橋梁抗震設(shè)計(jì)與減隔震設(shè)計(jì)的比較

王璐

摘要： 橋梁工程的抗震設(shè)計(jì)一般在靜力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，通過對(duì)某座四跨連續(xù)梁橋進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)及減隔震設(shè)計(jì)，探究這兩種方法的原理，分析該方法的特點(diǎn)并對(duì)這兩種方法進(jìn)行比較，得出其適用范圍并為抗震設(shè)計(jì)手算方法提供實(shí)例。

Abstract： The seismic design of bridge engineering is generally carried out on the basis of static design. Through the design of seismic design and seismic isolation of a four-span continuous girder bridge， the principle of these two methods is explored， and the characteristics of the method are analyzed. These two methods are compared to obtain their scope and provide examples for the seismic design manual method.

關(guān)鍵詞： 抗震設(shè)計(jì);減隔震設(shè)計(jì);支座

Key words： seismic design;seismic isolation design;bearing

中圖分類號(hào)：P733.22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）07-0111-04

1 延性抗震設(shè)計(jì)原理

采用延性概念來設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，要求結(jié)構(gòu)在預(yù)期的設(shè)計(jì)地震作用下必須具有一定可靠度保證的延性儲(chǔ)備。延性抗震設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)是通過讓結(jié)構(gòu)在特定部位形成塑性鉸，結(jié)構(gòu)整體進(jìn)入延性狀態(tài)而起到減震耗能的作用。其延性系數(shù)越大，所造成的結(jié)構(gòu)損傷程度也越大。采用“抗震”對(duì)策進(jìn)行設(shè)計(jì)，為結(jié)構(gòu)提供較強(qiáng)抗震能力[1]。《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：抗震設(shè)計(jì)是采用能力設(shè)計(jì)方法的延性設(shè)計(jì)。

2 減隔震設(shè)計(jì)原理

橋梁減隔震技術(shù)是一種工程抗震手段，其特點(diǎn)是先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)和簡便。減震是利用特制減震構(gòu)件或者裝置，讓其在出現(xiàn)強(qiáng)震的情況下提前進(jìn)入塑形，產(chǎn)生大阻尼，從而將進(jìn)入結(jié)構(gòu)體系的能量消耗掉;隔震的原理是通過隔震體系，盡量讓主體結(jié)構(gòu)中進(jìn)入更好的地震能量，最大限度的降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)[2]。

一般情況下，減、隔震設(shè)計(jì)的情況包括如下幾種[3]：

①橋梁整體的基本周期較短，橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度較大，上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)形式。

②由于橋梁下部結(jié)構(gòu)剛度不一致，為便于調(diào)節(jié)各橋墩剛度，引入減隔震裝置，如此可避免剛度較大橋墩承擔(dān)很大慣性力的情況。

③場(chǎng)地條件較好，長周期范圍所含能量較少，預(yù)期地面運(yùn)動(dòng)具有較高的卓越頻率等情況。

3 延性抗震設(shè)計(jì)與減隔震設(shè)計(jì)的對(duì)比

延性抗震設(shè)計(jì)和減隔震技術(shù)在抗震原理上是相似的，其原理都是利用延長周期的方式避開地震能量集中的周期范圍，然后通過增大阻尼的方式耗散能量，最大限度的降低地震反應(yīng)。然而，兩者在具體的實(shí)施方法上存在較大區(qū)別，具體分析如下：

①延性抗震設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮了如何使結(jié)構(gòu)能夠承受更大的地震能量，因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)容許較大的地震能量自地面?zhèn)鬟f到結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件上;而減隔震技術(shù)不同，它需要將地震能量大大降低后才能傳遞到結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件上，其地震能量會(huì)大部分傳遞給減隔震裝置。

②延性抗震設(shè)計(jì)由于要求選定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特定部位屈服，使其形成塑性鉸，將剛度延長周期降低，從而起到增大阻尼的作用，所以說對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損失是無可避免的，并且震后極難修復(fù)。但減隔震技術(shù)不同，它通過設(shè)置減隔震裝置達(dá)到延長周期的目的，同時(shí)增大阻尼，能夠?qū)⒛芰看蟠蠼档汀Ｋ裕瑢?duì)于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的損傷是極小的，并且后期的修復(fù)也較為容易 [1]。

4 橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)例

如圖1所示，某一四跨連續(xù)梁橋，跨徑組合為25+30+30+25m。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁為其上部結(jié)構(gòu)，高1.5m，寬18m。三道防撞欄桿質(zhì)量共2.6t/m，橋面鋪裝厚13cm，箱梁的混凝土用量為0.6m3/（m2橋面）。采用雙柱式橋墩，墩柱為實(shí)心鋼筋混凝土截面，具體是1.35m（橫向）×1.5m（縱向），如圖2所示，橫向間距為4.15m，采用C30混凝土。如圖3所示，為墩柱截面縱筋配筋率采用尺寸及配筋。主筋為直徑25mm的II級(jí)鋼筋，凈保護(hù)層4cm。箍筋為直徑12mm的II級(jí)鋼筋，縱向間距：塑性鉸區(qū)段為10cm，塑性鉸以外為20cm。

抗震設(shè)計(jì)的要求：

對(duì)兩種支座設(shè)置方式進(jìn)行比較：

①中墩每一立柱頂設(shè)置一個(gè)固定盆式支座，其它立柱頂設(shè)置單向活動(dòng)盆式支座。

②在每一立柱頂均設(shè)置一個(gè)普通板式橡膠支座（邊墩為GJZ400×700×78，中墩為GYZ900×138）。

其支座設(shè)置的兩種方式，分別代表抗震設(shè)計(jì)和減隔震設(shè)計(jì)原理。第一種方法在中墩每一立柱頂設(shè)置一個(gè)固定盆式支座，其它立柱頂設(shè)置單向活動(dòng)盆式支座。屬于抗震設(shè)計(jì)，目的是設(shè)法提高固定墩的抗震能力。第二種方法在每一立柱頂均設(shè)置一個(gè)普通板式橡膠支座（邊墩為GJZ400×700×78，中墩為GYZ900×138）。采用減隔震概念設(shè)計(jì)，上部結(jié)構(gòu)為連續(xù)梁形式下部結(jié)構(gòu)剛度比較大，采用普通板式橡膠支座以延長結(jié)構(gòu)周期、減小地震反應(yīng)，并分散上部結(jié)構(gòu)慣性力。endprint

4.1 采用延性抗震法計(jì)算

4.1.1 設(shè)計(jì)地震力計(jì)算

5 結(jié)論

通過對(duì)抗震設(shè)計(jì)和減隔震設(shè)計(jì)這兩種方法的比較，得出以下結(jié)論：

①對(duì)于同一橋梁結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)內(nèi)力大小要大于減隔震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。抗震設(shè)計(jì)主要依靠自身具有的強(qiáng)度，延性，耗能能力來抗震，設(shè)計(jì)是通過增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性來實(shí)現(xiàn)。而減隔震技術(shù)是通過引入隔震裝置改變結(jié)構(gòu)在地震中的動(dòng)力響應(yīng)特性，減少地震輸入，外加耗能機(jī)制作為主要的抗震構(gòu)件，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件為輔。

②為橋梁抗震設(shè)計(jì)和減隔震設(shè)計(jì)提供具體的計(jì)算過程，將公式應(yīng)用于具體實(shí)例中讓人更好地理解計(jì)算過程。

③施加軸力對(duì)截面進(jìn)行彎矩—曲率分析時(shí)，需要在分析軟件中自定義截面和鋼筋位置，得出相應(yīng)的結(jié)果。

④延性概念設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，對(duì)在預(yù)期內(nèi)設(shè)計(jì)地震作用下的延性儲(chǔ)備具有較高要求，其必須可靠安全。

由于兩種抗震設(shè)計(jì)適用范圍不同，一般情況下，完全延性結(jié)構(gòu)類型的抗震設(shè)計(jì)比較適用于普通的公路橋梁，其具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，而完全彈性結(jié)構(gòu)形式的抗震設(shè)計(jì)比較適用于那些關(guān)鍵性橋梁，比如容易對(duì)社會(huì)造成較大危害的、為救災(zāi)提供緊急車輛通行的，兩種抗震設(shè)計(jì)各有利弊，應(yīng)結(jié)合具體情況具體分析，合理選擇最佳方案。

減隔震技術(shù)不僅結(jié)構(gòu)的抗震性能良好，還具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，未來該方案在實(shí)際工程中的應(yīng)用必將越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1]李紅衛(wèi)，蔣信萍，石巖，劉錫媛，王東升.山區(qū)連續(xù)梁橋隔震設(shè)計(jì)研究中的隔震度因素探討[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2014（06）.

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[3]夏超逸，雷俊卿.橋梁防震減震與評(píng)估加固的對(duì)策研究[A].北京交通大學(xué)：中國公路學(xué)會(huì)橋梁和結(jié)構(gòu)工程分會(huì)2008年全國橋梁學(xué)術(shù)會(huì)議[C].

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