減隔震技術(shù)在橋梁抗震設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

常生玉

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

橋梁工程是我國(guó)重要的基礎(chǔ)性工程，做好橋梁工程建設(shè)工作有利于我國(guó)城市化的發(fā)展。對(duì)橋梁工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)，除了要確保施工的質(zhì)量以外，而且還要重視橋梁的抗震性能，若是橋梁沒(méi)有較為理想的抗震性能，那么當(dāng)遇到地震等情況時(shí)將會(huì)對(duì)橋梁造成嚴(yán)重?fù)p壞，影響橋梁的使用壽命和使用安全。所以，在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)予以重視，并采用有效的減隔震技術(shù)，提高橋梁的抗震性能。

1 橋梁抗震設(shè)計(jì)的重要性

自從2008年我國(guó)出現(xiàn)了堪比唐山大地震的汶川地震開(kāi)始，我國(guó)最近十多年出現(xiàn)了多次大型地震，因而橋梁工程對(duì)于抗震也就有了更多的要求。在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，要重視其本身的抗震性能，從橋梁設(shè)計(jì)的具體情況來(lái)看，應(yīng)當(dāng)做好減震、隔震的設(shè)計(jì)[1]。一般情況下，對(duì)橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)主要是利用隔震器，通過(guò)使用隔震器可以有效延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期，降低水平地震作用，從而獲得良好的防震效果。對(duì)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，除了能夠降低地震對(duì)橋梁所造成的破壞，保護(hù)橋梁整體結(jié)構(gòu)，而且還能夠提升橋梁工程的經(jīng)濟(jì)效益。橋梁的抗震設(shè)計(jì)不僅不會(huì)增加施工成本，還能夠在一定程度上提升橋梁質(zhì)量，在橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，以便讓橋梁擁有良好的抗震性能，避免遇地震時(shí)不被破壞，在一定程度上保證交通運(yùn)輸，有利于后續(xù)地震救援工作的開(kāi)展。對(duì)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)具有非常重要的意義，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)對(duì)此給予重視。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)原則與減隔震技術(shù)的原理

2.1 橋梁抗震設(shè)計(jì)原則

根據(jù)相關(guān)專家研究表示，當(dāng)前地球還處在地殼運(yùn)動(dòng)頻繁時(shí)期，造成了地震頻頻出現(xiàn)，使橋梁受到十分嚴(yán)峻的考驗(yàn)。因此，在當(dāng)前橋梁工程建設(shè)施工過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注重抗震設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)要遵守以下原則：

（1）科學(xué)選址。選址是否科學(xué)不僅會(huì)影響到施工工作的開(kāi)展，還會(huì)影響到施工質(zhì)量。在選址時(shí)，盡量選擇地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬的地方，以免地震時(shí)地基出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。另外，不可在松軟地區(qū)進(jìn)行橋梁工程建設(shè)工作，對(duì)橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)最大程度避免地震對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響[3]。

（2）差異性設(shè)計(jì)。在抗震技術(shù)的應(yīng)用中，主要采用了同等安全度理念，也就是橋梁中的所有結(jié)構(gòu)都應(yīng)當(dāng)具備相同的抗震性能，但是此種設(shè)計(jì)原則明顯是極為不合理的。由于不同的位置在抗震上所發(fā)揮的作用不同，所以結(jié)構(gòu)件本身所具有的抗震性能也就不同，所以在設(shè)計(jì)上應(yīng)重視橋梁結(jié)構(gòu)的差異性，使設(shè)計(jì)更加具有針對(duì)性，從而使橋梁具有更好的抗震作用。

（3）整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)規(guī)范。想要橋梁擁有良好的性能，則每個(gè)結(jié)構(gòu)部分所具有的散力性和受力要處于較為均衡的狀態(tài)，并和橋梁主體有較為理想的聯(lián)通性。對(duì)于橋梁主體應(yīng)最大程度選擇硬質(zhì)建材，特別是在地震多發(fā)的地方，設(shè)計(jì)時(shí)盡量不要選擇拼接式主體，避免地震發(fā)生時(shí)由于地基出現(xiàn)共振現(xiàn)象而造成橋梁塌陷。

2.2 減隔震技術(shù)的原理與特征

該技術(shù)的原理為：通過(guò)利用減震支座等設(shè)備，消除進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)中的震動(dòng)能量，從而避免震動(dòng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成不良影響。所以，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理利用減隔震技術(shù)，盡量避免對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的破壞。在應(yīng)用此技術(shù)時(shí)，最關(guān)鍵的是需要使用到柔性裝置，確保相關(guān)結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，并且應(yīng)用阻尼設(shè)計(jì)還能夠在短時(shí)間內(nèi)消除地震形成的能量。如果地震能量進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)中，將會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成不同程度的破壞[2]。當(dāng)對(duì)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，利用減隔震技術(shù)最為重要的是削弱地震形成的能量，以便延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命，有效降低地震發(fā)生后對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)所造成的破壞。在減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，最為關(guān)鍵的是要確保設(shè)計(jì)本身的合理性以及所使用的抗震構(gòu)件要有良好的可塑性與彈性。在使用減隔震技術(shù)時(shí)，能夠在一定程度上降低工程成本，并提升橋梁自身的抗震性能，為使抗震設(shè)計(jì)獲得更為理想的效果，還要對(duì)橋梁主體加強(qiáng)維護(hù)，以便能夠有效降低墩柱延性。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 科學(xué)選擇橋梁建設(shè)地址

在對(duì)橋梁進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先選擇適合的橋梁建設(shè)地址，確保橋梁具有良好的抗震效果。一般情況下，當(dāng)選擇建設(shè)地址時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量選擇地質(zhì)相對(duì)較為堅(jiān)硬的地方，以便為橋梁提供一個(gè)更加穩(wěn)定的平臺(tái)，即便遭遇到較為嚴(yán)重的地震，也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重塌陷，為橋梁提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。堅(jiān)硬的地基通常是碎石、基巖等類型的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，可為橋梁提供更加穩(wěn)定的基礎(chǔ)，是作為橋梁建設(shè)地址的第一選擇[4]。如果橋梁建設(shè)地址處在軟弱地基區(qū)域，那么應(yīng)在允許范圍中加固地基，最為重要的是避免地基因?yàn)槭艿秸饎?dòng)導(dǎo)致出現(xiàn)較為嚴(yán)重的變形，從而保障地基的穩(wěn)定性，使橋梁擁有較為理想的抗震性能。

3.2 加強(qiáng)墩柱設(shè)計(jì)控制

在橋梁施工過(guò)程中，墩柱是其中的重點(diǎn)項(xiàng)目，墩柱的作用主要體現(xiàn)在支撐橋梁結(jié)構(gòu)、隔震以及減震等方面，相關(guān)設(shè)計(jì)人員要做好墩柱設(shè)計(jì)工作。在墩柱設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，主要從以下兩個(gè)方面入手：（1）根據(jù)地區(qū)內(nèi)出現(xiàn)的地震等級(jí)分析震動(dòng)強(qiáng)度，保障墩柱在面臨大多數(shù)地震時(shí)都具有良好的承受力，對(duì)墩柱結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化，保障其自身的抗震性能。（2）在選擇墩柱配筋時(shí)，需要對(duì)配筋的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其本身的強(qiáng)度能夠和承受力相匹配，提高墩柱配筋穩(wěn)定性，有效發(fā)揮出抗震作用。

3.3 避免出現(xiàn)梁落問(wèn)題

梁落問(wèn)題是進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要著重規(guī)避的問(wèn)題。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生大量的震動(dòng)能量，并隨著橋梁結(jié)構(gòu)不斷蔓延，造成橋梁發(fā)生塌陷、結(jié)構(gòu)位移等情況，影響到車輛行駛的安全性。面對(duì)此種情況，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)的辦法，讓橋梁結(jié)構(gòu)在連接上變得更為穩(wěn)固，提高其在震動(dòng)上的彈性，在合理范圍內(nèi)允許其出現(xiàn)位移，避免出現(xiàn)梁落問(wèn)題[5]。另外，如果橋梁墩臺(tái)和主梁之間的縫隙變得越來(lái)越大，也會(huì)造成梁落問(wèn)題。此時(shí)，則應(yīng)當(dāng)針對(duì)橋梁中沒(méi)有連續(xù)的位置不斷進(jìn)行加固處理，對(duì)相互間的連接加以強(qiáng)化，以避免發(fā)生梁落事故。

4 常用的減隔震技術(shù)

4.1 高阻尼支座

在橋梁工程中，支座是十分重要的結(jié)構(gòu)件，也是橋梁的基礎(chǔ)部分，其最為重要的作用是連接橋梁上下部分，并且還能夠發(fā)揮出豎向荷載作用，具備很強(qiáng)的剛度。所以，支座在水平方向上所具有的剛度則很弱，如果發(fā)生了地震，那么其所產(chǎn)生的荷載作用會(huì)直接影響到橋梁震動(dòng)周期，使得震動(dòng)變大，從而降低對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的影響。如果要想讓支座具有更理想的減隔震效果，則需在對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，選用高阻尼支座[8]。在高阻尼支座中，應(yīng)用最為廣泛的是鉛芯橡膠支座，將鉛芯壓入到橡膠支座中，使橡膠支座具有的阻尼性變得更強(qiáng)。因?yàn)殂U芯本身具有較好的力學(xué)性能與剪切剛度，屈服剪力相對(duì)較小，所以將其應(yīng)用在支座中，能夠大大降低支座所受到的地震能量，從而削弱地震對(duì)橋梁所造成的不良影響，使橋梁結(jié)構(gòu)具有更為理想的性能。由于鉛芯本身具有非常高的剛度，不容易發(fā)生變形，所以即便面對(duì)地震所產(chǎn)生的巨大能量也可以保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)，還可以對(duì)自身剛性進(jìn)行調(diào)節(jié)，以免發(fā)生變形問(wèn)題，使橋梁具有更長(zhǎng)的使用壽命，避免橋梁出現(xiàn)過(guò)于嚴(yán)重的破壞。然而，因?yàn)殂U芯成本非常高，所以如今施工單位使用此種類型支座變得越來(lái)越少。

4.2 黏滯阻尼器

此種設(shè)備屬于耗能裝置，主要利用液體所具有的黏性產(chǎn)生阻尼作用，獲得較為理想的阻尼效果，以便使震動(dòng)力被消耗，降低對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不良影響。在黏滯阻尼器中，主要包括了活塞、導(dǎo)桿以及缸筒等，如果出現(xiàn)地震，那么活塞則會(huì)在缸筒中產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，黏滯流體則會(huì)在缸筒中的空隙處出現(xiàn)流動(dòng)，此過(guò)程中便會(huì)出現(xiàn)阻尼力，震動(dòng)力則在此過(guò)程中慢慢消耗殆盡，從而起到減震的作用[9]。從橋梁結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)情況來(lái)看，主要是將黏滯阻尼器安裝在地塔梁中，以免地震時(shí)導(dǎo)致橋墩發(fā)生嚴(yán)重變形，使橋梁整體結(jié)構(gòu)具有更為良好的穩(wěn)定性，產(chǎn)生理想的抗震作用。當(dāng)前在我國(guó)眾多橋梁工程中，重慶地區(qū)的大橋是應(yīng)用黏滯阻尼器最多的橋梁。

4.3 分層橡膠支座

在橋墩和橋梁中安裝支座主要是為了提高橋梁穩(wěn)定性與安全性，保證橋梁在遇到地震時(shí)不被破壞，降低地震產(chǎn)生的能量對(duì)橋梁所造成的沖擊，所以在橋梁抗震設(shè)計(jì)中需要格外重視支座的設(shè)計(jì)，這也是橋梁是否擁有良好抗震性能的基礎(chǔ)。根據(jù)以往的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)看，分層橡膠支座應(yīng)用得十分普遍，其主要是由橡膠片與薄層鋼板兩部分構(gòu)成，再以層層交替的形式形成了圓柱形狀，有的則呈現(xiàn)出矩形狀，通過(guò)橡膠和鋼板兩者的作用，能夠起到良好的減震效果。在分層橡膠支座中，因?yàn)橄鹉z容易發(fā)生變形，導(dǎo)致其自身阻尼系數(shù)相對(duì)較低，可以起到較為理想的隔震與減震作用。

4.4 擺式滑動(dòng)摩擦支座

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí)，常常會(huì)使用到擺式滑動(dòng)摩擦支座，該支座主要包含了滑動(dòng)摩擦裝置、鐘擺裝置兩部分，其之所以能夠起到減隔震作用，主要是利用了鐘擺原理。當(dāng)球面呈現(xiàn)出鐘擺式運(yùn)動(dòng)，不僅會(huì)延長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)周期，而且還能夠取得較為理想的隔震效果。支座滑動(dòng)導(dǎo)致摩擦發(fā)生，摩擦能夠起到明顯的減震作用，從而使得震動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)明顯下降[10]。因?yàn)橹ё瑒?dòng)線路并非是是直線運(yùn)動(dòng)，滑動(dòng)主要呈現(xiàn)出明顯的弧度，使橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)周期上能夠得到明顯延長(zhǎng)，所以能夠有效緩解地震產(chǎn)生的沖擊力，從而降低地震所產(chǎn)生的不良影響，讓橋梁結(jié)構(gòu)擁有更為良好的抗震性能。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生以后，容易造成橋梁出現(xiàn)位移，這在一定程度上將會(huì)造成支座平面受到十分嚴(yán)重的磨損，如此則應(yīng)當(dāng)對(duì)橋梁進(jìn)行定期維護(hù)，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。

5 橋梁抗震設(shè)計(jì)選用減隔震技術(shù)存在的問(wèn)題

在橋梁抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中使用減隔震技術(shù)，容易出現(xiàn)很多問(wèn)題，主要體現(xiàn)為：

（1）設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有將基礎(chǔ)地基與隔震層進(jìn)行有效結(jié)合，導(dǎo)致其在抗震性能和整體美觀性上存在不足，而且橋梁在施工時(shí)也缺乏穩(wěn)定性與安全性；

（2）在橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，隔震層上面的結(jié)構(gòu)重心和水平剛度中心兩者并沒(méi)有處在相同位置，致使兩者間的尺寸出現(xiàn)很大的偏差，這在一定程度上使橋梁缺乏穩(wěn)定性，影響橋梁本身的抗震性能；

（3）雖然減隔震技術(shù)的應(yīng)用使橋梁隔震層在水平方向上擁有良好的剛度，但是由于沒(méi)有注重提升水平負(fù)載能力，造成橋梁會(huì)因?yàn)槭艿剿矫娉霈F(xiàn)的剪力使其結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，從而影響了橋梁工程的整體抗震性能，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)容易發(fā)生大面積坍塌的情況，造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失；

（4）沒(méi)有重視復(fù)位功能。當(dāng)橋梁遇到地震以后，由于復(fù)位功能的缺失，橋梁也就無(wú)法恢復(fù)到原本的狀態(tài)，地震對(duì)橋梁所造成的危害是不可逆的，若是只依賴橋梁自我修復(fù)，無(wú)法達(dá)到良好的修復(fù)效果，此時(shí)則需要相關(guān)工作人員對(duì)其進(jìn)行處理。

所以，在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用減隔震技術(shù)存在著很多問(wèn)題，需要相關(guān)工作人員在此方面給予重視，并采取有效措施加以解決。

6 減隔震技術(shù)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施

由于地震災(zāi)害而產(chǎn)生的震動(dòng)現(xiàn)象，將影響到橋梁工程質(zhì)量，所以抗震設(shè)計(jì)在橋梁建設(shè)過(guò)程中具有重要意義，也是設(shè)計(jì)人員著重關(guān)注的環(huán)節(jié)。在我國(guó)高速發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了各種橋梁工程，所處地區(qū)也存在著很大差異，若是處于地震頻發(fā)地區(qū)，則要做好橋梁的抗震設(shè)計(jì)，選擇適合的設(shè)計(jì)方法。

6.1 基于性能基礎(chǔ)采用的設(shè)計(jì)方法

在對(duì)橋梁工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)基于性能基礎(chǔ)采用相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，從目前使用情況來(lái)看，需要先分析設(shè)計(jì)工作想要達(dá)到的效果，然后根據(jù)預(yù)期效果進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣能夠確保設(shè)計(jì)具有一定的針對(duì)性。利用此種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，可以在一般情況下確保人員和財(cái)產(chǎn)的安全，同時(shí)也可保障橋梁在震后能夠繼續(xù)得以有效應(yīng)用。根據(jù)具體設(shè)計(jì)情況來(lái)看，主要先對(duì)地震危害性進(jìn)行量化處理，明確具體的防護(hù)范圍，以便有效落實(shí)相應(yīng)設(shè)計(jì)方法[6]。所以，通過(guò)進(jìn)行整體分析，以性能基礎(chǔ)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，采用適合的設(shè)計(jì)方法，需要注意的是設(shè)計(jì)內(nèi)容相對(duì)較為復(fù)雜，但設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的應(yīng)用效果具有非常高的可靠性，能夠應(yīng)用在很多橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)中，可以充分發(fā)揮出該設(shè)計(jì)方法的作用，使橋梁工程擁有更為理想的抗震效果。

6.2 基于強(qiáng)度性能采用的設(shè)計(jì)方法

此種方法是在橋梁工程抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為普遍的方法，也是非常有效的方法，深受設(shè)計(jì)人員的歡迎。從具體設(shè)計(jì)情況來(lái)看，對(duì)橋梁工程地基進(jìn)行靜荷載測(cè)試，然后再根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身所具有的強(qiáng)度和抵抗性能等分析橋梁結(jié)構(gòu)。將此方法應(yīng)用在抗震設(shè)計(jì)中，能夠有效提升橋梁工程的抗震性能，對(duì)于其他橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)也能提供一定參考[7]。然而，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免應(yīng)用在地質(zhì)結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性的橋梁工程項(xiàng)目中，主要是因?yàn)槿绻刭|(zhì)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，應(yīng)用此方法所具有的效果也很低。由此看出，此設(shè)計(jì)方法具有一定局限性，但在應(yīng)用過(guò)程中具有較為理想的實(shí)用性，依然被廣泛應(yīng)用在很多橋梁工程項(xiàng)目中，使橋梁工程具有良好抗震性能。

6.3 材料延性設(shè)計(jì)

橋梁工程主要是混凝土鋼結(jié)構(gòu)，其中包括了橋梁、支座、鋼索等結(jié)構(gòu)，在施工時(shí)所使用的材料主要為金屬材料、混凝土材料，所以在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)還要做好結(jié)構(gòu)和材料方面的設(shè)計(jì)工作，是橋梁抗震設(shè)計(jì)中非常重要的內(nèi)容。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)先模擬地震力，然后再對(duì)材料進(jìn)行更換，對(duì)試驗(yàn)工程本身所具有的穩(wěn)定性進(jìn)行比對(duì)，以便完成抗震設(shè)計(jì)。材料延性設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)上變得越來(lái)越全面，擁有理想的應(yīng)用效果，能大大提升橋梁工程在使用時(shí)的安全性，確?？拐鹪O(shè)計(jì)的有效性。

7 結(jié)束語(yǔ)

總之，橋梁工程是我國(guó)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的基礎(chǔ)性工程，如果要保障橋梁工程的施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)重視橋梁的穩(wěn)定性，遇到地震時(shí)不會(huì)受到嚴(yán)重破壞。所以，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要格外重視抗震性能設(shè)計(jì)，合理應(yīng)用減隔震技術(shù)，確保橋梁擁有良好的抗震性能。本文從高阻尼支座、黏滯阻尼器、分層橡膠支座、擺式滑動(dòng)摩擦支座四個(gè)方面進(jìn)行了論述，按照具體情況選擇適合的技術(shù)，提高橋梁工程的抗震性能，使橋梁結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。