橋梁結構設計中減隔震技術的應用

黃慶　寇耀忠　王金齊

摘要：交通設施建設是利國利民的一項基礎性建設。目前，我國各地在公路、鐵路、橋梁等交通設施建設中取得了顯著成果。橋梁建設作為重要的樞紐，要確保其質量與壽命，技術人員在設計施工中也采用了大量的先進手段，根據橋梁建設的實際情況，深入研究能夠提高橋梁質量與壽命的專業性技術，其中減隔震技術的應用在橋梁結構設計中起到了關鍵性作用，對提高橋梁的抗震性能，避免橋梁橋體受地質災害的影響，提升橋梁整體結構起到了保障性作用。因此，本文重點介紹了橋梁結構設計中減隔震技術的具體應用。

關鍵詞：基本原理;適用條件;裝置類型;應用現狀

一、減隔震技術的分類和優勢

1.1分類

（1）減隔震設備可以設計為粘滯阻尼器，該結構的主要作用就是直接吸收外力，從而可以將外力對于橋梁的傷害降到最低，提升抗震性能，滿足安全性的需要;

（2）減隔震設備也可以設計為擺式滑動摩擦制作與鉛芯橡膠隔震支座的形式。這兩種形式有著根本上的區別，但是其共同點就是能夠更好的保護橋梁的結構免受外力的損壞，還能夠增長結構周期，如果將二者聯合應用，可以實現外力能量的有效吸收，具備更強的保護效果，降低地震給橋梁造成的損壞問題，可以大大提升橋梁運行的穩定性。

1.2優勢

（1）因為使用了支座、阻尼器等等具備抗震效果的結構部件，可以將橋梁上、下部結構的荷載實現均勻分布，還能夠提升整個橋梁的柔度與阻尼系數，對于保護整個橋梁的完整性有著重要作用;（2）使得橋梁結構的橫向剛度得到提升，具備較高的橫向阻尼性能，防止出現了結構扭轉過度的情況，也能夠有效的降低地震發生時的橋面橫向荷載參數;（3）較之傳統抗震結構來說，性能更加且工程成本比較低;（4）傳統抗震結構在設計的過程中容易受到了很多外部因素的影響，內部構件也會存在較大的變化，不能有效的進行控制和防護。新型減隔震技術可以經過有效的力學模型計算，使得受力結構更加的平衡。

二、減隔震技術的應用

橋梁結構設計人員只有有效應用這些減隔震技術才能提高橋梁抗震的安全性能。因此，橋梁結構設計人員在橋梁結構設計過程中應該合理的運用減隔震技術，從而保證橋梁結構的抗震性能。

2.1合理應用粘滯阻尼器

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應用粘滯阻尼器提高橋梁結構抗震安全性能。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。

2.2合理的應用擺式滑動摩擦支座

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擺式滑動摩擦支座提高橋梁結構的抗震安全性能。擺式滑動摩擦支座主要是將滑動摩擦支座和鐘擺概念有效的結合起來，從而有效的構成一種減隔震裝置，由于擺式滑動摩擦支座的滑動面是個曲面，通過曲面滑動摩擦盡可能的消耗地震能量，為橋梁結構自重提供必要的自復位能量，從而有效的利用鐘擺機理延長橋梁結構的振動周期。由于地震位移大小以及球面曲率半徑會影響到擺式滑動摩擦支座的平面尺寸，因此擺式滑動摩擦支座的平面尺寸相對較大。

2.3合理應用鉛芯橡膠支座

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鉛芯橡膠支座提高橋梁結構的抗震安全性能。鉛芯橡膠隔震支座的構成是在分層橡膠支座中加入一些鉛芯，構成一種減隔震裝置。由于鉛芯具有良好的力學性能，能夠和分層橡膠支座有效的結合起來，所以，鉛芯非常適合作為減隔震材料。除此之外，鉛芯橡膠支座的屈服剪應力相對偏低，但是初始剪切剛度相對偏高，彈塑性能較強，并且塑性循環具有較強的耐疲勞性能。正是因為鉛芯橡膠支座具備較好的屈服強度和剛度，能夠滿足隔震系統的需求，因此鉛芯橡膠支座是國內外橋梁結構隔震設計過程中廣泛應用的隔震裝置。

三、技術應用不足與應對策略

（1）問題。雖然技術應用具有諸多價值以及優勢，但在實際應用時，還存在著一定問題：a.使用規范性不足。因為該項技術在國內應用時間相對較短，受到技術方面限制，技術應用在裝置在設置方面還存在著規范性不足的問題，裝置安裝以及細節處理等還需進一步展開完善與優化;b.適用條件有限。正如上文所述，減隔震技術并不適合于所有的橋梁工程，技術使用存在一定局限，需要事先展開調研與分析;c.缺乏實際檢驗。由于技術應用環境較為特殊，在進行橋梁結構設計時，無法對減隔震裝置實施真正的地震條件檢驗，只有在地震發生時，才能清楚認識到裝置抗震性能，裝置應用較為被動。

（2）策略。為妥善解決上述問題，確保減隔震技術可以在當今橋梁工程建設中發揮出更大的作用，有關研究機構以及建設單位一方面應加強對技術的深層次研究，要在現有技術研究結構基礎上，結合實際應用問題，對技術應用以及相關裝置設備展開調整與優化，做好技術創新，確保傳統技術應用問題可以得到妥善解決，技術應用效果可以得到最佳;另一方面應構建起健全的技術應用規范，做好技術應用管理與細節處理約束。

四、結束語

在各種橋梁結構設計中，都開始廣泛應用減隔震技術，在不同的橋梁結構設計中，可以根據不同的情況采用不同的減隔震裝置。在進行具體的地震分析后，選用合適的減隔震裝置，對橋梁起到抗震保護作用。在傳統的橋梁抗震技術中，運用橋梁結構設計提高橋梁自身的抗震性能，而減隔震技術不同于傳統的橋梁抗震技術，通過加裝隔震裝置，改變地震力對橋梁的影響。

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（作者單位：安徽華電工程咨詢設計有限公司）