橋梁抗震設計研究與新技術應用

張世杰

山東通惠交通工程咨詢有限公司 山東濟南 250100

工程概況：某公路段，介于東經95°07′56～95°49′12″，北緯40°32′35～41°47′27″之間。段路基寬12m，路面寬9m，瀝青路面，橋涵荷載標準為汽-13、掛-60或汽-20、掛-100。2009年改公路工程建設，采用新建一幅，利用原國道312線空間改建一幅的方案，因此國道312線基本被完全占用。對本項目進行全面改建，不僅對于完善路網結構、提高道路服務水平、加快社會經濟發展發揮重要的作用，而且對于方便沿線群眾生產生活具有十分重要的意義。

1 橋梁抗震設計研究

1.1 橋面結構支座設計

橋梁結構的設計需要加強橋床板的連續結構。為了在位移發生時不使主梁落梁，需要設定充分的加固寬度。另外，應適當地擴展蓋梁和支座的寬度，追加位移防護裝置。在沒有固定支座的情況下，通過設置移角鋼或者擋塊的加設方式增加抗震設計。

1.2 基于橋梁材料延性的設計方法

橋梁工程施工主要由以下幾部分組成，分別是混凝土鋼結構、錨固件、鋼索結構、橋墩結構、支座、橋梁等，核心施工材料是混凝土與各種類型的金屬材料。在橋梁抗震設計過程中，從施工材料延性與橋梁結構特征進行分析與設計，保證橋梁抗震性能得到更好提升。設計人員可以假設模擬地震力，采用材料更換方法，綜合對比相同地震力作用下橋梁工程的可靠性，并根據橋梁工程結構特征，開展抗震設計工作。

1.3 橋梁結構跨度設計控制

在地震區域進行建設的過程中，要不斷的加強橋面的連續結構。橋梁的跨度不均勻時，墩身的剛性不等，特別容易受到損傷。此時，可調整各墩的剛性，以便通過在墩頂的支承力的大小進行調整，使得剛性能夠得到進一步的保證。地震區域的跨度不應該太長。跨度越大，墩柱受到的軸力越大，最終橋墩的延展力就越小[1]。

1.4 基于不倒塌的橋梁抗震設計方法

該設計方法重點介紹以下兩種規范，AASHTO—LRFD提出的設計規范與Caltrans橋梁設計規范。規范中明確指出，水平荷載為水平力效應，是彈性地震反應系數與橋梁上部結構的等效重量的乘積。AASHTO—LRFD設計方法，設計人員需要明確AASHTO—LRFD場地系數，可以根據橋梁土剖面類型，確定最終的場地設計系數。

2 橋梁抗震設計新技術的具體應用

2.1 H D R高阻尼隔震橡膠支座的具體應用

HDR高阻尼隔震橡膠支座能夠有效簡化成雙線性恢復力學模型，橋梁抗震設計人員運用有限元分析軟件構建相應的橋梁空間有限元模型。其中，工程中的主梁與橋墩全部采用三維梁單元，橫向隔板的荷載與二期恒荷載為橋梁單元附加重量，采用有限元軟件分析方法，構建樁基模型。當地震作用比較強烈時，橋梁結構會直接進入到彈塑性狀態，發生彈塑性變形，地震作用力主要破壞橋梁墩柱。因此，橋梁結構的抗震性能和墩柱的延性變形有密切聯系。運用HDR高阻尼隔震橡膠支座之后，通過在橋梁下部結構與上部結構分別設置隔震層，如果發生地震，橋梁的上部結構與下部結構處于隔離狀態，隔震支座滯回效能的發揮，使得橋墩承受的剪力與彎矩不斷減小，橋墩頂部的縱向位移與橫向位移減小，具有良好的減隔震效果[2]。

2.2 減隔震技術應用方法

2.2.1 地基減隔震技術

地基減隔震技術就是針對橋梁地基結構來進行防護的技術，主要存在兩種類型，即屏蔽隔震和絕緣隔震。屏蔽隔震是在橋梁結構的周邊地帶進行開槽，之后將屏蔽板埋入槽內即可，原理上可以有效阻隔部分地震力學波，尤其適用于周期較長的地震條件下；絕緣隔震是依靠剛度較高或者質地柔軟的地基來抵消建筑地基的輸入波，以此起到減隔震作用，原理上為“逸散衰減”。目前，兩種地基減隔震技術中，最常用的方法為屏蔽隔震，但是此方法存在一個缺點，即在直下型輸入波條件下，無法發揮任何功能，說明該方法的局限性[3]。

2.2.2 鋼阻尼器設計與應用

橋梁減震設計當中，鋼阻尼器的應用廣泛，由于鋼阻尼器的可塑性，可以達到應有的減震效果，具有較高的可操作性能，并且施工成本低、耐用性好。因為剛阻尼器具有較好的可塑性，在不同類型的橋梁工程中均取得良好應用效果。對于橋梁抗震設計人員來講，要明確鋼阻尼器的安裝位置，結合橋梁空間的差異性，最終確定鋼阻尼器安裝位置。

2.2.3 上部結構減隔震技術

上部結構減隔震技術作用于橋梁基礎上方所有結構，主要由隔震裝置來實現。應用當中，將隔震裝置安裝在橋梁上部結構下方（上部結構以基礎之間）即可，根據隔震裝置產品種類，此應用方式可以分為附加振動隔震方式、能量吸收隔震方式兩種，附加振動隔震方式主要在振動結構周邊，附加建設一個與橋梁本身載荷無關的振動體，此時當振動結構出現振動后，應力會被轉移到附加振動體上，可以抵消部分地震影響。能量吸收隔震方式原理與上述基礎減隔震技術相同，因此不多加贅述，但兩者的區別在于，此處能量吸收隔震方式的實現主要通過阻尼裝置來實現[4]。

3 結語

綜上，通過提升橋梁工程抗震設計水平，妥善運用新技術，本橋梁工程抗震設計已經順利完成，經過全面檢測之后，工程的各項技術指標均符合相關規定，橋梁工程質量達標，能夠為后續施工提供良好條件，說明以上的設計理念與新技術科學可行，可以為相關工程提供有效參考，保證橋梁施工質量得到更好提升。