減隔震在城市橋梁設計中的應用分析

文/張君 中國建筑東北設計研究院有限公司 遼寧沈陽 110003

隔震裝置在橋梁隔震設計中非常重要，通過安裝橋梁隔震裝置，使得橋梁的上部結構能夠在發生地震時避免產生或者減少相對位移，從而減輕橋梁后期的養護費用，使橋梁的使用功能得到一個穩定的保證。另外，安裝阻尼器的目的也是通過提高阻尼效果來以此減輕地震作用力對橋梁產生的危害。

1、隔震設計的原理

作為抗震設計的一種新的形式,隔震設計工作并不是要抵抗地震的作用,而是要最大限度的減小地震的作用以起到保護橋梁各結構的效果。一般情況下,在橋梁工程的設計和施工階段,都是通過提高橋梁的抗變形能力和整體強度來提高其抗震能力的,但是進行隔震設計就不是這樣了,其最重要特別就是要加入一個柔性裝置,從而減少橋梁結構與水平地面運動的關聯性,當地震到來時,地面的加速度是要大于結構的反應加速度的,所以結構構件就不會受到嚴重的損壞。另外,橋梁設計中還采用了阻尼設計,消耗了地震帶來的一部分能量,也就減少了傳遞到隔震結構和上部結構的作用力。

2、減隔震技術的特點

2.1 減隔震技術在橋梁抗震設計中的的應用，主要目的就是為了利用這些減隔震裝置達到延長結構周期、消耗地震能量和降低地震后結構毀壞。在橋梁進行減隔震設計時，最關鍵的就是要有合理的設計，使相關的抗震系統構件能夠具有較強的彈性和可塑性。

2.2 減隔震技術在橋梁設計中的采用，一方面可以減少工程造價同時提高橋梁抗震性能，它往往要比常規的抗震設計的抗震性能高，可以有效地保護橋梁墩柱，達到降低橋梁墩柱延性需求的作用和目的；另一方面上部結構中減隔震措施的采用可以有效地減小或者消除地震后橋梁的下部結構超出彈性范圍的現象，對于那些在地震后難以檢查或者修復的部位，減隔震設計可以避免在這些部位發生嚴重的非彈性變形。

3、隔震設計原則分析

橋梁隔震設計是有效提高橋梁隔震效果的主要措施，借此來充分提升橋梁抗震的水平或是加強橋梁的抗震功能。但是在實施這項措施的時候，要有一些確實可行的方法來實現，否則就不可能達到理想中的效果。為了實現以上這些，就必須要做到以下幾點的分析。針對橋梁是否適合加上抗震裝置這點，應在設計初期就做好認真的分析。如若不適合安裝隔震裝置，就早期做好預算，避免不必要的建設浪費，這可以依照地震之后橋梁隔震效果作為參考信息。在橋梁設計時，應該對施工附近的地質環境進行仔細的勘察。尤其是橋梁施工地點的地基勘測，從數據報告上仔細分析，全面考慮，一個隔震性能良好的橋梁必須要有一個堅實的地質條件為基礎。另外，隔震裝置的選擇上，應盡可能選擇那些抗震性能良好的隔震裝置。在滿足隔震效果的同時，還應清楚了解隔震裝置為橋梁緩解的受力大小范圍，從而科學的選用隔震裝置。

4、橋梁隔震設計的作用

橋梁隔震設計的好處體現在很多方面，其主要有以下幾點。調整橋梁水平方向上剛度的作用，從而提高扭力平衡的問題，有效降低地震力；加強對橋梁隔震系統的設計，使得其抗震性能優于沒有采用抗震裝置的橋梁。這樣做既不影響工程造價，又對橋梁的質量有一個很好的保障，進而提高了橋梁的性價比；加強橋梁隔震設計可以保護橋梁的基礎部位，提高橋梁結構的承載力和逐漸衰減地震后地震力對橋梁結構各支座間的受力；地震后，橋梁的上下部結構很有可能會出現超出設計彈性范圍的現象，而采用隔震設計可以很好的避免這種現象的發生。即使是說消除也不為過，從而有效避免橋梁結構的變形。

5、減隔震技術的應用

5.1 粘滯阻尼器

橋梁結構設計人員在設計橋梁結構過程中應該充分考慮到如何有效的應用粘滯阻尼器提高橋梁結構的抗震安全性能。粘滯阻尼器具有其獨特的優勢，首先彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置的屈服力或者摩擦力是常值，在橋墩發生最大變形時，屈服力或者摩擦力常值會同時達到。但是，當阻尼器的參數為1時，會使橋墩變形最大化，阻尼力反而是最小值，當阻尼器的參數為零時，粘滯阻尼器的阻尼力會達到最大值，橋墩的變形最小。其次，是在溫度發生改變的情況下，彈塑性阻尼裝置或者摩擦阻尼裝置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由變形；在粘滯阻尼器發展蠕變的情況下，產生的抗震力幾乎為零，因此，應用粘滯阻尼力是不會影響橋梁結構的使用功能。應用粘滯阻尼器在橋梁中，一般都會將粘滯阻尼器設置在塔梁中間，加勁梁和橋邊墩中間或者加勁梁和輔助墩中間的位置。例如，在我國重慶峨公巖大橋是首先應用粘滯阻尼器，并且將粘滯阻尼器設置在縱向加勁梁和橋臺之間的伸縮逢中。由此可見，合理的應用粘滯阻尼器對于提高橋梁抗震安全性能具有重要作用。

5.2 鉛芯橡膠支座

橋梁的鉛芯橡膠支座，需要在板式橡膠支座的中間部位壓入高純度鉛芯來改善阻尼性能。高純度鉛芯力學特征良好，屈服剪力較低，可以保持在10MPa左右，初始剪力剛度可達130MPa，高純度鉛芯良好的彈塑性性能和耐疲勞性能，可以很好地消耗地震帶來的能量和提供靜力負荷需要的剛度。分層橡膠支座結合鉛芯形成的鉛芯橡膠支座具有良好減震裝置的特性，遇到地震時，鉛芯屈服，鉛芯剛度減少，使橋梁的結構周期加大，消耗了地震帶來的能量;遇到較低水平力時，高純度鋼芯可以保持較高初始剛度，發生很小的形變。

結語：

總之，橋梁抗震設計是一個系統工程，要從橋梁設計理念和結構體系和構造的角度做好耐久性的設計，同時需要進行減隔震設計及采取各種抗震措施，避免橋梁在地震中產生大的損壞而導致的交通中斷，以提高我國公路橋梁的抗震性能和抵御地震災害的能力提供可靠的技術保證。