橋梁抗震設計關鍵點與減隔震技術的應用研究

賈小飛

深圳市城市交通規劃設計研究中心有限公司 廣東 深圳 518000

隨著我國經濟社會的迅猛發展，橋梁工程的建設頻率和建設規模顯著提升，在此期間橋梁的抗震設計始終是重中之重，特別是對于很多處于地震帶的橋梁建設工程而言，在進行工程規劃與前期勘察時要充分考慮地震的元素，有針對性地做好橋梁抗震設計，采取更高水平的減隔震技術，因此本文針對橋梁抗震設計關鍵點與減隔震技術的應用進行研究有重要的意義和價值。

1 橋梁工程中減隔震技術概述

1.1 減隔震技術原理

在橋梁工程中應用減隔震技術，主要原理在于通過阻尼器設備、減震支座等將橋梁結構內部的內能量進行有效消除，以進一步規避震動因素所帶來的能量影響，避免對橋梁整體結構造成撼動。在進行橋梁工程結構設計與規劃時需要由專業人員進行全面的抗震設計，其中應用減隔震技術能夠有效提高橋梁工程的質量水平，選取最佳設計模式，避免地震因素所帶來的結構影響和破壞問題。應用減隔震技術時最關鍵元素在于應用柔性裝置設備，以進一步保證橋梁工程內部結構部件的穩定性和安全性，也可以在現有的減隔震技術中應用阻尼設計元素，以進一步減少和消耗地震所帶來的能量。

1.2 減隔震技術特征

在橋梁抗震設計中應用減隔震技術的最主要目標在于減少和消耗地震所帶來的能量，其中應用減隔震設備能夠進一步延長橋梁工程整體結構的周期性，減少地震給主體結構造成的損傷，因此應用減隔震技術設計方法需要充分保證抗震設計的科學性和有效性，提高橋梁整體抗震系統的穩定性，從而進一步降低橋梁工程的建設與施工成本。除此之外應用良好的抗震設計手法，可以在常規類型的設計要素之外，對橋梁主體結構進行全面的維護與保障[1]。

2 橋梁震害的主要發生原因

對于橋梁而言，所發生的震感主要指的是在地震的影響和作用之下發生的病害或損壞問題，為了進一步提高橋梁抗震設計整體水平需要深入探索，橋梁震害的主要發生原因，并有針對性的提高抗震設計的合理性。首先地震災害影響下會導致一定的位移情況，進而引發橋梁上部結構的可活動節點發生損壞或脫落問題，對于很多拱橋而言，在地震位移作用的影響之下是拱上建筑部位和腹拱區域更容易出現損壞情況，而拱角位置也會引發裂縫問題，造成橋梁整體的變形和突起。

其次，在地震的作用之下，橋梁的地基也會產生一定的液化問題，進一步導致地震位移影響效果增強，橋梁整體結構的振動反應被不斷放大，進而引發不良的安全隱患問題。很多橋梁采用的基礎為排架樁，此類結構會在一定程度上降低樁基的承載力，在地震發生時會出現不同方向的位移問題。另一方面，如果橋梁所處地基相對較軟，也會在地震發生作用的影響之下產生液化或失效問題，繼而引發橋梁上部結構的傾斜變形和結構損壞。

最后，受到橋梁下部結構的影響，在地震作用下，其自身慣例會不斷增強支座，傳導地震力引發下部結構的開裂和時效變形，逐漸導致橋梁整體的傾覆?，F如今我國針對地震水平劃分為三種類型，對于橋梁的抗震設計也需要充分考慮不同的地震水平和反應，如果針對地震較多的條件要確保橋梁結構的彈性反應狀態；而在中等地震條件下，允許橋梁抗震結構的部分構件有一定的塑性變形，但是也要在最大變形允許的范圍之內；如果出現了罕見的地震，橋梁結構會出現彈塑性變形循環，甚至會超出橋梁原有結構的容許變形范圍。

3 橋梁抗震設計理念及要素

3.1 抗震概念設計

與其他自然災害類似，地震的發生和出現有較強的不確定性，無法充分應用現代化觀測模式和結構計算模型進行分析與研討，這也導致了在進行橋梁抗震設計的過程中，難以充分考慮地震等多發性因素對于橋梁結構抗震性的控制與影響。對于橋梁整體結構而言，其抗震性能在一定程度上會取決于概念化設計，因此進行橋梁方案規劃設計時，要避免僅僅按照結合分析結果的形式確定橋梁設計與規劃方案，同時要充分考慮橋梁所處區域以及整體結構的抗震性能，選擇更加適合的抗震體系和抗震結構。在開展抗震的概念化設計時，需要充分考慮橋梁上下兩部分結構的連接性，避免出現上下結構連接不當而在地震發生中出現位移或結構損壞情況，做好橋墩的選擇以及過渡孔位的連接與規劃。除此之外，需要在概念設計過程中著重提高橋梁抗震的良好效果，根據不同的地震災害影響程度進行動力特性分析，全面評估橋梁在地震狀態下的反應，明確抗震的薄弱部位，同時針對此類薄弱部位進行有針對性的改造，例如增加配件或在此進行構造的結構升級，以充分彌補橋梁薄弱部位的抗震效果，通過概念化設計能夠切實提高結果分析能力和水平，對橋梁的整體抗震性能進行更加全面的評估與分析。

3.2 延性抗震設計

延性抗震設計主要根據橋梁鋼筋混凝土框架等影響，延性抗震橋梁結構會產生彈塑性破壞，因此延性抗震設計理念可以通過地震力修正系數對反應譜加速度進行合理有效調整，同時根據橋梁不同類型結構有針對性的提出橋梁延性設計相關要求，以進一步獲得設計地震力[2]。

3.3 性能抗震設計

橋梁的性能抗震設計主要以橋梁的整體性能作為基礎，從整體的角度進行抗震化設計，通過前期的規劃和設計，確保橋梁的結構與性能，能夠在地震的影響作用之后依然能夠達到前期的結構性能目標。應用性能抗震設計之后，即使受到地震的影響與沖擊，橋梁原有結構所發生的破損和位移狀態都需要在允許的范圍之內，此種形式能夠進一步保證橋梁結構的功能性，因此性能抗震設計理念能夠將原有的設計目標進行充分量化，將抗震設計保障轉變為結構性能的最大延續，通過更有針對性的設計與規劃方法，全面提升橋梁抗震設計以及安全保障作用。在進行性能抗震設計時，要充分考慮地震危險源，需要根據所處區域的地震發生機遇等進行科學定義，同時根據地震作用之后，橋梁結構所受到的損傷和性能情況進行合理預估，繼而確定更加適合的設計方法。

4 橋梁抗震設計關鍵點與減隔震技術應用分析

4.1 鉛芯橡膠支座裝置

如圖1所示，鉛芯橡膠支座需要應用高純度的鉛芯，將鉛芯壓入天然橡膠板之中，并應用鋼片進行阻隔，進一步發揮鉛芯橡膠支座的阻尼性質和作用。在鉛芯橡膠支座裝置的彈性角度來看，其整體屈服剪力相對較低，但是力學性能更好，在不同程度的地震影響和狀態之下，都能有效提高和發揮力學性能。因此可以在橋梁抗震設計和減隔震技術中，積極應用鉛芯橡膠支座裝置，以進一步提高減隔震性能，但要特別注意，如果出現水平力相對較低的問題，那么其相應的初始性會更高，鉛芯橡膠支座的變形程度會逐漸降低，因此出現地震災害之后，所加入的鉛芯橡膠支座變形程度也會越小。

圖1 鉛芯橡膠支座裝置示意圖

4.2 高阻尼橡膠支座

高阻尼橡膠支座主要應用塑料纖維配和其他類別的添加劑，以進一步生產出阻尼性質更高的裝置，例如粘滯阻尼器（圖2），在應用此類裝置時，能夠進一步降低地震所引發的地震波能量，但是裝置在作用時也會在一定程度上發生發熱的問題。以粘滯阻尼器為例，此類阻尼器在減隔震裝置中為耗能型裝置，需要應用可壓縮硅油等液體的黏性作用，提高阻尼效果，對地震所帶來的震動力進行消耗和減少，當地震的震動力發生作用之后，粘滯阻尼器活塞會產生相對性運動，繼而產生阻尼力，而震動力作用也會被逐漸消耗，進而起到減震的作用，可以在橋梁結構設計規劃中將粘滯阻尼器安裝于地塔梁之中能夠有效減少橋墩變形問題，切實提高橋梁整體結構的穩定性效果。

圖2 粘滯阻尼器示意圖

4.3 充分明確減隔震技術的應用適用條件

在進行橋梁抗震設計時，應用減隔震技術要充分考慮減隔震技術的適用條件，此類技術需要應用于軟土地基之內，針對此類區域進行施工和橋梁建設時會在一定程度上影響側向高度，并在原有施工周期的基礎上進行延長，但是采取此種類型的減隔震技術能夠有效減少地震發生以及影響作用之下，橋梁結構出現的大規模坍塌問題。如果在橋梁規劃設計時所應用的橋墩剛性較大，那么則可以對減隔震技術進行更加靈活有效的應用，進一步減少地震的負面影響和對橋梁整體結構造成的負面侵害[3]。

4.4 提高減隔震裝置的性能效果

在應用減隔震裝置時，首先需要確保減隔震裝置的柔軟度效果，在此基礎上進一步延長橋梁整體結構的使用壽命，減隔震裝置的作用在于將地震的能量進行分散和阻隔，有效降低地震災害的影響。除此之外，可以應用能耗裝置或阻尼裝置進行操作，既保障了橋梁整體結構的科學性，也能避免對橋梁造成負面影響，除此之外，減隔震裝置要有更好的區分度和高度，避免出現減隔震裝置的有害性震動問題。在減隔震裝置的應用與設計過程中，可以將地震能量的分散作用和能耗標準作為首要位置，而現有裝置結構的應用周期可以放在次要位置，因此可以優先選擇質量適應性更強的結構類型，確保減隔震需求。如果橋梁建設區域地震災害頻發，橋梁規劃設計水平層次不一，可以適當增加減震裝置應用，強化豎向荷載支撐能力，提高水平線剛度；但是如果此類橋梁所處區域存在大風問題，也會導致減隔震裝置出現有害震動，導致現有的橋梁結構受損。除此之外，如果外界溫度一再升高，與橋梁內部結構溫差過大，會導致結構上部支架出現變形，因此在應用減隔震裝置時需要其具有一定的復原功效，避免受到內外溫差的影響，充分發揮減隔震裝置的作用。

4.5 科學合理的選擇地基和施工材料

開展橋梁抗震設計積極應用減隔震技術，不僅需要擁有多種元素的抗震理念，同樣也要在抗震的基礎上著重提高橋梁的規劃與設計水平，因此需要針對現有的橋梁，合理選擇地基，確保地基的承載力高度以及整體布局情況，有效保障人身安全以及橋梁的穩定性[4]。如果現有橋梁工程的建設區域位于地質條件相對危險的地區，可以對地質災害情況進行全面的規避，以減少災害問題對橋梁造成的不利影響，除此之外也要嚴格按照國家相關標準要求，選擇地質相對均勻的土層或巖層，在具體施工和方案設計之前，需要對橋梁工程所處區域進行全面的檢測與勘察，特別是針對現有地區的土質結構、地下水情況進行精確的分析，并針對現有橋梁規劃設計和抗震設計的可行性報告進行全面的審核與校對。最后在選擇橋梁施工建設材料時，要根據所處地區的實際情況，優先選擇抗彎曲力更強，承載能力更高的材料，同時也可以在現有結構的基礎上合理選擇三角結構，此類結構的穩定性更高，能夠充分體現橋梁工程的防震性效果，與此同時可以進一步設置抗震防線，對內部結構進行一定的抗震保護，避免橋梁出現坍塌問題。

5 結論

總而言之，橋梁工程建設與各地區經濟發展緊密聯系，同樣也是城市發展和國民出行的重要基礎之一為了最大程度上減少地震對橋梁結構造成的負面影響，本文深入研究與探討了橋梁抗震設計的關鍵點與減隔震技術的應用，希望能夠不斷提高我國現有橋梁工程的設計水平，推動橋梁工程施工建設的可持續發展。