橋梁結構設計中減隔震技術及實踐要點

王 兆 斌

(山西省孝義公路管理段，山西 孝義 032300)

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橋梁結構設計中減隔震技術及實踐要點

王 兆 斌

(山西省孝義公路管理段，山西 孝義 032300)

介紹了橋梁結構設計中減隔震技術的原理，通過分析減隔震技術的類型，對粘滯阻尼器、鉛芯橡膠支座、擺式滑動摩擦支座等減隔震技術在橋梁結構設計中的應用進行了研究，使橋梁的設計施工更加安全、便利、實用。

橋梁，結構，減隔震技術，應用

科技的不斷發展與創新過程中，各個行業的技術水平都得到了快速的提升。在橋梁工程中，減隔震技術在橋梁結構設計上的應用已經十分普遍，使用這種技術能夠令橋梁在面對地震產生時不至喪失工作的能力。當前各種設備都在不斷地更新與完善，使得減隔震技術在橋梁工程中的應用也逐漸得到了重視。

1 減隔震技術原理

所謂隔震就是令能夠導致橋梁結構遭到破壞的地面運動同橋梁結構之間盡可能的實現分隔。為了令這個目標得以實現，設計人員會通過延長橋梁結構周期的形式，使其同地震的卓越周期不會重疊，這樣就會有效的避免或者是減少橋梁結構中傳入的地震能量。但是當橋梁結構的周期被設計人員延長之后，橋梁結構就會在位移反應上形成增加的可能，就會導致橋梁結構在設計上極易出現難度增加的問題。此外，假若橋梁的結構比較柔弱的話，面對正常的荷載作用，橋梁結構甚至會產生有害的振動。對此，橋梁結構設計人員可以通過對橋梁結構在阻尼上實施增加的方式令地震反應的程度降低，進而對橋梁結構實施有效地控制。

可以通過能量方程對減震原理加以理解。Ein=EveEeEpEi是減隔震原理的能量方程，此方程式中的Ein是指橋梁結構或者地震傳入的總能量；Eve指的是橋梁結構中動能與彈性勢能的總和；Ee指的是橋梁結構自身阻尼所消耗的能量；Ep指的是橋梁結構因為出現了彈塑性的變形進而產生的能量消耗；而Ei指的是減隔震設備自身消耗的能量。如此，可以看出減隔震的原理指的就是令減隔震設備首先進入到塑性階段，隨之通過設備自身實現更多能量的消耗，使橋梁結構在耗能與塑性耗能方面能夠減少，進而使橋梁結構能夠實現破壞程度的降低。

2 減隔震技術的類型

當前我國在橋梁工程中投入使用的減隔震技術主要劃分成兩個類別，其中之一是粘滯阻尼器，通過粘滯阻尼器的有效應用能夠使地震中產生的很多能量得以消耗，進而令橋梁結構中某些關鍵性的位置可以得到抗震安全性能的提升；而另外一種減隔震技術設備使用的是鉛芯橡膠隔震支座與擺式滑動摩擦支座，這種技術實現減隔震的原理就是當設計人員在對橋梁結構周期進行延長的同時，對這兩種設備進行有效地應用，進而實現地震能量的消耗，最終令橋梁結構能夠得到抗震安全性能的極大提升。

3 減隔震技術在橋梁結構設計中的應用

3.1 粘滯阻尼器在橋梁結構設計中的應用

在對橋梁的結構進行設計的過程中，設計人員需要對怎樣使粘滯阻尼器能夠在提升橋梁結構抗震安全性能方面得到有效地應用進行充分的思考。使用粘滯阻尼器實際上是有著其本身的獨特優勢的，首先需要知道的就是摩擦阻尼裝置或者是彈性阻尼裝置在摩擦力與屈服力方面都是常值，而面臨橋墩出現了最大化的變形時，摩擦力與屈服力能夠同時達到常值；若阻尼器的參數是1時，能夠導致橋墩出現最大化的變形，阻尼力卻停留在最小值上；而當阻尼器的參數是0時，會令粘滯阻尼器產生的阻尼力達到最大值，此時橋墩產生的變形程度是最小的。此外，當溫度發生了變化以后，兩種阻尼裝置必須在克服了摩擦力與屈服力的條件下才能實現自由的變形；當粘滯阻尼器在蠕變發展的時候，幾乎不會產生抗震力，可見使用粘滯阻尼器對橋梁結構的功能并不會產生影響。在橋梁結構中使用粘滯阻尼器，通常都會在塔梁中間、加勁梁與輔助墩中間以及橋邊墩中間等這些位置進行粘滯阻尼器的設置。

3.2 鉛芯橡膠支座在橋梁結構設計中的應用

在對橋梁的結構進行設計的過程中，設計人員需要對怎樣使鉛芯橡膠支座能夠在提升橋梁結構抗震安全性能方面得到有效地應用進行充分的思考。之所以稱作是鉛芯橡膠隔震支座，就是指在分層橡膠支座中將一些鉛芯加入了進來，進而構成了一種具有減隔震功能的裝置。因為鉛芯在力學方面能夠展現出良好的性能，同分層橡膠能夠實現高效的結合，因此，在減隔震材料的選擇上鉛芯是十分恰當的。此外，鉛芯橡膠支座在屈服剪應力方面會呈現出相對較低的現狀，而初始情況下展現出的剪力剛度是較高的，有著較強的彈塑性，同時塑性循環在耐疲勞性能方面也能展現出較強的效果。之所以鉛芯橡膠支座能夠在橋梁結構抗震設計中得到廣泛的應用就是因為其展現出的屈服剛度與強度均十分良好，同抗震系統提出的要求相符合。

3.3 擺式滑動摩擦支座在橋梁結構設計中的應用

在對橋梁的結構進行設計的過程中，設計人員需要對怎樣使擺式滑動摩擦支座能夠在提升橋梁結構抗震安全性能方面得到有效地應用進行充分的思考。擺式滑動摩擦支座的設計將鐘擺概念與滑動摩擦支座進行了很好的結合，進而構造形成了一種十分有效的減隔震裝置，擺式滑動摩擦支座存在一個曲面形式的滑動面，地震能量能夠從曲面滑動摩擦中得到盡可能多的消耗，使得橋梁結構能夠在自重上得到十分重要的自復位能力，進而使橋梁結構在振動周期上可以通過鐘擺機理得到有效地延長。因為支座在平面上的尺寸會因為球面曲率的半徑以及地震位移的大小受到一定的影響，所以支座平面在尺寸的設置上通常較大。

4 結語

面對近年來頻發的地震災害，橋梁工程對減隔震技術進行了不斷的研究與完善。隨著科學技術的不斷更新與發展，減隔震技術在橋梁結構設計上已經得到了廣泛的應用，粘滯阻尼器、鉛芯橡膠隔震支座以及擺式滑動摩擦支座是減隔震技術中經常使用的三種裝置，通過對橋梁結構振動周期的延長，能夠使橋梁獲得安全抗震性能的提升。

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Seismic isolation and reduction technology and practical points in bridge structure design

Wang Zhaobin

(ShanxiXiaoyiHighwayAdministrationSection,Xiaoyi032300,China)

The thesis introduces seismic reduction and isolation technology principles in bridge structure design, analyzes seismic reduction and isolation technology types, and studies the application of viscous damper, lead-rubber bearing, sliding friction bearing and other seismic reduction and isolation technology in bridge structure design, with a view to make the bridge design safe, convenient and applicable.

bridge, structure, seismic isolation and reduction technology, application

2015-06-24

王兆斌(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)25-0161-02

U441.3

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