橋梁設(shè)計中隔震設(shè)計的重要性研究

張一山

俄羅斯頓河國立技術(shù)大學(xué) 頓河畔羅 斯托夫 344000

橋梁工程是我國現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會的重要組成部分，也是完整交通運(yùn)輸體系的關(guān)鍵內(nèi)容，在發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)和構(gòu)建良性建設(shè)格局等多個方面，都有著重要意義。但同時，橋梁工程也具有很大的復(fù)雜性，尤其是橋梁工程中的質(zhì)量隱患與安全隱患。因此，為保證橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性，還需重點(diǎn)做好橋梁工程的隔震設(shè)計，結(jié)合工程實(shí)際情況，對其中各項(xiàng)影響因素進(jìn)行分析與提煉，以此來實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的工程建設(shè)目標(biāo)。文章以此為前提，進(jìn)行如下討論。

1 橋梁隔震設(shè)計的相關(guān)概述

1.1 隔震設(shè)計

隔震設(shè)計是現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中的重點(diǎn)內(nèi)容。通過高質(zhì)量的隔震設(shè)計，能夠進(jìn)一步提高橋梁工程的穩(wěn)定性，對地震等自然災(zāi)害帶來的負(fù)面影響進(jìn)行控制，使橋梁工程具有更好的抗震能力。實(shí)踐中，為能夠達(dá)到更理想的效果，還需施工技術(shù)人員做好傳統(tǒng)隔震設(shè)計方法和新型隔震設(shè)計方法的結(jié)合，可選擇在隔震設(shè)計中加入柔性裝置，以此來提高橋梁工程結(jié)構(gòu)與地面運(yùn)動之間的關(guān)聯(lián)。之后，通過阻尼器的應(yīng)用，對地震帶來的負(fù)面影響進(jìn)行降低，也能夠?qū)崿F(xiàn)對橋梁工程各個構(gòu)件的保護(hù)。

1.2 隔震設(shè)計的特點(diǎn)

為提高橋梁工程的隔震性能，需做好抗震技術(shù)的有效融合，以此來環(huán)境地震能量帶給橋梁工程結(jié)構(gòu)的破壞，也能夠提高橋梁工程在使用中的效率、質(zhì)量和安全性。具體來看，橋梁工程隔震設(shè)計中，通過科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用，可有效提升橋梁工程抗震系統(tǒng)的彈性。同時，搭配先進(jìn)的技術(shù)、方法和設(shè)備，也能夠同步降低橋梁工程的造價支出，以及同步在性能優(yōu)化的基礎(chǔ)上，緩解橋梁工程橋梁墩柱方面的壓力，強(qiáng)化保護(hù)效果[1]。之后，橋梁工程上部結(jié)構(gòu)位置，進(jìn)行隔震措施處理，進(jìn)一步削弱因?yàn)榈卣饐栴}導(dǎo)致的各項(xiàng)負(fù)面影響。如此一來，橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)，能夠在彈性范圍內(nèi)工作。

2 橋梁隔震設(shè)計理論分析

2.1 現(xiàn)代隔震技術(shù)

隔震裝置在現(xiàn)代橋梁工程施工建設(shè)中的應(yīng)用，減輕公路橋梁的地震破壞，更好地發(fā)揮公路交通網(wǎng)在抗震救災(zāi)中的作用。同時，從橋梁工程隔震系統(tǒng)組成部分來看，橋梁隔震支座往往具有更強(qiáng)的可塑性。因此，設(shè)計人員可以對采用經(jīng)濟(jì)合理的使用隔震措施，便能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁工程上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的保護(hù)。另外，橋梁工程的隔震設(shè)計也是一項(xiàng)動態(tài)化的設(shè)計，這就需要設(shè)計人員充分理解規(guī)范條款基礎(chǔ)上，對規(guī)范條文進(jìn)行靈活引用，避免一味地搬照常規(guī)設(shè)計方案，引起導(dǎo)致隔震設(shè)計不合理。

2.2 隔震設(shè)計原理

現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中，隔震設(shè)計與抗震設(shè)計在概念存在區(qū)別。隔震設(shè)計主要指針采取合理隔震裝置及相應(yīng)技術(shù)手段對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，降低地震災(zāi)害帶給橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊破壞，從而提高橋梁工程的抗震能力。因此，隔震設(shè)計并不是抵抗地震災(zāi)害，而是在發(fā)生地震災(zāi)害后，減緩地震災(zāi)害對橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊。從隔震設(shè)計的原理來看，設(shè)計人員需選擇增加橋梁工程結(jié)構(gòu)中的柔性支柱，同時降低對橋梁結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性。在地震發(fā)生后，采取隔震裝置能夠有效降低橋梁結(jié)構(gòu)的反應(yīng)速度，進(jìn)一步消耗地震能量，從而有效減低地震帶給橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊與破壞[2]。

2.3 隔震設(shè)計原則

隔震設(shè)計是現(xiàn)代橋梁工程建設(shè)中的一個新概念，是橋梁工程抗震系統(tǒng)中的一部分。因此，需在隔震設(shè)計中，把握好各項(xiàng)原則：

第一，橋梁在正式施工前，需對工程橋梁所在位置進(jìn)行全面細(xì)致勘察，提抗震相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息。其中，重點(diǎn)分析橋梁工程持續(xù)使用中，隔震能力是否會發(fā)生減弱問題。之后，結(jié)合現(xiàn)場勘察結(jié)果，針對性選擇隔震技術(shù)，制定隔震設(shè)計方案，確保隔震設(shè)計能夠發(fā)揮出更加理想的效果；

第二，橋梁工程隔震技術(shù)應(yīng)該中，需能夠做好其他技術(shù)的輔助使用，方能夠達(dá)到更理想的隔震設(shè)計效果；

第三，橋梁工程隔震設(shè)計中，需針對發(fā)生地震災(zāi)害后的橋梁工程上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理修復(fù)，在對隔震裝置進(jìn)行設(shè)置時，也需要充分考慮橋梁工程上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)存在的耦聯(lián)響應(yīng)，從而減少橋梁結(jié)構(gòu)中不必要的振動，也能夠同時提高橋梁工程下部結(jié)構(gòu)的剛度和地基的穩(wěn)定性；

第四，橋梁隔震設(shè)計中，需把握好力學(xué)原理，以此來對隔震裝置進(jìn)行合理選擇，也能夠針對橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。

3 橋梁隔震的基本準(zhǔn)則

3.1 外在因素

橋梁隔震設(shè)計中，需能夠針對工程所在區(qū)區(qū)域做好勘察工作。期間，由技術(shù)人員使用專業(yè)的儀器對工所在區(qū)域包括氣候、地形、地貌在內(nèi)的各項(xiàng)情況進(jìn)行綜合考慮，然后針對性選擇隔震裝置，并做好裝置布置設(shè)計工作，以此來實(shí)現(xiàn)對地震能量的有效吸收，也能夠提高橋梁工程地理環(huán)境的適應(yīng)能力。實(shí)踐中，可選擇結(jié)合柔性結(jié)構(gòu)和剛性結(jié)構(gòu)的組合，達(dá)到理想的設(shè)計效果。

3.2 設(shè)計階段

橋梁工程設(shè)計的初期，便需要對隔震設(shè)計進(jìn)行深入研究，然后確定隔震設(shè)計的方案，并對方案中的參數(shù)進(jìn)行分析[3]。之后，由設(shè)計人員結(jié)合橋梁工程的使用年限和防震參數(shù)，對隔震設(shè)計方案進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以此來達(dá)到更理想的振動效應(yīng)防護(hù)效果。同時，在隔震裝置設(shè)計時，需能夠把握隔震結(jié)構(gòu)類型與布置方案，結(jié)合結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能選擇合理隔震方案并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。從而達(dá)到良好的抗震效果，更好地保證橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 運(yùn)營階段

在完成橋梁工程建設(shè)，并將橋梁工程投入到使用后，需做好橋梁工程的養(yǎng)護(hù)工程。其中，重點(diǎn)關(guān)注橋梁工程在遭受地震害后，常見如結(jié)構(gòu)位移情況、梁低開裂情況、擋塊破壞情況等。在此基礎(chǔ)上，安排專業(yè)的養(yǎng)護(hù)人員與技術(shù)專家，對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行外觀檢測以及荷載試驗(yàn)，并對隔震裝置有效性進(jìn)行評價。在日常養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)，以及同步做好橋梁工程隔震裝置和附屬裝置設(shè)置，切實(shí)提高橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性。

4 橋梁隔震設(shè)計的作用與優(yōu)勢

4.1 橋梁隔震的作用

從工程隔震設(shè)計角度出發(fā)，主要是針對橋梁工程中的隔震器械儀器進(jìn)行設(shè)計。在開展高質(zhì)量隔震設(shè)計的基礎(chǔ)上，使橋梁工程的水平方向支撐力，能夠切實(shí)滿足橋梁的整體結(jié)構(gòu)需求。同時，在后續(xù)橋梁工程正式投入使用后，能夠在橋梁工程中形成阻尼效應(yīng)。

其次，通過高質(zhì)量的隔震設(shè)計，也能夠進(jìn)一步提高橋梁結(jié)構(gòu)的完整性。這是因?yàn)?，?dāng)發(fā)生地震災(zāi)害后，橋梁結(jié)構(gòu)會受到不同程度的損害，而隔震設(shè)計則可以削弱橋梁工程的遭受到的損害。由此可見，隔震設(shè)計不僅僅在橋梁工程建設(shè)和使用中，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，也兼顧著社會效益。但是從我國目前橋梁工程隔震設(shè)計情況來看，仍然處于發(fā)展的初期階段，相關(guān)技術(shù)、工藝、設(shè)備仍然不夠成熟，雖然取得了一定的成就，但對比國際發(fā)達(dá)國家仍然存在很大的差異。因此，在橋梁工程隔震設(shè)計中，還需做好學(xué)習(xí)和借鑒，吸收更多成功技術(shù)，引進(jìn)更多先進(jìn)技術(shù)工藝，以此來提高我國橋梁工程隔震設(shè)計的整體水平。

4.2 橋梁隔震的優(yōu)勢

橋梁工程隔震設(shè)計，可有效防止因地震導(dǎo)致的橋面系坍塌問題。在震害發(fā)生過程中，主要是因?yàn)槭艿搅溯^大的外力作用。因此，通過隔震設(shè)計，便能夠在隔震結(jié)構(gòu)的作用下，將地震產(chǎn)生的外力，通過隔震裝置中的耗散性能，將地震能量充分釋放，并均勻分布到橋梁結(jié)構(gòu)中，以此來使橋梁工程保證結(jié)構(gòu)安全性，避免因震害引發(fā)的坍塌。

其次，通過開展高質(zhì)量隔震設(shè)計，也能夠針對橋梁結(jié)構(gòu)的橫向剛度結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后在隔震構(gòu)件的作用，同時提升橋梁工程結(jié)構(gòu)的平衡性。其中，從抗震設(shè)計與隔震設(shè)計來看，二者雖然具有一定的相似性，但仍然伴隨著很大的差異。從緩解地震對橋梁工程的影響角度出發(fā)，隔震設(shè)計所能夠達(dá)到的效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗震設(shè)計。而從成本支出的角度來看，隔震設(shè)計與抗震設(shè)計基本處于同一水平面上的。由此可見，對比抗震設(shè)計，隔震設(shè)計能夠在較低的提升橋梁工程造價的基礎(chǔ)上，顯著提高橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性[4-5]。另外，因?yàn)楦粽鹪O(shè)計能夠有效避免橋梁工程受到過多的地震影響。因此，在發(fā)生地震災(zāi)害后，經(jīng)過隔震設(shè)計的橋梁工程，修復(fù)難度也要更小。

5 橋梁工程隔震設(shè)計中的注意問題

對比國際發(fā)達(dá)國家，我國交通運(yùn)輸業(yè)起步較晚，發(fā)展相對緩慢。因此，我國橋梁結(jié)構(gòu)在隔震設(shè)計中，尚未形成一套完整且標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，并缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面的指導(dǎo)。這就使得橋梁工程的隔震設(shè)計出現(xiàn)了很多細(xì)節(jié)問題，從而影響了橋梁工程隔震系統(tǒng)的作用發(fā)揮。同時，我國在面對該問題時，也未能夠提出相關(guān)的規(guī)定，未能夠建立起健全、完善的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范，很大程度上限制了隔震設(shè)計在橋梁工程中的應(yīng)用[6]。另外，在市場環(huán)境下，也導(dǎo)致大量層次較低隔震產(chǎn)品進(jìn)入到市場中，并在這些產(chǎn)品應(yīng)用到橋梁工程中后，帶來了隔震設(shè)計的負(fù)面影響。因此，還需要針對產(chǎn)品的性能做好詳細(xì)分析，包括但不限于產(chǎn)品疲勞性、耐久性等，以及同步做好阻尼器的定期檢查、更換，確保橋梁工程隔震設(shè)計能夠達(dá)到理想效果。

6 橋梁隔震設(shè)計措施分析

6.1 應(yīng)用思路

首先，橋梁工程隔震設(shè)計前，需安排專業(yè)人員做好工程建設(shè)場地勘察，重點(diǎn)關(guān)注工程建設(shè)場地中的各項(xiàng)環(huán)境問題，包括但不限于水文環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境等，通過環(huán)境的分析和把控，提煉關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息，以此來實(shí)現(xiàn)橋梁工程結(jié)構(gòu)的整體性優(yōu)化。同時，在數(shù)據(jù)信息指導(dǎo)下，一并明確隔震設(shè)計的目標(biāo)和技術(shù)應(yīng)用方案，為后續(xù)施工提供指導(dǎo)。

其次，在完成橋梁工程隔震設(shè)計方案編制后，需在相同隔震周期內(nèi)，對橋梁工程結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行分析。同時，對其中部分結(jié)構(gòu)參數(shù)一并進(jìn)行調(diào)整，以此來確定橋梁工程最終的隔震方案。

最后，為進(jìn)一步提高橋梁工程的隔震效果，確保橋梁工程中隔震裝置的作用得以充分發(fā)揮。需能夠針對橋梁工程結(jié)構(gòu)做好細(xì)化，重點(diǎn)避免橋梁結(jié)構(gòu)迫害早于隔震裝置的破壞。

6.2 擺式滑動摩擦支座應(yīng)用

橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中，可選擇使用擺式滑動摩擦支座。通過擺式滑動摩擦支座的合理應(yīng)用，通過增加地震能量在傳導(dǎo)過程中的耗散，從而提高橋梁工程的整體抗震安全性能。具體來看，擺式滑動摩擦支座的應(yīng)用，主要是在滑動摩擦制支座中導(dǎo)入鐘擺概念，然后建立起橋梁工程中的隔震裝置。通過擺式滑動摩擦支座的應(yīng)用，在曲面摩擦的作用下，便能夠有效對能量進(jìn)行消耗，也能夠?yàn)闃蛄禾峁┠芰縖7]。同時，還需要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特形式、材料特點(diǎn)針對工程所處實(shí)際情況進(jìn)行分析與考量，以此來保證支座制作的科學(xué)性與合理性。如此一來，才能夠真正發(fā)揮出擺式滑動摩擦支座的價值與作用。目前，我國長江大橋、蘇通大橋等都應(yīng)用了擺式滑動摩擦支座。

6.3 動力設(shè)計

橋梁工程開展隔震設(shè)計工作期間，需能夠借助好結(jié)構(gòu)動力設(shè)計方法。可采用建立有限元分析模型的方法，針對地震帶給橋梁工程結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析與模擬，然后對關(guān)鍵位置的計算應(yīng)力、變形以及速度進(jìn)行分析，從而得出最終結(jié)論。在執(zhí)行上述工作內(nèi)容時，也需要通過動力模型對不同因素帶給橋梁工程結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力情況進(jìn)行深入分析，然后擬定針對性的設(shè)計方案。最后，根據(jù)數(shù)值分析的結(jié)論，確定各類技術(shù)參數(shù)，從而保證各項(xiàng)方案的制定，從而保障技術(shù)方案的實(shí)施。

6.4 連續(xù)橋梁減震分析

首先，在橋梁工程隔震設(shè)計中，可通過HDR高阻尼隔震橡膠支座來對上部和下部的地震力進(jìn)行隔離，并能夠協(xié)調(diào)橋梁工程墩柱耗散地震動能。從而，確保地震帶來橋梁工程的縱向力與橫向力更加均勻，也能夠減少內(nèi)力最大峰值，從而達(dá)到良好的隔震效果。

其次，對高阻尼橡膠支座進(jìn)行應(yīng)用，橋梁墩柱能夠在E1地震的作用影響下，對彎矩進(jìn)行計算，使其能夠小于初始的屈服彎矩，并使橋梁工程橋墩截面處于彈性狀態(tài)中。同時，由于墩頂?shù)奈灰票容^小，提高了墩頂位移的安全度。

最后，雖然通過對有限元分析方法的應(yīng)用，能夠?qū)蛄汗こ淘谟龅降卣馂?zāi)害后，可能會發(fā)生的位移和受力進(jìn)行模擬，但由于地震災(zāi)害多為一瞬間，其實(shí)際產(chǎn)生的地震作用力往往具有更大的復(fù)雜性[8]。因此，為能夠更加精準(zhǔn)地對橋梁工程結(jié)構(gòu)在地震中的實(shí)際受力情況進(jìn)行研究，僅憑借有限元軟件進(jìn)行分析，顯然是不夠，還需把握好工程的實(shí)際情況，然后進(jìn)行計算分析加監(jiān)測方法，才能夠更加精準(zhǔn)地把握橋梁工程結(jié)構(gòu)在地震作用力下的真實(shí)受力情況和位移情況。

7 結(jié)束語

綜上所述，隔震設(shè)計是現(xiàn)代橋梁工程設(shè)計中的基礎(chǔ)性內(nèi)容。通過高質(zhì)量的隔震設(shè)計，能夠進(jìn)一步提高橋梁工程的抗震能力，保證橋梁工程的安全性和穩(wěn)定性。當(dāng)實(shí)際發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害問題時，也能夠降低震害對橋梁工程結(jié)構(gòu)造成的損害。實(shí)踐中，需把握好橋梁工程的實(shí)際情況，確定好其中的各項(xiàng)影響因素與細(xì)節(jié)問題，針對性制定隔震設(shè)計方案，以此來保證橋梁工程的良好運(yùn)行效果，具有重要意義。文章從應(yīng)用思路，擺式滑動摩擦支座應(yīng)用，動力分析等角度切入，在實(shí)踐中取得良好效果。