橋梁抗震設(shè)計要點及減隔震技術(shù)的應(yīng)用分析

顧海浩

華設(shè)設(shè)計集團股份有限公司 江蘇 南京 210000

地震會對道路交通產(chǎn)生重大的影響，曾經(jīng)的事實證明，地震造成的道路和橋梁損壞不僅會阻礙交通，還會延緩對地震的救援，大大危及到人民的生命健康，因此加強橋梁抗震體系的建設(shè)迫在眉睫。傳統(tǒng)的橋梁抗震設(shè)計通過增加一些重要截面的面積和尺寸、增加鋼筋材料的使用等來提高橋梁的抗震能力，但是在遇到較大的地震時，一旦橋梁結(jié)構(gòu)難以承受，造成的影響會更大[1]。減隔震技術(shù)的使用能夠避免傳統(tǒng)抗震設(shè)計中的缺點，使橋梁在遇到地震時受到的影響更小，并且不會影響后續(xù)橋梁的使用，震后通過更換受到損壞的零件，使橋梁恢復(fù)到震前的狀態(tài)，如此對橋梁和道路的安全十分有益，因此針對減隔震技術(shù)的探討非常有必要。

1 橋梁抗震設(shè)計要點探究

1.1 橋梁支座

在橋梁的抗震作用之下，支座的設(shè)置方式對橋梁的抗震作用有著極為巨大的影響。為了可以有效提升橋支座的抗震性能，需要對橋梁支座進行合理科學(xué)的布置，并且對橋梁支座類型進行科學(xué)選取，對橋梁支座布置進行進一步的優(yōu)化。在實際進行橋梁抗震設(shè)計的過程當中，需要指出，不能一成不變的選用同一種類型的支座，而是需要在考慮到地震效應(yīng)分布的基礎(chǔ)之上，對每一種橋梁支座所承受的水平與垂直壓力進行計算，再以特定的數(shù)值為基礎(chǔ)，對其進行科學(xué)合理的選擇。例如，以結(jié)構(gòu)抗剪力計算數(shù)值為依據(jù)，對支座進行科學(xué)合理的布置，合理控制橋梁支座布置間距，并且對細部構(gòu)造進行更為充分的考慮，以此來達到在充分滿足抗震規(guī)范的條件之下，最大程度提升公路橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1.2 基礎(chǔ)抗震

橋梁抗震是指在地震發(fā)生時，為保證橋梁的正常使用而采取的一種方法。比如，在城市中起著舉足輕重作用的橋梁就是甲類橋梁，而在交通樞紐的橋梁則是乙類橋梁。橋梁結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，可以參照甲類橋梁和乙類橋梁的抗震設(shè)計規(guī)范。在進行橋基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，既要注重提高橋基礎(chǔ)的剛度和強度，又要減少橋基礎(chǔ)的上層建筑的受力，以防止在地震中引起的動力變形。在地震災(zāi)害較多的地區(qū)，橋基礎(chǔ)也要做深基礎(chǔ)，使沉井、橋墩等通過基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的土層，從而提高橋基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。在進行地震設(shè)防的同時，也要在橋梁施工中強化地基規(guī)劃，并對施工地點進行科學(xué)的選取[2]。對于一些特殊的土壤類型，如土壤為軟土，則需對其進行相應(yīng)的基礎(chǔ)處理。在進行基礎(chǔ)抗震設(shè)計時，要注意整體性和連貫性，防止橋梁構(gòu)件脫落，并從平面設(shè)計和立面設(shè)計兩個角度對橋梁的布局進行了優(yōu)化。

1.3 上部結(jié)構(gòu)

對于橋梁工程的上部結(jié)構(gòu)，可以采用在橋梁底部焊鋼，也可以采用固定裝置來有效限制橫向以及縱向的變形?；谶@一點，還需要對橋梁的橋帽以及橋身進行靈活的連接。例如，將橋的上、下兩部分用錨栓進行連接。在橋梁額的梁段、墩帽以及蓋梁的邊緣、掛梁與懸臂的搭接等等位置，都需要按照橋梁的基礎(chǔ)位移分線來進行確定。在大跨徑橋梁當中，為了可以增強上部結(jié)構(gòu)的抗震性能，設(shè)計者可以引入連續(xù)梁。

1.4 下部結(jié)構(gòu)

在橋臺胸墻上增加配筋，并在橋臺胸墻上與梁體之間布置彈性墊片，以減輕地震對橋臺的破壞，保證橋臺胸墻上的抗震性能。若橋址所在位置為軟弱、可液化之地基，則需以置換土層方法，以確保橋基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)具體條件，適當增加橋的長度，控制橋臺的高度，以保證橋梁的總體穩(wěn)定性。在地震作用下，橋臺高度不能超過8m，而且要選在地勢平坦、地質(zhì)條件好、遠離主溝槽的地方。在地基狀況良好的情況下，橋臺可以采用“U”形“箱形橋”和“T”形橋臺等形式，這種形式的橋臺結(jié)構(gòu)整體性好，可以滿足橋梁的抗震作用。在樁柱形橋臺布置中，必須采取埋設(shè)措施，并采取開挖和鉆孔等措施，以提高橋臺底填土的密度，保證橋梁的整體抗震作用[3]。此外，對橋墩的抗震性能進行分析，并設(shè)計相應(yīng)的抗震措施。在設(shè)置橋墩頂帽時，要有防止落梁的相應(yīng)措施。在最不利受力情況下，宜選用塑性鉸和減震隔離支承。為加強橋梁上部結(jié)構(gòu)的地震防護，可以在橋梁底部鋪設(shè)鋼板，也可以采用約束裝置來限制橫向和縱向的變形。基于這一點，還應(yīng)該將橋的梁身和橋墩進行靈活的連接，比如，將橋的上部和下部用錨桿連接。在橋梁的梁端、墩蓋的邊緣、掛梁和懸臂的搭接等位置，均要按橋梁的基礎(chǔ)位移分線來確定。在大跨度橋梁中，為了加強上部結(jié)構(gòu)的抗震性能，在其基礎(chǔ)上引入連續(xù)梁。從地震災(zāi)害的實際情況來看，橋梁的連接部位容易出現(xiàn)裂縫、位移等破壞，而這些破壞往往不能得到及時的修補，從而嚴重影響了橋梁的安全性與穩(wěn)定性。為了防止節(jié)點結(jié)構(gòu)對橋梁的影響，設(shè)計者在抗震設(shè)防的同時，需要持續(xù)提高橋墩、橋梁等節(jié)點的承載能力和延性，以防止節(jié)點在地震發(fā)生后先受到破壞。

2 橋梁抗震設(shè)計中存在的主要問題

2.1 上部結(jié)構(gòu)限位措施設(shè)計不足，橋梁發(fā)生移位破壞

根據(jù)對歷年發(fā)生地震對橋梁的破壞情況分析，橋梁上部結(jié)構(gòu)發(fā)生移位甚至落梁較為常見。08年汶川地震中部分橋梁上部發(fā)生橫向位移，但被蓋梁的抗震擋塊限制，沒有發(fā)生嚴重的落梁破壞，也有部分橋梁因擋塊防撞效果不足，上部結(jié)構(gòu)沒有被有效的限制，發(fā)生了落梁破壞，因此在橋梁抗震設(shè)計過程中抗震錨栓、防震擋塊的設(shè)置就比較重要，必要的時候還需要設(shè)置拉桿等措施防止落梁發(fā)生。

2.2 支座類型選擇不當，地震時傳力路徑改變甚至中斷，加重震害

支座作為連接橋梁上下部的傳力紐帶，地震時破壞比較普遍，會發(fā)生支座位移、剪斷、脫落等破壞，支座發(fā)生破壞會引起傳力路徑改變甚至中斷，影響其他部分的抗震，加重震害。橋梁抗震設(shè)計中需要根據(jù)不同的抗震體系選擇橋梁支座，板式橡膠支座適用于延性抗震體系，摩擦擺減隔震支座適用于減隔震抗震體系，并且根據(jù)計算的上部支反力合理選擇支座規(guī)格。

2.3 液化土等不良地質(zhì)情況考慮不足，地震時橋梁基礎(chǔ)承載力降低，結(jié)構(gòu)容易發(fā)生塌陷、傾斜等破壞

地質(zhì)情況也是影響抗震設(shè)計的關(guān)鍵因素，比如不良地質(zhì)中的液化土，地震時砂質(zhì)土壤有可能會發(fā)生液化，土壤發(fā)生液化會使土壤的承載力失效，橋梁基礎(chǔ)會因承載力不足發(fā)生塌陷、傾斜等破壞，所以橋梁在設(shè)計過程中做好場地地質(zhì)調(diào)查，尤其是高烈度區(qū)需要調(diào)查出對場地液化土分部情況，橋梁樁基礎(chǔ)需要穿越液化土層，淺基礎(chǔ)等需要對液化土層進行加密法活載換填法加固。

3 常用的減隔震技術(shù)

3.1 分層橡膠支座

在橋梁與橋墩當中安裝支座主要是為了提升橋梁安全性以及穩(wěn)定性，保證橋面在地震時不會受到損壞，減少地震時的能量對橋面造成的影響[4]。所以，在抗震設(shè)計當中需要特別注意支座的設(shè)計，這也是橋梁是否具有良好的抗震性能的重要依據(jù)。在以往的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計當中，采用分層橡膠墊圈是十分常見的一種，其是由薄板與橡膠板構(gòu)成，然后以層疊的方式進行排列，形成圓筒狀，也有一些是矩形的，在橡膠與鋼板的雙重作用之下，進一步達到了較好的減震效果。

3.2 高阻尼支座

在橋梁工程中，支架是非常重要的構(gòu)件，也是橋梁的地基，它的主要功能就是將橋梁的上部和下部連接起來，同時還可以起到垂直載荷的作用。因此，當發(fā)生地震時，它所引起的荷載效應(yīng)將會對振動周期產(chǎn)生直接的影響，使振動增大，進而減小對結(jié)構(gòu)的沖擊。若要使隔震支座達到較好的減隔振效果，就必須選擇高阻尼支座。在高阻尼支架中，使用最多的是鉛芯橡膠支架，通過將鉛芯壓入橡膠支架，可以增強橡膠支架的減震性能。

由于鉛芯的機械和剪切剛度好，其屈服剪力也比較低，因此采用這種方法可以有效地減少地震對橋梁的破壞，從而達到更好的抗震效果。因為鉛芯的剛度很高，不易變形，在地震中也能保持相對穩(wěn)定，同時還可以調(diào)整結(jié)構(gòu)的剛度，防止結(jié)構(gòu)的變形，延長橋梁的使用壽命，防止結(jié)構(gòu)的過度損壞。但是，由于鉛芯的造價很高，現(xiàn)在的建筑公司已經(jīng)很少采用這種類型的支架了。

3.3 粘滯阻尼器

此種設(shè)備是一種耗能設(shè)備，其是通過液體的粘滯來達到較好的減震效果，進而減少對結(jié)構(gòu)的不利影響。在粘性阻尼器當中，主要包含氣缸、導(dǎo)桿以及活塞等等部件，當出現(xiàn)地震時，活塞會在氣缸內(nèi)出現(xiàn)相對應(yīng)的移動，粘性液體會在氣缸內(nèi)的孔洞內(nèi)流動，在這一過程當中，會產(chǎn)生一種緩沖，此種振動會逐漸消失。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計，采用了粘滯阻尼裝置，避免了地震當中引起橋墩的大變形，進而為橋梁的整體穩(wěn)定提供了保障，進一步達到了預(yù)期的抗震效果。

3.4 擺式滑動摩擦支座

對橋梁工程實際進行隔減震設(shè)計的過程當中，經(jīng)常會應(yīng)用到擺式滑動摩擦支座，其包含鐘擺裝置以及滑動摩擦裝置，它的減震效果主要是通過鐘擺的原理來實現(xiàn)的。當橋表面出現(xiàn)鐘擺運動時，它不但可以增加運動周期，還可以獲得更好的隔振效果。軸承的滑動會產(chǎn)生摩擦，摩擦對振動有很大的抑制作用，因此振動的強度會有很大的降低。由于支架的滑行并不是直線的，它的滑行主要是彎曲的，它可以大大的延長橋梁的運動周期，因此可以有效的減少地震的沖擊，減少地震帶來的負面影響，提高橋梁的抗震能力。

4 橋梁抗震設(shè)計中隔減震技術(shù)的運用探究

4.1 做好前期考察，嚴格監(jiān)控施工過程

橋梁建設(shè)過程中還存在很多的外部因素影響著項目的建設(shè)和進行，不論是自然因素還是人文因素都應(yīng)該在項目前期被考慮到。因此，做好前期考察是橋梁建設(shè)成功的必要因素，針對可能造成影響的因素制定解決方案，在施工過程中嚴格關(guān)注。另外也要對施工過程中可能存在的其他隱患進行關(guān)注，比如操作不當、人員失誤、材料使用不當、違規(guī)行為等，一旦發(fā)現(xiàn)進行嚴重懲處。橋梁建設(shè)是存在很大危險系數(shù)的重大工程，只有做好施工過程中的每一小步，才能夠?qū)崿F(xiàn)整個項目的完整和成功，這需要所有施工人員的共同努力和支持。

4.2 規(guī)范施工過程，增強橋梁減隔震體系建設(shè)

橋梁減隔震技術(shù)的應(yīng)用不是簡單的技術(shù)投入，與原有的橋梁建設(shè)進行拼合，而是通過減隔震技術(shù)，轉(zhuǎn)變橋梁的施工建設(shè)過程，降低橋梁工程整體施工造價，引進高新的技術(shù)與裝置，替換原有的環(huán)節(jié)，形成全新的橋梁減隔震體系。首先最為主要的就是規(guī)范施工過程，包含施工的時間與順序，控制施工程序的規(guī)范化，一旦出現(xiàn)問題立即停下并且進行修補，確保每一道工序都正確，為后續(xù)施工建設(shè)工作的開展奠定極為堅實的基礎(chǔ)。

4.3 嚴格把控材料質(zhì)量，做好抗震加固措施

材料的質(zhì)量關(guān)系到橋梁后續(xù)的使用，過去的橋梁安全事故大都是由于材料使用的不當或是偷工減料造成的，因此施工團隊在項目建設(shè)過程中要嚴格把關(guān)材料質(zhì)量，從材料的選擇階段就要制定嚴格的質(zhì)量標準并遵守[5]。在項目建成后的運維過程中，要做好橋梁加固措施，針對橋梁出現(xiàn)的一些問題及時進行上報和維修，持續(xù)關(guān)注橋梁的使用體驗和安全程度，一旦發(fā)現(xiàn)重大安全問題，及時上報有關(guān)部門對其進行封鎖，以免引起嚴重的安全事故。

4.4 加強施工技術(shù)，嚴格遵循減隔震設(shè)計原則

減隔震技術(shù)是先進的抗震設(shè)計技術(shù)，在施工建設(shè)過程當中需要專業(yè)的技術(shù)人員來進行實施，所以，施工建設(shè)隊伍需要進一步增強相關(guān)人員的技術(shù)能力，根據(jù)具體項目的狀況選擇科學(xué)合理的施工建設(shè)技術(shù)，保證橋梁的減隔震裝置與結(jié)構(gòu)適應(yīng)橋梁主體，可以進一步提升橋梁工程項目的抗震能力。除此之外還需要注重專業(yè)人員以及技術(shù)的引入，不斷培育具有專業(yè)技術(shù)能力的施工人員，以此來進一步提升減隔震技術(shù)在橋梁建設(shè)當中的運用。

5 結(jié)語

總的來說，在橋梁建設(shè)之初就應(yīng)該根據(jù)實地考察的結(jié)果，制定適合的抗震體系建設(shè)計劃，引入減隔震技術(shù)被證明是非常有必要且高效的手段，不僅能夠解決目前橋梁抗震設(shè)計中存在的諸多問題，還能夠通過減隔震技術(shù)的使用規(guī)范橋梁建設(shè)的施工過程和方法，促進橋梁建設(shè)朝著更加標準化、安全化的方向前進，相信減隔震技術(shù)的使用在未來的橋梁建設(shè)中能夠發(fā)揮出更大的作用。鑒于此，上文首先就對橋梁抗震設(shè)計要點進行了闡述，然后對橋梁抗震設(shè)計中存在的主要問題進行了分析，最后從多個方面對常用的減隔震技術(shù)以及橋梁抗震設(shè)計中隔減震技術(shù)的運用進行了探究，希望可以為相關(guān)探究人員提供一些有效的參考與借鑒。