淺談橋梁抗震設計方法與減隔震技術

陳　蛟（貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州　遵義　563000）

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淺談橋梁抗震設計方法與減隔震技術

陳蛟（貴陽建筑勘察設計有限公司，貴州遵義563000）

近年來，隨著社會經濟的迅速發(fā)展，城市化進程不斷加快，橋梁項目建設數量日益增多，為了確保橋梁工程項目安全性，在進行橋梁設計施工時，必須加入合理的抗壓設計，以確保橋梁工程順利完工。此背景下，本文首先分析了橋梁震害的直接起因，其次闡述了橋梁抗震設計方法，最后詳細研究了橋梁抗震設計主要實現途徑，以供參考。

橋梁震害；抗震設計；減隔震技術

1　引言

橋梁工程是城市發(fā)展過程中關鍵的交通樞紐，其在抗震減災、危機處理過程中能夠發(fā)揮十分重要的作用。通常情況下，在發(fā)生地震災害時，如果橋梁工程遭受破壞，將會對地震災區(qū)的交通生命線造成嚴重的阻礙，從而使得地震危害進一步擴大，大大增加了抗震減災與災后重建的難度，此情況下，必須提升橋梁抗震性，以強化區(qū)域安全。

2　橋梁抗震設計方法

2.1基于強度基礎上的設計方法

在傳統(tǒng)橋梁抗震設計中，大多采用基于強度基礎上的抗震設計方式，即為將地力作為靜荷載進行工程結構分析，并且通過結構構件的強度或是剛度來判斷橋梁結構的有效性。就目前情況來看，我國大多數設計單位依舊在使用此種設計方式。

2.2基于延性基礎上的設計方法

通過分析橋梁結構自身特征，少數設計人員提出了基于延性基礎上的抗震設計方法，其能夠通過地震力來修正相關系數、合理調整彈性、分析地震內力與反映譜加速度，以滿足不同結構的延性需求。以某國家AASHTO橋梁設計規(guī)范為例，該項規(guī)范主要針對橋墩、基礎、支座等構件，采用不同的R（地震反應修正系數），對彈性地震力進行適當的折減，以獲得地震力設計值。

2.3基于性能基礎的抗震設計

所謂基于性能基礎上的抗震設計，主要是指在抗震結構受到不同等級地震作用下能夠實現預期目標的設計方式。通過采用此種抗震設計方式，能夠在一定地震強度范圍內，將人員傷亡、經濟損失控制在合理范圍內，以此來使得橋梁工程能夠在地震之后繼續(xù)使用。

通過詳細的分析可以發(fā)現，此類設計方式能夠將抗震設計從宏觀定性轉變?yōu)榫唧w量化，將抗震設計目標從確保人們生命財產安全轉變?yōu)闈M足不同地震水下性能目標。通過多方位、多層次抗震設計，確保人們生命財產安全，滿足建筑商所要求的安全性能目標。

3　橋梁抗震設計主要實現途徑

3.1減隔震技術原理

橋梁結構設計中的減隔震技術是在減隔震裝置前提下形成的，當發(fā)生地震災害時，通過減隔震裝置的使用，能夠有效分散地震作用，特別是能夠分離支座運動與地面運動，以減少地震作用，并且還能夠對橋梁結構產生一種良好的緩沖效果。

在橋梁結構設計過程中，通過減隔震技術的應用，能夠有效避免地震作用對橋梁結構整體性造成破壞，特別是當地震級別過于高時，可有效避免橋梁結構塌陷問題的發(fā)生。因此，橋梁結構抗震延性設計是減隔震技術應用過程中必須要落實的事項。通常情況下，可通過混合控制技術、主動控制技術、被動控制技術對橋梁結構進行合理的控制，減隔震技術是在這三種橋梁結構控制基礎上形成的。通過被動控制理論的使用，能夠合理安排橋梁結構，進而最大限度的減少橋梁結構設計中結構地震響應。

3.2減隔震技術分類

通常情況下，減隔震技術可分為以下幾種：①基礎隔震，即為在基礎結構與上部結構件進行隔震裝置的布設，一般包括能量吸收、絕緣與周期延長等方式。其中，能量吸收主要是指采用減震裝置來吸收能量，以規(guī)避地震災害發(fā)生時較大變形問題的出現。對于周期延長方式，則是指通過設置某種裝置來加長整體結構體系周長的方式。②地基隔震方式，主要包括絕緣、屏蔽兩種方法，其中，屏蔽主要包括通過將屏蔽板埋設在建筑物四周或是在周圍挖設深溝等方式。對于絕緣，則為采用高剛性基礎，軟弱基礎與利用地基逸散衰減方法來降低地基自身輸入波。

3.3減隔震技術

3.3.1減隔震技術

減隔震技術需依靠結構構件的強度，但相比于傳統(tǒng)技術，其能夠更好的控制壓力的損害。同時，通過減隔震技術的應用，能夠有效延長橋梁工程振動周期，消耗、分散由地震內部傳播的能量，從而最大限度的降低其水平力傳遞壓力，最終實現有效降低地震災害對橋梁工程造成的損害。

但在減少損害的過程中，橋梁內部構件也會由于地震壓力而出現位移，雖然不會對橋梁自身造成巨大的損害，但存在一定的風險，因此，在對減隔震裝置安裝操作進行控制時，需進行一定的計算，確保構件不會出現偏離安全位置的情況。近年來，隨著科技的迅速發(fā)展，新型減隔震技術獲得了越來越廣泛的運用，通過大量研究與實踐結果可知，減隔震技術的應用，能夠有效防治、抵御地震災害帶來的損害，從而為人們的生活提供較大的便利。

3.3.2減隔震技術的適用條件

要想充分發(fā)揮減隔震技術的效果，需要具備一定的保證條件，例如在場地較軟或是在延長橋梁結構周期之后，極容易發(fā)生共振問題，此時不宜采用隔震技術。針對此種情況，在應用隔震技術之前，需對橋梁工程項目進行合理的判斷。對于能夠采用隔震技術的條件，主要涉及地震波的角度、結構的角度、場地的角度等。

3.4減隔震裝置

3.4.1分層橡膠支座

分層橡膠支座又被稱為板式橡膠支座（圖1），其結構主要是由薄鋼板、薄橡膠片相互交替結合而構成的，大多為圓形或矩形構成的支座形狀。在抗震設計過程中，通常需要對阻尼作用與水平剛度進行重點考慮。

一般情況下，橡膠支座主要通過消耗變形過程中的能量為支座提供阻尼，橡膠層變形的速度決定了阻尼的大小。通過相關研究可知，采用天然橡膠制作的支座阻尼約為5～10%，分層橡膠提供的阻尼通常較小，針對此，在進行減隔震橋梁設計時，常采用綜合使用分層橡膠支座與阻尼器的方式進行。

圖1　分層橡膠支座隔震示意圖

3.4.2鉛芯橡膠支座

將純度較高的鉆芯垂直壓入板式橡膠支座的中心或中部（圖2），可有效改善橡膠支座阻尼性能，這種支座就是鉛芯橡膠支座。鉛芯具有屈服剪力低、力學特性良好、初始剪切剛度高的特征，在使用過程中，能夠較好的提高靜力荷載下的剛度和地震下的耗能能力，所以，其可滿足橋梁工程減隔震技術要求。此外，在水平力較低的情況下，初始剛度較高，支座變形的幅度較小，當地震發(fā)生時，在地震力作用下，鉛芯出現較小的變形情況，此時可適當降低剛度，就能夠實現延長結構使用周期的目的，并且還可消耗一定的地震能量。

圖2　鉛芯橡膠支座隔震原理圖

3.4.3滑動摩擦型減隔震支座

滑動摩擦型支座又稱為聚四氟乙烯滑板支座，此類支座主要利用聚四氟乙烯材料與不銹鋼之間較低的摩擦系數制作而成的。當地震發(fā)生時，在地震力的作用下，上部支座將在摩擦面上經滑動摩擦型支座允許發(fā)生滑動摩擦現象，在地震力從上部結構轉移到下部結構時，滑動摩擦型支座將地震力限制為支座的最大摩擦力，從而大幅消耗地震能量。此類支座缺陷在于一旦發(fā)生移動，沒有自我復位能力，所以將滑動摩擦型支座用作隔震支座時，無法預測支座的可靠性。在實際使用過程中，通常將其與阻尼器與橡膠支座等組合使用。

3.4.4鋼阻尼器

鋼阻尼器耗能原理在于利用鋼材自身的可塑性，其具備制作簡便、費用較少、耐用、耗能能力較大的優(yōu)勢，在進行鋼阻尼器的選用時，可依據放置位置、空間、位移與連接結構件的差異，選用適宜類型的阻尼器，以確保其滿足項目需求。

4　結語

綜上所述，在進行橋梁抗震與減隔震設計時，需充分做好相應的準備工作，并且還要嚴格的檢驗原材料質量。同時，還要強化對橋梁工程項目安全性能的監(jiān)控與檢測，及時修補不適宜事項，合理改進施工路線與方案，強化橋梁減隔震對橋梁安全的維護作用。

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陳 蛟（1978-），男，漢族，貴州務川人，高級工程師，本科，主要從事道路橋梁設計方面工作。

U442.55

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2095-2066（2016）12-0206-02

2016-4-1