橋梁工程設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

王志勇

摘? 要：隔震設(shè)計(jì)一直是現(xiàn)代橋梁工程設(shè)計(jì)師們在橋梁抗震設(shè)計(jì)工程中時(shí)的重點(diǎn)之一?？茖W(xué)合理的減隔震對提升橋梁工程的安全性性能和平穩(wěn)性具有關(guān)鍵性的作用。因此，根據(jù)現(xiàn)代橋梁工程隔震技術(shù)的原理和特點(diǎn)，文章通過對橋梁抗震技術(shù)展開科學(xué)的分析，對工程中所要求的技術(shù)要求和施工方法進(jìn)行探討，從而提升現(xiàn)代橋梁工程隔震設(shè)計(jì)的質(zhì)量，以期對橋梁建造取得一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;隔震設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)方法

Abstract： Seismic isolation design has always been one of the key points of modern bridge engineering designers in bridge seismic design engineering. Scientific and reasonable seismic isolation plays a key role in improving the safety and stability of bridge engineering. Therefore， according to the principle and characteristics of seismic isolation technology of modern bridge engineering， this paper makes a scientific analysis of bridge seismic technology， and discusses the technical requirements and construction methods required in the project， so as to improve the quality of seismic isolation design of modern bridge engineering， in order to make a certain contribution to bridge construction.

橋梁工程是道路工程的核心組成部分，對其抗震性能有著極高的要求。因此，在橋梁設(shè)計(jì)過程之中，設(shè)計(jì)師需要展開有效的隔震設(shè)計(jì)，以減少地震造成的經(jīng)濟(jì)損失及可能產(chǎn)生的人員傷亡，而橋梁設(shè)計(jì)和隔震設(shè)計(jì)應(yīng)考量多種因素，因此就需要對其中的多個(gè)要點(diǎn)進(jìn)行分析與探討。在對其進(jìn)行探討的過程中不斷進(jìn)行理論結(jié)合實(shí)踐，以得到合適的抗震理論。

1 橋梁設(shè)計(jì)過程中隔震設(shè)計(jì)的必要性

在橋梁設(shè)計(jì)中進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)能充分提升橋梁的減震效果，使地震發(fā)生時(shí)能將地震破壞降到最低。近年來，歐美等許多發(fā)達(dá)國家對隔震設(shè)計(jì)展開了研究和實(shí)驗(yàn)，并獲得了一定的成果。但中國在這方面還與其他國家存在一定的差距，目前的設(shè)計(jì)方法就是汲取國外的研究經(jīng)驗(yàn)。而橋梁隔震設(shè)計(jì)的目的是橋梁的隔震設(shè)計(jì)可以減少地震所帶來的損失。可一定程度上提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而保障橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期抗震效果。另外，在隔震設(shè)計(jì)工作進(jìn)行的過程中，設(shè)計(jì)師也可克服橋梁結(jié)構(gòu)不均衡的問題，即減少了地震對橋梁的沖擊。與一般抗震設(shè)計(jì)相比，隔震設(shè)計(jì)的抗震效果顯著提升較高，而在不大幅提高造價(jià)的前提之下，使橋梁的整體質(zhì)量獲得了充分保證。在隔震設(shè)計(jì)之中使用隔震支座之后，受外界因素的影響顯著降低，而地震之后可以對隔震裝置進(jìn)行替換，從而提高了橋梁的安全性。

2 橋梁工程隔震技術(shù)的設(shè)計(jì)原理

在現(xiàn)代橋梁工程中，隔震設(shè)計(jì)技術(shù)的原理主要是使用科學(xué)合理的抗震措施，從而對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的隔震。使地震發(fā)生時(shí)，能在一定程度上減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互碰撞和損傷的問題。而構(gòu)建這一設(shè)計(jì)要求的主要方法是通過科學(xué)計(jì)算和研究，調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)周期，使其周期與地震周期避免發(fā)生共振的基礎(chǔ)上達(dá)到其抗震能力的目的。而另一方面，有關(guān)設(shè)計(jì)人員在展開橋梁工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵從下列設(shè)計(jì)原則：首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)條件、地震周期和橋梁等級，科學(xué)合理的設(shè)置橋梁的隔震等級和隔震裝置。第二，設(shè)計(jì)人員需對建立模型對隔震裝置與橋梁主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，選擇合理的計(jì)算理論模型，以期精確計(jì)算結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)，保證工程的安全性。

3 橋梁工程中的隔震設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

3.1 隔震裝置的設(shè)計(jì)措施

在橋梁設(shè)計(jì)之中，隔震裝置的設(shè)計(jì)時(shí)隔震設(shè)計(jì)的載體，隔震裝置的設(shè)計(jì)和主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)是最關(guān)鍵的兩個(gè)內(nèi)容，而隔震設(shè)計(jì)工作的核心內(nèi)容是隔震裝置的設(shè)計(jì)。在橋梁抗震設(shè)計(jì)中，引入隔震技術(shù)的目的就是利用隔戴裝置在滿足正常使用的前提下，達(dá)到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量，降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)的目的。

當(dāng)前，國內(nèi)主要采用的隔震裝置設(shè)計(jì)方法為彈性反應(yīng)譜法，不但應(yīng)用最為廣泛，而且也取得了最為理想的應(yīng)用效果。究其原因，是因?yàn)閺椥苑磻?yīng)譜法中，隔震裝置設(shè)計(jì)使用的計(jì)算理念和方法簡單易懂、并且嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來制定約束規(guī)范，因此設(shè)計(jì)精度能夠得到保障。設(shè)計(jì)完善的隔震裝置主體，能夠降低隔震在承受外來的地震沖擊后所受到的震蕩變形影響。

隔震裝置從設(shè)計(jì)到施工再到運(yùn)行檢測，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要隔震裝置的參與。隔震設(shè)計(jì)技術(shù)的提高，就是強(qiáng)化橋梁工程整體隔震能力的重要途徑。橋梁工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究隔震裝置的設(shè)計(jì)，找準(zhǔn)相應(yīng)的隔震原理、隔震周期、安裝位置等，有效設(shè)計(jì)整體橋梁工程的抗震性能，提升抗震能力和安全性能。

在具體計(jì)算工作之中，現(xiàn)有的計(jì)算公式往往誤差會比較大。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)能準(zhǔn)確計(jì)算整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)程度，可根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)制訂有針對性的設(shè)計(jì)方案，從而提高橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。

橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中同樣作用，這些附屬結(jié)構(gòu)主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過對震害調(diào)查的分析和動(dòng)力時(shí)程分析發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造能起到橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和隔震效果的重要作用。但是大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員會忽略細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)，這也是由于在地震響應(yīng)的計(jì)算時(shí)附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法較為復(fù)雜造成的。

3.2 橋梁工程設(shè)計(jì)之中的隔震設(shè)計(jì)原則

在橋梁工程的設(shè)計(jì)中橋梁隔震設(shè)計(jì)是提升橋梁抗震性能的關(guān)鍵措施。為了能有效的提升橋梁的抗震性能，隔震設(shè)計(jì)應(yīng)遵從下列原則，首先應(yīng)當(dāng)考察橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計(jì)， 并分析該橋的隔震設(shè)計(jì)是否適當(dāng)，并以該體系如何提升震后的能量吸取能力為判斷標(biāo)準(zhǔn)。若采用了隔震措施，應(yīng)當(dāng)盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單且同時(shí)符合所需隔震性能的裝置。其次就是盡量使用對稱性結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)在地震作用之下的不平衡力過大而引起橋梁的坍塌。在實(shí)行隔震措施之后，改變結(jié)構(gòu)周期，防止了地震時(shí)的共振，降低了橋梁所受到的地震力，起到一定的防震效果，提高其穩(wěn)定性。再次，注意橋梁的整體性，如果橋梁的整體性不好，不僅使結(jié)構(gòu)的空間作用得不到較好的發(fā)揮，而且結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)的構(gòu)件容易被震落。所以，要盡量的保證上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，同時(shí)還要采用有助于提高整體性的連接方式，并且在各個(gè)連接點(diǎn)設(shè)置減震措施，以便使橋梁在穩(wěn)定性方面得到提高。最后，可以在橋梁抗震設(shè)計(jì)上要設(shè)置相應(yīng)的構(gòu)造措施，冗余設(shè)置，增加橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。這樣給橋梁的安全性、穩(wěn)固性提供了強(qiáng)有力的保障，可以在最大程度上避免橋梁倒塌的現(xiàn)象。

3.3 隔震設(shè)計(jì)中所需要的方法

在橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)之中使用橋梁延性控制方法是一種重要途徑，它是通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形（形成塑性鉸）來抵抗地震作用的。利用選定部位的塑性變形，不僅能消耗地震能量，還能延長結(jié)構(gòu)周期，從而減小地震反應(yīng)。因?yàn)樵诘卣鹱饔孟聦⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成彈性的是不符合實(shí)際的，而且也是很不經(jīng)濟(jì)的。在強(qiáng)震作用下容許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，發(fā)生局部的延性變形，從而利用結(jié)構(gòu)的延性來進(jìn)行抗震作用。對于地震發(fā)生概率極少的抗震結(jié)構(gòu)，延性結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)的方法。但該方法在實(shí)際應(yīng)用之中是有一定的局限性，由于地震的影響和橋梁的抗震能力是不明的，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能不足以承受地震所帶來的巨大能量，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)失效，甚至垮塌。

在抗震設(shè)計(jì)之中應(yīng)用減隔震技術(shù)是一個(gè)能很好地強(qiáng)化橋梁的抗震性能的方法。在地震作用下，隔震支座和阻尼器能夠消耗地震能量，減弱橋梁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而達(dá)到提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。例如使用滑動(dòng)摩擦型減隔震支座，它是利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間較低的滑動(dòng)摩擦系數(shù)制成的。在水平地震作用下，上部結(jié)構(gòu)在摩擦面上發(fā)生滑動(dòng)，支座間為滑動(dòng)摩擦，所以將上部結(jié)構(gòu)傳遞到下部結(jié)構(gòu)的最大地震力即為支座的最大摩擦力，通過支座位移大大降低了上部結(jié)構(gòu)的外力，同時(shí)又通過材料之間的摩擦消耗了一部分地震能量。但這類支座沒有自我復(fù)位能力，而且上下部結(jié)構(gòu)相對位移較大，支座響應(yīng)的可預(yù)測性和可靠性又難以預(yù)測，所以常與阻尼器和其他支座等一起使用。

在減隔震設(shè)計(jì)中，要使減隔震裝置充分發(fā)揮減震耗能的作用，須使非彈性變形和耗能環(huán)節(jié)主要集中在減隔震裝置上，這不僅需要使減隔震裝置的水平剛度低于下部結(jié)構(gòu)的剛度，還要避免下部結(jié)構(gòu)先于減隔震裝置屈服，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮上下部結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)。

綜上所述，利用結(jié)構(gòu)延性進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，通過增大下部結(jié)構(gòu)斷面尺寸和配筋率提高結(jié)構(gòu)延性，用以抵抗縱橋向的地震作用。采用減隔震裝置后，在強(qiáng)震時(shí)通過釋放固定墩與主梁間的剛性約束，可大大減小橋墩的地震響應(yīng)，但采墩梁相對位移有所增大，需要設(shè)置參數(shù)合理的阻尼裝置和相應(yīng)的構(gòu)造措施，用于控制墩梁相對位移。

4 結(jié)束語

總而言之，廣大橋梁從業(yè)人員必須認(rèn)識到對隔震設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的重要性及隔震設(shè)計(jì)理論在橋梁設(shè)計(jì)之中的作用。在中國社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制逐步完備的新形勢下，城市道路交通轉(zhuǎn)型十分迅速，橋梁工程是城市現(xiàn)代化設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，為了充分保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，設(shè)計(jì)師必須根據(jù)橋梁的場地、等級、結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，以提高橋梁的抗震性能及穩(wěn)定性，從而保證道橋工程的飛速發(fā)展和其功能得以發(fā)揮。

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