橋梁減隔震裝置的選用對比分析

黃森

摘 要：在我國交通運輸業中橋梁作為主要的交通樞紐，其直接影響著我國交通運輸業的發展。現階段，隨著人們生活質量的提高，私家車幾乎普及到每家每戶，那么，這就要求橋梁要不斷提升自身的承載力，在橋梁投入使用以后減隔震的作用是不可低估的，其能夠有效降低地震對橋梁造成的損害。減隔震裝置的作用在于其能夠利用各類不同的高阻尼龍裝置以及材料降低地震影響，并能通過較小支座將地震作用隔離開來，鑒于此，現階段我國的工程師已設計、制造了多種類型的減隔震裝置，本文重點分析橋梁減隔震裝置的選用對比。

關鍵詞：橋梁;減隔震裝置;類型

1.抗震設計的主要方法

當前，我國的橋梁抗震體系主要包含兩種類型，一種是針對于地震作用，此時需將橋梁會發生型變的部位以及能量消耗較大的部位設置于橋梁結構的下部，即橋墩的底部以及橋墩與蓋梁之間的交匯處，進而方可延長橋梁的使用年限，也可有效降低地震損害，這是一種較為常見的設計方法，但是進行橋梁設計時，必須確保強剪弱變設計原理的落實情況，同時也要做好其他構件的設計;另一種是在地震影響下，需將橋梁上能量消耗較大的部位設置于橋梁上部和下部之間的連接件上（如支座、阻尼以及其他耗能裝置），這些接連件就是本文要重點分析的減隔震裝置，文中的這些減隔震裝置自身的特性也是不一樣的，但這些裝置所起的作用是一樣的，其都能夠消耗地震能量，減小地震危害，設計這種橋梁抗震體系的關鍵在于如何選用減隔震裝置。

2.橋梁減隔震裝置的類型和原理

減隔震的作用在于其能夠利用各類不同的高阻尼龍裝置以及材料降低地震影響，并能通過較小支座將地震作用隔離開來，根據上述原理，現階段，我國的工程師已設計、制造了多種類型的減隔震裝置，在這些減隔震裝置中，應用較為廣泛的大致包含高阻尼橡膠支座裝置、雙曲面摩擦擺支座裝置以及鉛芯橡膠支座裝置等，文中重點介紹雙曲面摩擦擺支座裝置、高阻尼橡膠支座裝置、鉛芯橡膠支座裝置等的選用。

2.1雙曲面摩擦擺支座裝置

為了將地震的影響降至最低，而設計了雙曲面摩擦擺支座裝置，當發生地震時，橋梁的周期會隨著支座的滑移而增加，以此來消減地震對橋梁造成的危害，同時在支座滑動的過程中，也可大大消減地震能量，此裝置是根據擺鐘的設計原理設計的，其是利用擺動的兩個曲面以及自復位的能力形成的一種具有良好抗震性能的減隔震裝置，施工過程中，該支座裝置四周的擋板可有效防止主梁出現位移問題，然而，當地震的影響大于擋板的承載能力時，擋板就會失去其應有的作用，當擋板被剪斷時，支座就會上下錯動，以此來消耗地震的能量，大大降低地震對橋梁造成的損害。此支座裝置中在滑動過程中產生摩擦可消耗一些地震能量，通常情況下，摩擦系數的大小會直接影響摩擦擺支座的減震效果，當摩擦系數較大時，摩擦擺支座的減震效果就越明顯。

2.2粘滯阻尼減隔震裝置

該裝置主要由耐壓缸體、活塞和粘滯阻尼組合而成，當活塞運動時，其產生的壓力將帶動耐壓缸體內的粘滯流體源源不斷的流入阻尼孔內，進而促使該裝置產生阻尼力消減振動能量，將地震對橋梁結構造成的影響降至最低。由于粘滯阻尼減隔震裝置能夠承受較大外力，并且不會對橋梁的正常使用造成太大影響，因此這類減隔震裝置備受設計人員的認可，在橋梁工程中應用較為廣泛。通常情況下，在設計、建造橋梁的過程中，在橋梁塔梁的中間部位或者橋墩位置都會設置粘滯阻尼減隔震裝置。

2.3鉛芯橡膠支座裝置

此裝置主要由外層的橡膠疊加支座和中間部位的高純度鉛芯組成。外層橡膠疊加支座具有承載橋梁的垂直壓力、恢復橋梁承載力的作用，而中間部位的高純度鉛芯則具有吸收、消散能耗的作用，這是因為高純度鉛芯屈服強度低且延展性良好，若將此裝置與橡膠支座裝置一起使用的話，必然會大大提升組合裝置的延展性以及抗疲勞性，同時，也會進一步提升鉛芯橡膠支座裝置的抗震性能，另外，由于該裝置具有較強的穩定性以及耐久性，所以，在建設橋梁的過程中，此裝置被廣泛應用于橋梁建設中，通常情況下會在橋梁和橋墩之間設置鉛芯橡膠支座裝置。

2.4滑動摩擦支座裝置

現階段的滑動摩擦支座裝置基本上都是由上下支座摩擦滑動結構和能夠限制位置恢復位置的阻尼結構構成，使用這種類型的支座時，須在其滑動表面涂抹聚四氟乙烯材料，這是因為聚四氟乙烯材料的摩擦系數接近于不銹鋼材料的摩擦系數，當發生地震時，橋梁的彎曲面在滑動的過程中會消耗地震的能量，且通過弧面的回復力恢復橋體的承載力。一般情況下，會在橋墩的蓋梁處設置滑動摩擦裝置，然而，由于滑動摩擦裝置對放置條件提出了一定的要求，因而，裝置滑動摩檫支座時，前提是必須為其留存一定的空間以便其能夠自由滑動。

2.5高阻尼橡膠支座裝置

該裝置是通過向高阻尼橡膠材料中添加纖維狀塑料、石墨以及其他添加劑后制成阻尼性能較高的減隔震裝置，當發生地震時，添加與高阻尼橡膠材料中的纖維狀塑料、石墨等會消耗地震能量。盡管該裝置的阻尼比較高且具有較高的減震性能，然而使用過程中，這種減隔震裝置卻會產生熱量，從某種意義上來講，這會大大減低減隔震裝置的作用。

3.橋梁減隔震裝置的選用對比

當橋梁的橋墩較大時，發生地震時，會對橋墩產生很大影響，因而，在設計這種橋梁結構時，就需設置更多的減隔震支座，以便橋墩能夠分散地震能量。在設計、建造一聯多跨橋梁的過程中，應在橋梁的中間支撐墩上多裝置一些減隔震支座，讓其來消耗地震能量，同時可為其側墩配置水平分散力滑動支座。針對于兩跨一聯結構以及單跨結構的橋梁，需配置一個在地震期間可以承受水平載荷的固定支座，同時要求此支座必須能夠適應正常工作條件下橋梁縱橫向伸縮的變形能力。針對于普通結構的橋梁而言，只要高阻尼橡膠支座以及鉛芯橡膠支座能夠滿足橋梁的減震要求，就可使用。針對于跨度較大的或者不規則橋梁而言，須使用雙曲面摩擦擺支座或者其他組合裝置來降低地震損害，以確保其能夠承載地震能量，滿足抗震要求。

4.結論

基于以上所述，所設計的橋梁減隔震必須滿足以下要求：

（1）可通過較小支座的剛度來增加橋梁使用壽命，并最大限度的降低地震危害，那么這就要求下述支座（如摩擦擺支座、高阻尼支座以及鉛芯橡膠支座），在發生地震的時候，能夠承受地震壓力，消耗地震能量，以防橋梁結構受損。

（2）使用各種阻尼裝置和高阻尼材料來減小上下結構之間的位移差，從而將位移控制在指定范圍內。所以，在選用摩擦擺支座的過程中，摩擦系數的高低會直接影響減隔震的減震效果。若橋梁的減隔震裝置選擇的是高阻尼或者鉛芯橡膠支座時，重點需要注意的是必須保證阻尼材料以及鉛芯阻尼材料能夠百分百滿足橋梁抗震要求。

（3）正常情況下，橋梁的結構不會隨著熱應力、制動力等的變動而發生變形或者振動。所以，選擇減隔震裝置時，必須考慮正常情況下減隔震裝置的剛度。

（4）通常情況下，部分減隔震裝置在使用過程中會產生較大位移差，針對于此種裝置應為其配置防落梁裝置，以確保減隔震裝置的減震效果。在高強度區域，須使用縱橫向防落梁裝置以及橋梁限位裝置。

結束語

在建設橋梁的過程中，為其設置減隔震裝置，可有效降低地震災害，減隔震可消耗地震能量，確保橋梁安全，所以，減隔震裝置在我國橋梁建設中發揮著非常重要的作用。因而，這就要求我國相關科研人員必須加大研究力度并引進國內外的先進技術及經驗，結合我國的實際情況，設計出更高品質的減隔震裝置，以提升我國橋梁的減震、抗震能力。

參考文獻：

[1]王東升，韓建平，孫志國等.橋梁減隔震技術的應用運用現狀與發展趨勢[J].地震工程與工程振動，2017，37（5）：118-128.

[2]劉延芳，葉愛軍.減隔震技術在橋梁結構中的應用[J].世界地震工程，2016，24（2）：131-137.