減隔震在城市橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

【摘要】橋梁隔震，即隔離地震。在橋梁建筑或基礎(chǔ)中設(shè)置控制結(jié)構(gòu)，起到隔離地面振動帶來的巨大能量的作用，使得橋梁建筑實(shí)際接收的振動很小，減少了地面振動帶來的巨大能量的傳遞，保證了橋梁建筑的安全。橋梁設(shè)計(jì)中的減震設(shè)計(jì)能夠減少上下部結(jié)構(gòu)的震動反應(yīng)，它是利用減震層上部和橡膠支座組合成耗能器，來吸收地面震動帶來的巨大能量，保障了橋梁建筑的安全。本文主要對橋梁減隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究分析。

【關(guān)鍵詞】減隔震；城市；橋梁設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

隔震裝置在橋梁隔震設(shè)計(jì)中非常重要，通過安裝橋梁隔震裝置，使得橋梁的上部結(jié)構(gòu)能夠在發(fā)生地震時(shí)避免產(chǎn)生或者減少相對位移，從而減輕橋梁后期的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用，使橋梁的使用功能得到一個(gè)穩(wěn)定的保證。另外，安裝阻尼器的目的也是通過提高阻尼效果來以此減輕地震作用力對橋梁產(chǎn)生的危害。

1、隔震設(shè)計(jì)的原理

作為抗震設(shè)計(jì)的一種新的形式，隔震設(shè)計(jì)工作并不是要抵抗地震的作用，而是要最大限度的減小地震的作用以起到保護(hù)橋梁各結(jié)構(gòu)的效果。一般情況下，在橋梁工程的設(shè)計(jì)和施工階段，都是通過提高橋梁的抗變形能力和整體強(qiáng)度來提高其抗震能力的，但是進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)就不是這樣了，其最重要特別就是要加入一個(gè)柔性裝置，從而減少橋梁結(jié)構(gòu)與水平地面運(yùn)動的關(guān)聯(lián)性，當(dāng)?shù)卣鸬絹頃r(shí)，地面的加速度是要大于結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度的，所以結(jié)構(gòu)構(gòu)件就不會受到嚴(yán)重的損壞。另外，橋梁設(shè)計(jì)中還采用了阻尼設(shè)計(jì)，消耗了地震帶來的一部分能量，也就減少了傳遞到隔震結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的作用力。

2、減隔震技術(shù)的特點(diǎn)

2.1減隔震技術(shù)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的的應(yīng)用，主要目的就是為了利用這些減隔震裝置達(dá)到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量和降低地震后結(jié)構(gòu)毀壞。在橋梁進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，最關(guān)鍵的就是要有合理的設(shè)計(jì)，使相關(guān)的抗震系統(tǒng)構(gòu)件能夠具有較強(qiáng)的彈性和可塑性。

2.2減隔震技術(shù)在橋梁設(shè)計(jì)中的采用，一方面可以減少工程造價(jià)同時(shí)提高橋梁抗震性能，它往往要比常規(guī)的抗震設(shè)計(jì)的抗震性能高，可以有效地保護(hù)橋梁墩柱，達(dá)到降低橋梁墩柱延性需求的作用和目的；另一方面上部結(jié)構(gòu)中減隔震措施的采用可以有效地減小或者消除地震后橋梁的下部結(jié)構(gòu)超出彈性范圍的現(xiàn)象，對于那些在地震后難以檢查或者修復(fù)的部位，減隔震設(shè)計(jì)可以避免在這些部位發(fā)生嚴(yán)重的非彈性變形。

3、隔震設(shè)計(jì)原則分析

橋梁隔震設(shè)計(jì)是有效提高橋梁隔震效果的主要措施，借此來充分提升橋梁抗震的水平或是加強(qiáng)橋梁的抗震功能。但是在實(shí)施這項(xiàng)措施的時(shí)候，要有一些確實(shí)可行的方法來實(shí)現(xiàn)，否則就不可能達(dá)到理想中的效果。為了實(shí)現(xiàn)以上這些，就必須要做到以下幾點(diǎn)的分析。針對橋梁是否適合加上抗震裝置這點(diǎn)，應(yīng)在設(shè)計(jì)初期就做好認(rèn)真的分析。如若不適合安裝隔震裝置，就早期做好預(yù)算，避免不必要的建設(shè)浪費(fèi)，這可以依照地震之后橋梁隔震效果作為參考信息。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對施工附近的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行仔細(xì)的勘察。尤其是橋梁施工地點(diǎn)的地基勘測，從數(shù)據(jù)報(bào)告上仔細(xì)分析，全面考慮，一個(gè)隔震性能良好的橋梁必須要有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)條件為基礎(chǔ)。另外，隔震裝置的選擇上，應(yīng)盡可能選擇那些抗震性能良好的隔震裝置。在滿足隔震效果的同時(shí)，還應(yīng)清楚了解隔震裝置為橋梁緩解的受力大小范圍，從而科學(xué)的選用隔震裝置。

4、橋梁隔震設(shè)計(jì)的作用

橋梁隔震設(shè)計(jì)的好處體現(xiàn)在很多方面，其主要有以下幾點(diǎn)。調(diào)整橋梁水平方向上剛度的作用，從而提高扭力平衡的問題，有效降低地震力；加強(qiáng)對橋梁隔震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使得其抗震性能優(yōu)于沒有采用抗震裝置的橋梁。這樣做既不影響工程造價(jià)，又對橋梁的質(zhì)量有一個(gè)很好的保障，進(jìn)而提高了橋梁的性價(jià)比；加強(qiáng)橋梁隔震設(shè)計(jì)可以保護(hù)橋梁的基礎(chǔ)部位，提高橋梁結(jié)構(gòu)的承載力和逐漸衰減地震后地震力對橋梁結(jié)構(gòu)各支座間的受力；地震后，橋梁的上下部結(jié)構(gòu)很有可能會出現(xiàn)超出設(shè)計(jì)彈性范圍的現(xiàn)象，而采用隔震設(shè)計(jì)可以很好的避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。即使是說消除也不為過，從而有效避免橋梁結(jié)構(gòu)的變形。

5、減隔震技術(shù)的應(yīng)用

5.1粘滯阻尼器

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)橋梁結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)該充分考慮到如何有效的應(yīng)用粘滯阻尼器提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全性能。粘滯阻尼器具有其獨(dú)特的優(yōu)勢，首先彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常值，在橋墩發(fā)生最大變形時(shí)，屈服力或者摩擦力常值會同時(shí)達(dá)到。但是，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為1時(shí)，會使橋墩變形最大化，阻尼力反而是最小值，當(dāng)阻尼器的參數(shù)為零時(shí)，粘滯阻尼器的阻尼力會達(dá)到最大值，橋墩的變形最小。其次，是在溫度發(fā)生改變的情況下，彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由變形；在粘滯阻尼器發(fā)展蠕變的情況下，產(chǎn)生的抗震力幾乎為零，因此，應(yīng)用粘滯阻尼力是不會影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用功能。應(yīng)用粘滯阻尼器在橋梁中，一般都會將粘滯阻尼器設(shè)置在塔梁中間，加勁梁和橋邊墩中間或者加勁梁和輔助墩中間的位置。例如，在我國重慶峨公巖大橋是首先應(yīng)用粘滯阻尼器，并且將粘滯阻尼器設(shè)置在縱向加勁梁和橋臺之間的伸縮逢中。由此可見，合理的應(yīng)用粘滯阻尼器對于提高橋梁抗震安全性能具有重要作用。

5.2鉛芯橡膠支座

橋梁的鉛芯橡膠支座，需要在板式橡膠支座的中間部位壓入高純度鉛芯來改善阻尼性能。高純度鉛芯力學(xué)特征良好，屈服剪力較低，可以保持在10MPa左右，初始剪力剛度可達(dá)130MPa，高純度鉛芯良好的彈塑性性能和耐疲勞性能，可以很好地消耗地震帶來的能量和提供靜力負(fù)荷需要的剛度。分層橡膠支座結(jié)合鉛芯形成的鉛芯橡膠支座具有良好減震裝置的特性，遇到地震時(shí)，鉛芯屈服，鉛芯剛度減少，使橋梁的結(jié)構(gòu)周期加大，消耗了地震帶來的能量；遇到較低水平力時(shí)，高純度鋼芯可以保持較高初始剛度，發(fā)生很小的形變。

結(jié)語：

總之，橋梁抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，要從橋梁設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系和構(gòu)造的角度做好耐久性的設(shè)計(jì)，同時(shí)需要進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)及采取各種抗震措施，避免橋梁在地震中產(chǎn)生大的損壞而導(dǎo)致的交通中斷，以提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災(zāi)害的能力提供可靠的技術(shù)保證。

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作者簡介：

張君，中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽。