交橋。由于工程項(xiàng)目位于區(qū)域內(nèi)地震活動(dòng)帶，地震烈度9度，故對(duì)橋梁抗震性能具有較高要求。本研究以其中某座先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁為例，分析山區(qū)橋梁減隔震設(shè)計(jì)。已知橋梁跨徑2m×40m+3m×40m+3m×40m，最大橋墩高度45.29m。

山區(qū)橋梁工程設(shè)計(jì)

在全面掌握工程項(xiàng)目地質(zhì)水文條件、抗震設(shè)計(jì)需求等信息基礎(chǔ)上，確定橋梁減隔震技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)，并結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)形式、施工工藝水平、減隔震技術(shù)應(yīng)用要求等，制定減隔震技術(shù)應(yīng)用方案。

考慮到橋梁工程項(xiàng)目抗震要求較高，故需要保證橋梁在震中能夠處于彈性狀態(tài)，且面對(duì)罕見地震時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)潛在塑性區(qū)能夠受地震力作用進(jìn)行塑性，橋梁上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。

本次擬設(shè)計(jì)三種方案：方案一采用高阻尼支座技術(shù)進(jìn)行減隔震；方案二采用摩擦擺支座技術(shù)進(jìn)行減隔震；方案三采用彈塑性鋼擋塊技術(shù)進(jìn)行減隔震。

技術(shù)應(yīng)用效果分析

根據(jù)三種設(shè)計(jì)方案構(gòu)建有限元模型評(píng)價(jià)三種減隔震技術(shù)應(yīng)用效果。

由表1結(jié)構(gòu)自振周期結(jié)果可知，方案二結(jié)構(gòu)自振周期明顯高于方案一、方案三，說(shuō)明摩擦擺支座技術(shù)在本工程中的有效應(yīng)用能夠更好延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，減少地震對(duì)橋梁的損害。

表1 結(jié)構(gòu)自振周期情況

方案三與普通支座結(jié)構(gòu)自振周期差異不大，說(shuō)明普通支座具備一定減隔震功能，在普通支座應(yīng)用基礎(chǔ)上配備彈塑性鋼擋塊，雖然能夠在一定程度上延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期，但增幅較小。

統(tǒng)計(jì)三種設(shè)計(jì)方案最高墩支座變形情況，結(jié)果顯示：方案一最高墩支座縱向最大變形0.48m，橫向最大變形0.54m；方案二最高墩支座縱向最大變形1.06m，橫向最大變形0.56m；方案三最高墩支座縱向最大變形0.51m，橫向最大變形0.37m?？梢姺桨敢弧⒎桨付谱魑灰戚^大。

此外，對(duì)比各方案下順橋向與橫橋向墩底截面彎矩與剪力，發(fā)現(xiàn)三種方案下順橋向受地震響應(yīng)影響較小，橫橋向方案一與方案二要好于方案三?？梢?，不同設(shè)計(jì)方案具有不同優(yōu)缺點(diǎn)，綜合考慮本工程方案一、方案二減隔震效果更好。

結(jié)論

山區(qū)特性（如地質(zhì)氣候條件復(fù)雜、自然災(zāi)害頻發(fā)等）決定山區(qū)橋梁，尤其是處于地震帶區(qū)域的橋梁對(duì)抗震性能具有較高要求。因此，在發(fā)展山區(qū)橋梁工程項(xiàng)目時(shí)，做好山區(qū)橋梁抗震設(shè)計(jì)工作，保證山區(qū)橋梁能夠穩(wěn)定、安全、長(zhǎng)久使用至關(guān)重要。

有上述分析可知，減隔震技術(shù)是提高山區(qū)橋梁抗震性能的重要手段，在實(shí)際使用中需要堅(jiān)持因地制宜原則，根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況與需求科學(xué)設(shè)計(jì)，以保證所應(yīng)用技術(shù)的合理性、正確性、有效性，從而促進(jìn)減震、隔震作用最大程度發(fā)揮。