橋梁抗震設計與新技術應用的研究

盧旭

摘 要：文章以某橋梁工程項目實例為依托，對該橋梁抗震設計與新技術應用進行分析論述。結果表明，在工程中對橋梁結構抗震設計期間，需要對設計方案進行合理選擇，根據設計方案選取適宜的抗震技術措施，最大限度地發揮出抗震效果，確保橋梁結構的安全性和穩定性，延長使用壽命。

關鍵詞：橋梁;抗震設計;減隔震技術

地震是自然界中破壞力較強的災害之一，地震發生時，會對橋梁結構產生巨大的沖擊，為確保橋梁的穩定性，相關規范要求橋梁工程必須進行合理的抗震設計。在橋梁抗震設計中，應當選擇適宜的抗震技術措施，提高橋梁的整體抗震能力，做到小震不壞、大震不倒。

1 工程概況

某橋梁工程為城市立體交叉橋，其中主線橋全長321.55 m，采用的是預應力混凝土連續箱梁，匝道橋與主線橋的結構形式相同。該橋的下部結構為鋼混橋墩，鉆孔灌注樁基礎，樁徑1 600 mm。依據現行《JTG/T2231-01-2020公路橋梁抗震設計規范》的規定要求，城市立交項目建設中必須采取合理可行的抗震措施，確保橋梁結構在地震作用下保持穩定。

2 橋梁抗震設計與新技術應用

2.1 抗震設計方案的選擇

在本工程中，可以選用的抗震設計方案有以下兩種：一種是延性設計，另一種是減隔震設計。

2.1.1 延性方案

該抗震方案需要指定構件的某個部位屈服，同時要形成塑性鉸，這樣能夠達到降低剛度、延長周期的效果。由于塑性鉸所具備的滯回特性，可以為結構提供耗能，其作用等同于增大阻尼，橋梁抗震選擇延性設計方案，應當對如下情況加以充分考慮：任何的延性設計都會對橋墩造成一定程度的損傷，這種情況無法避免。不僅如此，當地震災害發生之后，延性橋梁的修復工作復雜程度比較高;現行規范規定，橋梁采用延性設計進行抗震時，在E1地震力作用下，必須保持彈性，這對于本工程中的橋墩提出較高的要求;在橋梁延性抗震設計中，需要將基礎按照能力保護構件進行設計，但工程造價會隨之提升，不符合經濟性的原則。

2.1.2 減隔震方案

減隔震是橋梁工程抗震設計中較為有效的技術措施之一，該抗震方案是通過設置減隔震裝置，對地震的周期進行延長，借助增大阻尼的方式，達到耗散地震作用力的目的。與延性抗震方案相比，減隔震的優勢更加明顯，具體體現在如下幾個方面：減隔震設計以加裝相關裝置的方法達到抗震的效果，不會對橋墩造成損傷，當地震災害發生后，只需要對減隔震裝置進行維修或是更換即可，過程簡單、方便;橋梁采用減隔震設計，可以使下部結構保持在彈性范圍之內，不需要對基礎進行能力保護設計，工程造價大幅度降低。綜上，經過分析，本工程決定采用減隔震方案，對橋梁進行抗震設計。

2.2 減隔震原理

在橋梁工程抗震設計中，減隔震方案在確認應用之前，要對該技術的原理加以了解和掌握，確保設計的減隔震措施更加合理可行，從而最大限度地發揮出減隔震的作用，減輕地震力對橋梁結構的破壞。減隔震的原理比較簡單，通過相應裝置的設置，對地震作用力進行分散和抵消，以此來達到減震的目的。它與汽車減震器的原理比較類似，唯一的區別在于，減隔震裝置擴散和抵消的是橫向運動產生的作用力，這樣能夠防止橋梁橫向位移超限發生失穩的情況。

2.3 減隔震裝置

目前，可用于橋梁抗震設計中的減隔震裝置有以下幾種：板式和鉛芯橡膠支座、阻尼器等。

2.3.1 板式橡膠支座

支座是橋梁減隔震設計中，應用較為廣泛的一種裝置，板式橡膠支座由兩個部分組成：一部分是薄鋼板，另一部分是橡膠片，將該制作設置在橋梁的相應部位，能夠借助橡膠與鋼板之間的緩沖作用，達到減震的效果，從而降低地震力對橋梁結構的破壞。板式橡膠支座應用時，減震效果與選用的橡膠性能關系密切，當地震災害發生時，橡膠會通過自身的變形對地震力進行抵消。實踐表明，選擇的橡膠變形速度快，且阻尼系數小時，減震效果較好，反之則會導致減震效果下降。

2.3.2 鉛芯橡膠支座

這是一種新型的橡膠支座，具體是指在普通的橡膠支座中心部位插入鉛芯，通過這種方式，使支座本身的阻尼性能得到改善，可大幅度增強抗震效果。由于鉛芯本身具有比較高的力學性能，作為支座應用時，它的屈服剪力比較低，但卻具有非常高的剪切剛度，確保了橡膠支座在橋梁抗震設計中的整體性能，地震等級不高時，鉛芯能夠直接抵消掉地震力對橋梁結構的作用。

2.3.3 阻尼器

阻尼器是一種以提供運動阻力來消耗和減少運動能量的裝置，可以通過該裝置實現吸能減震的目的。在橋梁抗震設計中，阻尼器的應用較為廣泛，該裝置本身具有極強的可塑性，確保了抗震效果的發揮。阻尼器的抗震性能良好，造價低，使用壽命長，只要設置的位置正確，便可起到抗震的作用。

2.4 減隔震裝置的選擇依據

在橋梁抗震設計中，對減隔震技術進行運用的過程中，應當對減隔震裝置進行合理選擇，以此來達到預期中的抗震效果。具體選擇時，應考慮裝置的荷載能力及復原能力。

2.4.1 荷載能力

為使減隔震裝置在橋梁結構中的抗震作用得以最大限度地發揮，必須對裝置進行合理設置，由于橋梁結構所具備的特點，使得裝置的設置及后續的裝配比較困難。不僅如此，減隔震裝置安裝后，會與橋梁結構形成一個整體，伴隨著橋梁一起服役，在這個時間相對較長。所以，選擇減隔震裝置時，應當確保所選的裝置具有良好的荷載能力。可以采用荷載測試的方法，依據橋梁的荷載要求和需要抵抗的地震等級，對減隔震裝置進行合理選擇，從而確保裝置能夠在地震災害發生時，起到應有的抗震作用，保護橋梁結構的安全性和穩定性。

2.4.2 復原能力

抵抗地震的作用力是減隔震裝置在橋梁中的主要應用目的，通過該裝置可以抵消大部分地震力，為橋梁結構的穩定性提供保障。故此，要求減隔震裝置應當具備一定的復原能力，當受到地震沖擊波作用后，能夠快速恢復原樣，這樣才能達到理想中的抗震效果。若是減隔震裝置無法復原，則會在一次地震后失效，從而增大運維成本，與經濟性原則不符。

2.5 減隔震設計要點

在橋梁減隔震設計中，為達到預期效果，可對需求設計位移進行假定，具體而言，就是對等效阻尼比與有效周期。按照下式，可以對橋梁上部結構在水平方向上的側向位移進行計算：

根據有效周期，可以對隔震橋梁的有效剛度進行推算，以橋梁的實際情況作為依據，對各個墩柱的有效剛度進行合理分配，由此可以獲得減隔震支座與墩柱之間的有效剛度。隨后由橋梁墩柱的截面，對墩柱的剛度進行計算，代入相關公式，便可求出各個墩柱上減隔震支座的有效剛度。利用上述計算得到的結果，可求出橋梁各個墩柱減隔震支座的設計位移值，據此便可完成減隔震設計。

3 結論

綜上所述，橋梁抗震設計是一項較為復雜且系統的工作，設計時應當選取適宜的抗震技術措施。減隔震作為一種新型的抗震技術，以其自身所具備的諸多特點在橋梁工程中得到廣泛應用。通過對減隔震裝置的選用，并對減隔震進行合理設計，可使其作用得以最大限度地發揮，從而提高橋梁的抗震性能。

參考文獻：

[1]劉言鳳.橋梁抗震設計方法與減隔震技術分析[J].建材發展導向，2017（7）：207-208.

[2]江輝.公路橋梁設計問題及解決措施分析[J].工程技術研究，2020（19）：199-200.

[3]任佳貝.分析公路橋梁抗震能力的措施[J].黑龍江交通科技，2020（8）：90+92.