橋梁設計中的隔震要點分析

侯淞譯、劉潛、胡子恒

（1.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢430056；2.文華學院，湖北武漢430073）

0 引言

在自然災害中，地震是較為常見的，所以目前世界各國都非常重視工程中的防震建設，這其中就包括橋梁工程。想要切實提升橋梁工程的抗震性能，就必須重視橋梁工程設計中的隔震設計，因此對于橋梁工程設計中的隔震設計要點進行分析有著重要的意義。

1 橋梁設計過程中隔震設計的重要意義

在橋梁設計中應用正確的隔震辦法，能夠大幅度提升橋梁的抗震效果，將地震對橋梁工程帶來的傷害通過物理阻斷的方式降到最低。在近些年的橋梁工程發展過程中，西方很多國家在隔震設計與技術上取得了先進的科研成果，但中國在橋梁工程設計中的隔震技術和世界先進水平仍然存在一定的差距。因此，在隔震技術與隔震設計的應用方面，可以借鑒和吸收國外先進的技術經驗、引進先進的技術，提高我國橋梁工程整體結構的穩定性。通過在隔震設計中加入隔震支座以及減少橋梁結構不均衡配置等方式，保證橋梁結構達到理想的抗震效果。在地震過后，可以通過更換其中的隔震裝置進行橋梁工程的維護，降低后期維護的成本，有效減少地震對橋梁結構的傷害以及給社會帶來的經濟損失。橋梁支座是橋梁工程的重要組成部分，能夠承擔很大的豎向荷載，是在橋梁工程中連接橋梁上部結構與橋梁下部支柱結構的重要連接構件，能夠有效的承載和連接橋梁的上下部分結構。在橋梁工程設計中對防震技術的應用方面，除了提高橋梁結構主體的施工材料硬度，主要的隔震設計以及防震的改進方向是在于對其支座的改進。通過有效的設計，支座在水平方向上可以相對柔軟的連接上下部分結構，并增大橋梁主體在遭受地震時結構主體的振動周期，從而減小地震對橋梁工程主體的影響[1]。

2 橋梁工程隔震技術原理與設計特點

2.1 隔震技術在橋梁工程設計中的原理

隔震技術作為一種新技術，與傳統的抗震設計相比，具有成本更低且更加便捷的特點。以往傳統橋梁工程設計的防震技術是通過提高橋梁主體的強度來抵御震動帶來的傷害，現代橋梁工程中隔震設計的主要特點是在橋梁工程設計中加入了柔性裝置，可以有效減少橋梁在地面發生運動時共振的關聯性，從而減少地震中地面的振動對橋梁結構造成的巨大損壞。由于在橋梁的上下部分之間加入了柔性裝置的阻尼設計，因此能夠有效地吸收地震帶給橋梁結構的能量，地震時發生的振動通過柔性的阻尼裝置傳遞到橋梁主體結構時，已經被很大程度地減少和吸收，從而有效減少和避免了地震對橋梁工程帶來的損傷[2]。

2.2 隔震技術在橋梁設計上的應用優勢與特點

隔震技術在橋梁工程中能夠明顯的減少地震等自然災害對橋梁結構帶來的影響和損壞，有效的增加橋梁主體的使用壽命。實際應用的表現中，隔震技術的性能要遠遠高于傳統橋梁工程中的抗震技術，橋梁工程上部結構中的隔震裝置能夠有效的減少甚至避免橋梁下部結構不正常而向上的傳遞。與此同時，隔震技術在橋梁工程的應用降低了工程的建筑施工成本，對于我國道路工程建設的可持續發展具有重要意義[3]。

2.3 橋梁工程設計中隔震設計的注意事項

在橋梁工程的隔震設計之初，設計人員需要根據工程實際狀況進行現場勘察，確定此項目工程的施工地段是否適合采用隔震設計，以及在使用過程中能否可以有效的、可持續性回收地震能量。對于部分不適合隔震設計的工程不能盲目的對其增加防震措施。要保證采用隔震設計橋梁的抗震性能明顯優于沒有采用隔震設計的普通橋梁建筑。一旦發生地震，即便橋梁外觀沒有遭受到明顯的損毀，但橋梁上部結構會在地震后產生不同程度的位置偏移，這對于橋梁后期的使用功能會造成嚴重的影響，對橋梁整體結構的安全性和穩定性也會造成巨大的威脅，因此，對于橋梁工程中的隔震裝置，在地震以后需要對其進行相應的維護與保養，對受損的構件以及部位進行及時的修補與更換，以保證隔震裝置在橋梁工程設計中長久的發揮其抗震作用。在橋梁工程的隔震設計上，設計師在確保隔震裝置穩定性能的前提下，要盡可能采用簡單的結構設計，以保證橋梁工程防震裝置在后期的檢修與維護中，能夠利用更少的成本、更快捷的作業完成后期的維修與保養工作[4]。

3 橋梁工程設計中的隔震設計要點分析

3.1 隔震的優化設計

橋梁工程項目當中的隔震設計一般是由多種設計共同組建而成，在隔震技術中較為常見的是彈性反映譜法，雖然世界各地對此法的要求有所不同，但總體要求水平幾乎一致，因此在橋梁工程的隔震技術領域可以作為比較統一的設計手段。彈性反映譜法的優勢在于其計算難度相對較小，也適用于我國現階段的規范計算手段，但是在橋梁設計中的隔震領域至今還沒有一個具體的應用，所以在橋梁工程隔震設計中，如果使用彈性反應譜法開展工作，需要設計人員結合自己的設計經驗以及工程的實際狀況，進行橋梁工程整體結構的推算，對于推算的結果需要進行反復的論證和檢查，保證其滿足橋梁隔震設計的實際需求。

3.2 細部構造的隔震探析

橋梁工程大體分為上部結構、下部結構以及附屬結構，設計師在設計中尤其需要注意附屬結構的設計。附屬結構中的防落梁裝置、限位裝置以及伸縮縫等構件的協調配合能夠有效的發揮抗震作用，附屬結構的良好運行直接影響到橋梁整體工程結構的動力響應。因此，設計師在對工程的隔震設計中，不單需要考慮到隔震構件的應用，還應該對附屬結構中的內部連接進行充分的考量，保證附屬結構與主體結構之間的連接具備良好的連續性，以保證附屬結構的細部構件能夠在整體隔震裝置中發揮良好作用[5]。

3.3 遵循隔震技術原理

隔震技術指的是新型抗震形式，其中的關鍵點在于對橋梁所受到的地震損害進行降低，盡可能地避免橋梁構造受到損壞。在橋梁隔震設計中應該根據設計規律來加強構造的總體應力和變形水平，從而對橋梁抗震作用進行有效的優化。相比于傳統的技術而言，橋梁隔震設計中加入了軟性裝備的設計內容，對橋梁核心構造的要件進行強化，避免橋梁受到損壞，使得橋梁構造的可靠程度能夠得到切實的提高。

4 常見的橋梁工程隔震技術探析

在橋梁工程的隔震設計中，有高阻尼支座隔震技術、摩擦擺支座技術、滑動摩擦支座技術，其中被廣泛應用的是高阻尼支座隔震技術和摩擦擺支座技術。

4.1 高阻尼支座在橋梁隔震設計中的應用

高阻尼支座隔震的技術原理是通過采用鉛鋅橡膠支座，利用支座中的鉛芯和鋼板或橡膠和鋼板之間相互作用產生阻尼，從而對地震帶來的橋梁結構振動進行有效的化解和吸收[6]。

4.2 摩擦擺支座在橋梁隔震設計中的應用

摩擦擺支座的設計與常規制支座設計有所差別，摩擦擺支座主要是根據單擺的原理進行設計。在面對地震的振動時，橋梁的主體結構發生晃動，從而導致該處的支座限位器裝置遭到破壞，進而使橋梁的上部結構在振動的作用力下發生單擺運動。橋梁上部結構所受的水平方向的作用力由摩擦擺支座結構中的耐磨板與球冠來傳遞，摩擦擺支座結構中的耐磨板與球冠能夠有效的將橋梁結構振動產生的水平方向的力通過自身的摩擦轉變為摩擦力，并通過摩擦來增加橋梁工程自身的振動周期，以此減少地震對橋梁結構的影響。如圖1 中（a）、（b）所示。

圖1 摩擦擺支座構造圖與性能

摩擦擺支座在橋梁工程設計中發揮的作用主要是依靠單擺原理來實現，因此，如果在地震中想要讓摩擦擺發揮出理想的效果，往往需要橋梁工程上部結構具有很大的恒載。因此，摩擦擺支座在我國的使用場景中多應用于大規模、大跨徑的橋梁施工中。摩擦擺支座安裝和施工相對復雜，橋梁底部空間十分有限，因此，需要在施工前根據實際情況進行特殊的設計才能進行有效的安裝。

4.3 滑動摩擦支座在橋梁隔震設計中的應用

將傾斜的滑動軸承這種減震裝置應用到橋梁結構之中，可以有效降低橋梁在地震時橋梁主體與地面的共振，滑動摩擦支座通常是由滑動軸承構成，在地震時，滑動軸承通過滑動與摩擦有效的吸收地面帶來的振動能量，與此同時，擺錘機制也能進一步提升橋梁自身的振動周期，幫助橋梁主體進一步增加復位能力，從而達到對橋梁整體的防震目的。

5 橋梁工程設計中隔震設計的實際應用探析

5.1 彈性反應譜技術

在橋梁工程隔震設計中，彈性反應譜技術是最為常用的方法，通過這種方法，能夠簡化橋梁工程建設的運算過程，同時相關工作人員對這種方法的接受速度較快，十分符合當前橋梁建設的需求。因為橋梁的剛度各有不同，所應用的轉變運算中并沒有較為直接的運算公式。為了對橋梁構造抗震功能進行更好的理解，作為設計人員應該重視彈性反映譜技術，通過該技術來輔助進行設計方案的對比，從而實現對橋梁部署的高效率開展。隔震設計是對抗震性能進行強化的重要手段，其質量會對橋梁應對地震的能力產生直接的影響，因此作為設計人員應該在隔震設計中，重視對隔震裝備最大振幅的研究，在考慮隔震裝備振幅的情況下來選擇最為合理的手段。但是在對一些構造復雜且無規律的橋梁進行隔震設計時，需要分析橋梁結構周期，通過時程分析的方法來對隔震裝備強度進行計算，特別是彈性方面，要確保其具備足夠的彈力，從而進一步提升橋梁構造的可靠程度和穩定程度。從目前的情況來看，在橋梁隔震設計中彈性反應譜技術十分常見，究其原因是與時程方法相比較具有標準化的優勢和特點。

5.2 橋梁附加構造

為了能夠對橋梁構造體系進行優化，需要重視對橋梁附屬結構的應用，從而更好的體現出橋梁隔震設計的重要價值。例如纖維裝備、伸縮縫以及防落梁裝備等，通過了解這些結構的抗震效果，來計算出相應的抗震功效，從而更好的推動橋梁附屬結構的發展，提升橋梁整體抗震功效。根據地震災害的案例分析能夠看出，橋梁隔震設計和附屬結構細節能夠起到良好的隔震效果，具備很強的地震應對能力，同時也與地震能量接受水平有著直接的關聯。橋梁附屬結構有些像機器中的螺絲扣，如果缺少了某些螺絲扣，就會降低整個機器的可靠程度。除此之外，為了提升橋梁隔震體系的平衡度，在橋梁設計中需要對強度適中的梁體構造進行高效利用，一般可以采用混凝土板塊結構，混凝土厚度要高于5cm，確保梁體構造承載均衡，梁體可采用鋼筋混凝土的構造方式。

6 結語

在橋梁工程設計中，防震技術是保證橋梁工程質量以及使用安全的重要應用技術，隔震技術作為防震技術中的新型技術手段，其與傳統的橋梁工程防震技術相比較，具有更多的優勢，例如縮減施工成本、延長橋梁主體結構使用周期、降低橋梁工程后期維修與養護的成本、提高抗震能力等等。因此在我國橋梁工程隔震設計中，設計師要充分借鑒世界先進隔震設計經驗與手段，為我國橋梁工程設計以及道路安全保駕護航。