關(guān)于橋梁設(shè)計(jì)的隔震設(shè)計(jì)的重要性研究

■袁 彪 ■身份證號碼:362202198708074536

1 隔震設(shè)計(jì)概述

1.1 隔震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，應(yīng)用抗震隔震技術(shù)，其主要目的是通過隔震裝置起到消減地震能量、減少地震對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞程度、延長橋梁的使用壽命。因此，橋梁隔震設(shè)計(jì)必須科學(xué)、合理，確?？拐鹣到y(tǒng)具備較強(qiáng)的可塑性和彈性。在橋梁建筑中采用隔震技術(shù)，一方面，能夠提高橋梁的使用性能，降低工程造價，且高于常規(guī)設(shè)計(jì)的抗震性能，并能夠有效減少橋梁墩柱的延性需求，滿足橋梁墩柱的保護(hù)作用;另一方面，對橋梁上部結(jié)構(gòu)采取隔震措施，能夠避免地震作用導(dǎo)致的橋梁下部結(jié)構(gòu)超過彈性范圍;此外，對于地震發(fā)生后難以修復(fù)或檢查的位置，隔震技術(shù)能夠減少或消除這些部位的非彈性變形。

1.2 隔震設(shè)計(jì)的原理

隔震技術(shù)是對抗震技術(shù)的發(fā)展，屬于新的橋梁防震形式，其作用并不是抵抗地震能量，而是減小地震作用，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)不會受到損壞，提高了橋梁的抗震性能。一般情況下，在對橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時，增強(qiáng)橋梁抗震作用的方式是提高橋梁的變形能力和整體強(qiáng)度，而隔震技術(shù)則是在橋梁中采取必要的柔性裝置，有效減少橋梁重要構(gòu)件與地面運(yùn)動的關(guān)聯(lián)性，確保重要構(gòu)件不會在地震作用下出現(xiàn)破壞性損傷，使結(jié)構(gòu)反應(yīng)的加速度小于地面加速度，此外，橋梁設(shè)計(jì)中的阻尼設(shè)計(jì)能夠有效消耗地震能量，在能量傳遞至橋梁隔震結(jié)構(gòu)和橋梁上部時，其破壞作用已經(jīng)降低。

2 橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性及優(yōu)勢

2.1 隔震設(shè)計(jì)的重要性

橋梁設(shè)計(jì)的隔震設(shè)計(jì)主要是在建設(shè)橋梁的過程中安裝隔震裝置，使橋梁得到水平方向的柔性支承，延長了水平方向的結(jié)構(gòu)周期，并通過安裝阻尼裝置，增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)，在發(fā)生地震時起到消耗或減少地震能量的作用。目前，我國的隔震設(shè)計(jì)經(jīng)過不斷研究和探索，也取得了重大突破，但仍缺乏綜合性和系統(tǒng)性，隔震設(shè)計(jì)方法仍需要參考或借鑒外國的研究成果和經(jīng)驗(yàn)。

2.2 隔震設(shè)計(jì)的優(yōu)勢

在橋梁設(shè)計(jì)的過程中進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，能夠有效分解并改善地震作用力在橋梁結(jié)構(gòu)支座的分布狀況，對橋梁基礎(chǔ)部位起到保護(hù)作用，并有效保護(hù)和支撐了橋梁上部結(jié)構(gòu)。同時，橋梁設(shè)計(jì)的隔震設(shè)計(jì)具有調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)橫向剛度的功能，解決了橋梁結(jié)構(gòu)的平衡扭轉(zhuǎn)問題，消耗地震作用。在對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時，隔震設(shè)計(jì)能夠降低甚至消除震后橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的超出彈性范圍的情況，避免結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)變形。此外，隔震設(shè)計(jì)由于普通的抗震設(shè)計(jì)效果，確保了工程質(zhì)量，也無需增加施工成本;橋梁隔震設(shè)計(jì)中的隔震支座在正常使用時，雖然受溫度等外界因素影響會發(fā)生變形，但是變形量較小，適用于高架橋梁中的連續(xù)多跨橋梁，有利于減少伸縮縫的設(shè)置。與沒有進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的橋梁相比，隔震設(shè)計(jì)橋梁在經(jīng)歷地震后，便于更換隔震裝置，施工簡便、維修時間短、維修費(fèi)用低。

3 橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的具體實(shí)施

3.1 隔震設(shè)計(jì)的原則

橋梁設(shè)計(jì)抗震性能的一個重要要求即為隔震設(shè)計(jì)。隔震設(shè)計(jì)必須遵循基本設(shè)計(jì)原則:在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)前，科學(xué)考察橋梁是否適合隔震設(shè)計(jì)，考察依據(jù)是增長結(jié)構(gòu)周期后隔震系統(tǒng)是否能夠提高吸收的地震能量。不適宜采取隔震設(shè)計(jì)的橋梁不得進(jìn)行盲目施工。此外，設(shè)置隔震裝置后，橋梁的上下部結(jié)構(gòu)及地基在地震災(zāi)害發(fā)生時會出現(xiàn)耦聯(lián)響應(yīng)，引發(fā)不必要振動。一般情況下，適宜設(shè)置隔震裝置的情況是橋梁的地基牢固、地震響應(yīng)穩(wěn)定和橋梁固有周期短、橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度較大。

如果在橋梁設(shè)計(jì)中采用隔震裝置，則橋梁上部結(jié)構(gòu)在地震作用下會發(fā)生位移，直接影響橋梁的使用性能，因此在震后需要對隔震裝置進(jìn)行修補(bǔ)和完善。橋梁設(shè)計(jì)的隔震設(shè)計(jì)必須確保采取隔震措施的橋梁的抗震性能大于常規(guī)抗震設(shè)計(jì)橋梁的抗震性能;在進(jìn)行隔震措施前，需要科學(xué)勘測橋梁地基和周邊的地質(zhì)環(huán)境情況，隔震橋梁周邊要具備堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)基礎(chǔ)，不宜對軟性地基修建的橋梁實(shí)施隔震設(shè)計(jì);設(shè)置隔震裝置時，應(yīng)根據(jù)橋梁的力學(xué)性能選擇隔震性能良好且結(jié)構(gòu)簡單的裝置，且確保隔震裝置能夠在地震持續(xù)發(fā)生時發(fā)揮作用。

3.2 具體的隔震設(shè)計(jì)

(1)設(shè)計(jì)隔震裝置。對隔震裝置和其他構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)是橋梁隔震設(shè)計(jì)的主要方面。設(shè)計(jì)隔震裝置是隔震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和核心。目前，采用較多的隔震設(shè)計(jì)是彈性反應(yīng)譜設(shè)計(jì)方法。彈性反應(yīng)譜法在不同國家具有不同規(guī)范，其主要區(qū)別是計(jì)算公式，這些公式主要計(jì)算隔震裝置的等效阻尼和等效剛度。由于橋梁的地震響應(yīng)與隔震裝置振幅存在必然聯(lián)系，所以在計(jì)算時需要考慮隔震裝置的最大振幅。針對不規(guī)則或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的橋梁則使用時程分析方法。時程法隔震設(shè)計(jì)需要考慮應(yīng)用彈性裝置的范圍，計(jì)算彈性性能，確保彈性裝置設(shè)置合理。

彈性反應(yīng)譜法與時程法相比，應(yīng)用更為普遍，施工計(jì)算簡單，接近現(xiàn)階段的計(jì)算規(guī)范，易于接受。而且，隔震裝置的等效阻尼和等效剛度計(jì)算與地震時隔震裝置的最大變形相關(guān)，而隔震裝置變形又對橋梁的地震響應(yīng)產(chǎn)生直接影響，所以通常采取反應(yīng)譜法設(shè)計(jì)橋梁隔震裝置，并不斷進(jìn)行調(diào)整和完善。在實(shí)施具體計(jì)算時，并沒有可以直接套用的公式，所以要求設(shè)計(jì)人員充分掌握并估算橋梁的地震響應(yīng)程度，在發(fā)生地震后，工程師能夠根據(jù)長期積累的工作經(jīng)驗(yàn)制定初步設(shè)計(jì)方案，完成方案后，再通過時程分析法驗(yàn)證隔震設(shè)計(jì)的合理性。

(2)設(shè)計(jì)附屬結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)橋梁附屬構(gòu)造同樣在橋梁設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。橋梁附屬構(gòu)造的構(gòu)件包括防落梁裝置、伸縮縫、限位裝置等，通過分析多種地震危害和時程分析，發(fā)現(xiàn)附屬構(gòu)造中的細(xì)部構(gòu)造對橋梁結(jié)構(gòu)的隔震效果和動力響應(yīng)具有重要影響。但是目前大多數(shù)設(shè)計(jì)人員并沒有充分認(rèn)識到細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)的重要性;此外，在計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)時，計(jì)算附屬結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的方法較為復(fù)雜，所以設(shè)計(jì)人員并不重視細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)橋梁的細(xì)部構(gòu)造必須保證其連續(xù)性良好。

4 總 結(jié)

綜上所述，在橋梁設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行隔震裝置設(shè)計(jì)和附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不僅能夠提高橋梁的質(zhì)量和抗震性能，還減小了橋梁結(jié)構(gòu)的構(gòu)件尺寸，降低工程成本，便于震后維修，是減少地震危害的有效措施?，F(xiàn)階段，我國的隔震設(shè)計(jì)仍處于初級階段，相關(guān)設(shè)計(jì)人員需要不斷的研究和探索，學(xué)習(xí)借鑒外國先進(jìn)的隔震技術(shù)和成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，完善我國的橋梁隔震設(shè)計(jì)理論和實(shí)踐，為橋梁建筑業(yè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展做出相應(yīng)貢獻(xiàn)。

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