橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)和減隔震技術(shù)的應(yīng)用

魏周博（甘肅天成道橋勘察設(shè)計(jì)有限公司,甘肅 蘭州 730200）

減隔震技術(shù)是近幾年橋梁建設(shè)中最常用的抗震技術(shù)，其不僅具有減震的作用，也具有隔震的作用，能夠發(fā)揮雙重抗震效能，對(duì)于橋梁的整體質(zhì)量安全具有保障作用。通過(guò)減隔震技術(shù)的應(yīng)用能夠有效避免地面破壞運(yùn)動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的過(guò)度影響，提升橋梁的穩(wěn)定性能，并且這一技術(shù)的應(yīng)用還有利于延長(zhǎng)橋梁的使用年限，確保經(jīng)濟(jì)效能。在橋梁設(shè)計(jì)中，常使用減震支架、阻尼裝置等將外部震動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響降到最小，控制其震動(dòng)能量的傳遞，從而達(dá)到較為理想的抗震效果，減少對(duì)橋梁穩(wěn)定、安全結(jié)構(gòu)的不利影響，以增強(qiáng)其在通行使用中的可靠性。

1 橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.1 合理選擇橋梁施工場(chǎng)地

在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)注意對(duì)施工場(chǎng)地的合理選擇，這是保證橋梁抗震效果的基礎(chǔ)前提。通常而言，在選擇施工場(chǎng)地時(shí)，要盡可能選擇較為堅(jiān)硬的地基，能夠?yàn)闃蛄禾峁┢椒€(wěn)的平臺(tái)，在遇到地震情況時(shí)不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重垮塌，必須盡量保證地基的有效性。以基巖、碎石、硬黏土等為主的地基類型是較為堅(jiān)硬的地基，其可以為橋梁提供穩(wěn)定的基礎(chǔ)，可作為施工場(chǎng)地的首選。如果所設(shè)計(jì)橋梁的地區(qū)位置是軟弱地基時(shí)，應(yīng)在允許范圍內(nèi)對(duì)地基進(jìn)行強(qiáng)化加固，重點(diǎn)在于要防止地基受震動(dòng)因素影響而出現(xiàn)變形，以此確保地基地穩(wěn)定，進(jìn)而保證橋梁的抗震性能。

1.2 避免梁落問(wèn)題的發(fā)生

橋梁抗震設(shè)計(jì)中需避免梁落問(wèn)題的發(fā)生，由于地震發(fā)生時(shí)，其所產(chǎn)生的震動(dòng)能量會(huì)隨著橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行蔓延，而導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)位移、部分坍塌等現(xiàn)象，對(duì)橋梁上行駛車輛的安全造成嚴(yán)重危害影響，對(duì)此則需要采取措施加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的連接固定性，增加其震動(dòng)的彈性，在一定范圍內(nèi)允許其能夠發(fā)生位移，而避免梁落。此外，當(dāng)橋梁的主梁與墩臺(tái)縫隙加大時(shí)，也容易導(dǎo)致梁落問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)此可以對(duì)橋梁中未連續(xù)的位置進(jìn)行加固，強(qiáng)化其間的聯(lián)系，而達(dá)到防止橋落地目的。

1.3 加強(qiáng)墩柱設(shè)計(jì)控制

墩柱是橋梁施工建設(shè)中的重點(diǎn)所在，其不僅起到支撐橋梁結(jié)構(gòu)的作用，而且對(duì)于減震和隔震也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此墩柱也是抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一。對(duì)于墩柱設(shè)計(jì)需加強(qiáng)質(zhì)量控制，從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮和選擇，一是根據(jù)可能發(fā)生震動(dòng)的實(shí)際強(qiáng)度確定墩柱是否能夠承受得住，而依此優(yōu)化墩柱的結(jié)構(gòu)體系，確保其抗震性能；二是對(duì)墩柱配筋的選擇，應(yīng)嚴(yán)格控制其質(zhì)量，讓墩柱配筋的強(qiáng)度與承受力相匹配，增強(qiáng)墩柱配筋的穩(wěn)定性，切實(shí)發(fā)揮出抗震效果。

2 橋梁減隔震技術(shù)的應(yīng)用

2.1 減隔震技術(shù)的概念

減隔震技術(shù)主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)涵，即減震和隔震，在整個(gè)橋梁抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于減隔震技術(shù)的應(yīng)用也是分別基于這兩點(diǎn)進(jìn)行的。減震是通過(guò)對(duì)阻尼裝置與耗能裝置的應(yīng)用改變橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)，一旦發(fā)生地震等威脅橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的問(wèn)題時(shí)，減震裝置可以發(fā)揮作用將地震力吸收、轉(zhuǎn)移，以達(dá)到減震的目的。隔震是通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的調(diào)整與優(yōu)化，借助震動(dòng)周期將震動(dòng)所產(chǎn)生的能量的沖擊力降低，分散其能量，進(jìn)而阻隔震動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

2.2 減隔震技術(shù)的原理

減隔震技術(shù)是通過(guò)減震裝置在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用而發(fā)揮作用的，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將減隔震裝置安裝其中，達(dá)到減震和隔震的目的。減隔震裝置不僅具有技術(shù)性的特點(diǎn)，而且在其效能的發(fā)揮必須與橋梁整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相配合，從而在地震情況發(fā)生時(shí)，才能夠?qū)⒌孛孢\(yùn)動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體系的力量分散和阻隔，起到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用。減隔震技術(shù)中同時(shí)也涉及動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用，其根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理合理設(shè)計(jì)減隔震裝置的具體運(yùn)用位置，確定其裝置的強(qiáng)度大小，以達(dá)到更好的減震、隔震效果。

2.3 減隔震技術(shù)的具體應(yīng)用

2.3.1 黏滯阻尼器的應(yīng)用

黏滯阻尼器（圖1 所示）屬于減隔震裝置中的耗能裝置，其通過(guò)借助液體的黏性而發(fā)揮阻尼效果，進(jìn)而可以將震動(dòng)力帶來(lái)的能量直接消耗，避免對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)影響。黏滯阻尼器主要構(gòu)造包括缸筒、導(dǎo)桿、黏滯流體以及活塞等，當(dāng)震動(dòng)力發(fā)生且對(duì)其產(chǎn)生作用之后，黏滯阻尼器中的活塞就會(huì)在缸筒中進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而黏滯流體則會(huì)沿著缸筒空隙流動(dòng)，這一過(guò)程中就會(huì)形成阻尼力，所出現(xiàn)的震動(dòng)力隨著這一動(dòng)作過(guò)程也會(huì)逐漸被消耗，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了減震效果。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過(guò)將其安裝設(shè)置在地塔梁之中，主要目的在于避免橋墩出現(xiàn)變形問(wèn)題，有效提升橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能，也發(fā)揮出較強(qiáng)的抗震效用。我國(guó)現(xiàn)有的橋梁工程中運(yùn)用此裝置最多的是重慶的大橋。

圖1 粘滯阻尼器示意圖

2.3.2 高阻尼支座的應(yīng)用

支座在橋梁結(jié)構(gòu)中是非常重要的結(jié)構(gòu)部件，其主要作用是連接橋梁的上下部位結(jié)構(gòu)，同時(shí)發(fā)揮豎向荷載的作用，剛度較強(qiáng)。因此其水平方向的剛度就相對(duì)較弱，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，所形成的荷載作用使得橋梁結(jié)構(gòu)的震動(dòng)周期擴(kuò)大，由此可以降低震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。為了進(jìn)一步強(qiáng)化橋梁支座的減隔震效果，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通常選擇運(yùn)用高阻尼支座，較為常見(jiàn)的有鉛芯橡膠支座和高阻尼支座。其中鉛芯橡膠支座（如圖2所示）指的是在板式橡膠支座中心處直接壓入鉛芯，重構(gòu)橡膠支座原本的阻尼性能，由此形成的鉛芯橡膠支座具有較強(qiáng)的阻尼性能。由于鉛芯的屈服剪力小，力學(xué)性能好，剪切剛度高，因此對(duì)該種支座進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，可以極大程度上消耗大量的地震力能量，減少對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的影響作用，從而實(shí)現(xiàn)提升橋梁結(jié)構(gòu)性能的作用。同時(shí)，鉛芯的剛度較高，不易發(fā)生變形，因此即使面對(duì)地震力時(shí)其依然可以保持較為穩(wěn)定的形態(tài)，而且也能夠彈性調(diào)整自身的剛性，以進(jìn)一步規(guī)避變形問(wèn)題的產(chǎn)生，增加橋梁結(jié)構(gòu)使用壽命，防止橋梁遭受過(guò)度破壞。但由于鉛芯本身的成本較高，將其壓入板式支座后所形成的鉛芯橡膠支座在施工時(shí)規(guī)模也比較大，因而許多橋梁工程施工過(guò)程中為控制成本支出很少運(yùn)用此種類型的支座。

圖2 鉛芯橡膠支座結(jié)構(gòu)剖面圖

2.3.3 擺式滑動(dòng)摩擦支座的應(yīng)用

擺式滑動(dòng)摩擦支座也是橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中經(jīng)常使用的減隔震裝置之一，其構(gòu)件包括鐘擺裝置和滑動(dòng)摩擦裝置兩部分，應(yīng)用原理是基于鐘擺原理而實(shí)現(xiàn)的減隔震目的。一方面球面的鐘擺式運(yùn)動(dòng)能夠?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)周期實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步延長(zhǎng)，進(jìn)而可以達(dá)到隔震效果；另一方面支座在滑動(dòng)界面中進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生摩擦，而摩擦可以有效減震，降低震動(dòng)的強(qiáng)度。由于支座的滑動(dòng)線路并不是直線形式的，而是具有弧度的滑動(dòng)界面，也可以促使橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)周期得到延長(zhǎng)，因而更能夠?qū)⒌卣鹆Φ臎_擊力進(jìn)行緩解，減輕地震力的影響，有效增強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。由于地震發(fā)生后，會(huì)導(dǎo)致橋梁發(fā)生位移現(xiàn)象，位移的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致支座平面受到磨損，因此需進(jìn)行定期的維護(hù)和保養(yǎng)。

2.3.4 分層橡膠支座的應(yīng)用

橋梁與橋墩之間的支座裝置是增強(qiáng)橋梁安全性、穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵，能夠有效減輕地震力對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的沖擊影響，因此；在橋梁抗震設(shè)計(jì)中支座是重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。分層橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也是應(yīng)用較為廣泛的構(gòu)件，其由薄層鋼板和橡膠片構(gòu)成，通過(guò)層層交替疊加形成矩形狀或者圓柱形狀，由此在鋼板與橡膠的雙重作用下能夠獲得較好的減隔震效果。分層橡膠支座中發(fā)揮關(guān)鍵減震作用的是橡膠，其易變形，因而阻尼系數(shù)不高，能夠更好地減震和隔震。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁工程是我國(guó)基建施工中最常見(jiàn)的工程，其建設(shè)的安全質(zhì)量和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是其工程的關(guān)鍵所在。因此，在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)加強(qiáng)抗震性能的控制，重視對(duì)減隔震技術(shù)的應(yīng)用，如合理應(yīng)用黏滯阻尼器、高阻尼支座、擺式滑動(dòng)摩擦支座等，發(fā)揮減隔震裝置的減隔震作用，提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少地震對(duì)其產(chǎn)生的破壞，從而確保橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。