桥梁设计中的减隔震设计解析

摘要：为了实现桥梁工程质量的提升，我们需要实现其桥梁设计系统的健全，促进其隔震设计环节的优化。本文笔者从桥梁设计中的隔震设计概述、桥梁减隔震装置介绍以及桥梁设计中的隔震设计需要注意的问题等方面对桥梁设计中的减隔震设计进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。

关键词：桥梁设计减隔震设计

中图分类号：K928文献标识码： A

前言：桥梁工程是城市现代化设施的重要组成部分,而要想充分的保证桥梁结构的整体质量,就必须做好其隔震设计的工作,我国的隔震技术的设计水平还并不成熟,因此,我们应不断的改进并且完善我国桥梁设计工作中的隔震设计,真正的提高桥梁工程的整体抗震性能,促进我国公路交通行业的良性发展。

1.桥梁设计中的隔震设计概述

1.1隔震设计的原理。作为抗震设计的一种新的形式,隔震设计工作并不是要抵抗地震的作用,而是要最大限度的减小地震的作用以起到保护桥梁各结构的效果。一般情况下,在桥梁工程的设计和施工阶段,都是通过提高桥梁的抗变形能力和整体强度来提高其抗震能力的,但是进行隔震设计就不是这样了,其最重要特别就是要加入一个柔性装置,从而减少桥梁结构与水平地面运动的关联性,当地震到来时,地面的加速度是要大于结构的反应加速度的,所以结构构件就不会受到严重的损坏。另外,桥梁设计中还采用了阻尼设计,消耗了地震带来的一部分能量,也就减少了传递到隔震结构和上部结构的作用力。

1.2隔震技术的特点。进行隔震设计的根本目的就是通过设计了这些隔震的装置来最大限度的消耗地震的能量并且延长结构构件的使用周期,进行隔震设计时,应保证设计工作的科学性和合理性,确保隔震系统的各个构件都具备足够的可塑性和弹性。在桥梁设计的过程中应用隔震技术后,由于在桥梁结构的上部会采取一定的隔震措施,那么地震后桥梁下部结构出现的超出弹性范围的问题就可能被避免,而采用了隔震技术后,一些难以修复和检查的部位也不会出现太大的非弹性变形;由于采用隔震设计的抗震性能更高,对桥梁的墩柱也就起到了保护作用,从而降低了它们的延性需求。

1.3隔震设计应遵循的原则。作为提高桥梁结构抗震性能的重要要求,只有做好了隔震设计工作,才能真正的提高桥梁的整体抗震性能,而在进行隔震设计时还要遵循以下几个原则:(1)应对桥梁项目进行实地的考察,确定随着桥梁使用时间的增长仍是可以提高地震时能量的吸收的,确定适宜进行隔震设计才可施工,否则是不可以盲目施工的;(2)进行桥梁设计时,如果确定采用了隔震措施,那么与普通的设计工作相比,采用隔震设计的桥梁的抗震性能就是要更高的;(3)在选择隔震的装置时,应选择符合桥梁结构整体抗震性能要求的并且结构较为简单的装置,并且抗震的要求一定是要在这些装置的力学性能要求的范围内的;(4)设计中安装了相应的隔震装置后,当地震来临时,上部结构就一定会产生相对的位移,那么就会影响结构的使用性能,所以,当地震结束后,应立即修补并完善隔震装置的使用性能;(5)进行隔震设计之前,还要实地的勘察桥梁的地基以及施工现场的地质环境,确保其具有较为坚实的地质条件。

2 桥梁减隔震装置介绍

2. 1 分层橡胶支座

桥梁分层橡胶支座也称为板式橡胶支座，它的基本结构由橡胶薄皮和薄钢板交叉构成，有圆形形状或者矩形形状的支座平面。在具体的桥梁抗震设计中，需要考虑分层的橡胶支座刚度以及阻尼系数。分层橡胶支座的水平刚度，为上板面和下板面发生位移时产生的水平剪力。分层的橡胶支座需要通过一定的变形来提供阻尼，阻尼和分层的橡胶支座变形速度有关。分层的橡胶支座主要材料为天然橡胶，其阻尼比为 5% ～10%。桥梁分层的橡胶支座力与位移的曲线是狭长形的，由于分层的橡胶支座提供的阻尼很少，所以在桥梁减震设计中，需要和阻尼器结合一起使用。

2. 2 滑动摩擦式支座

桥梁的滑动摩擦式支座也称作聚四氟乙烯滑板支座，它通过不锈钢以及聚四氟乙烯的摩擦系数设计而成。滑动摩擦式支座具有很小的摩擦系数，水平伸缩时可以产生很大的位移。当地震发生时，滑动摩擦式支座的上部结构发生滑动，把上部结构传递给下部结构的地震力转化为滑动摩擦式支座的最大摩擦力，通过上部结构和下部结构之间的摩擦来减低地震带来的能量。桥梁的滑动摩擦式支座的缺点是不能进行自动复位，也没有很好的可靠性及可预测性，决定了它需要与橡胶支座和阻尼器一块使用。

2. 3 刚阻尼器

桥梁设计中的刚阻尼器是通过钢材的塑性变形来降低地震带来的能量。刚阻尼器分为三种，一种是有横向加载臂的弯曲梁阻尼器，它的弯曲梁具有均匀的弯矩; 一种是悬臂的弯曲梁阻尼器，它的悬臂呈现出锥形; 还有一种是横向加载臂的阻尼器。这些刚阻尼器的共同优点是不需要特殊的设备进行制作，费用低，也很结实耐用，具有很好的抗震能力。根据相关实验资料，这些刚阻尼器可以用双线性来表示滞回曲线。在具体类型刚阻尼器的选择过程中需要根据不同的放置位置、连接结构以及产生的水平位移多少来选择。桥梁的刚阻尼器经常结合橡胶隔震支座使用，悬臂的刚阻尼器结合聚四氟乙烯支座是经常采用的组合。

2. 4 铅芯橡胶支座

桥梁的铅芯橡胶支座，需要在板式橡胶支座的中间部位压入高纯度铅芯来改善阻尼性能。高纯度铅芯力学特征良好，屈服剪力较低，可以保持在 10 MPa 左右，初始剪力刚度可达 130 MPa，高纯度铅芯良好的弹塑性性能和耐疲劳性能，可以很好地消耗地震带来的能量和提供静力负荷需要的刚度。分层橡胶支座结合铅芯形成的铅芯橡胶支座具有良好减震装置的特性，遇到地震时，铅芯屈服，铅芯刚度减少，使桥梁的结构周期加大，消耗了地震带来的能量; 遇到较低水平力时，高纯度钢芯可以保持较高初始刚度，发生很小的形变。

3 桥梁设计中的隔震设计需要注意的问题

为了协调基础隔震桥梁的基部体积，在建造有隔震功能的桥梁时，和普通的桥梁一样，让基础隔震结构的下部结构与地基直接结合，在隔震层下再做一些抗震措施。即在设计桥梁的隔震结构时，需要注意保持桥梁结构和隔震层平移一致，然后设计成水平缝，还要注重桥梁美感。在布置隔震装置时要做到:

① 隔震层的水平刚度要适应水平方向的地面震动的影响。不管桥梁遇到强风状况，还是遇到剧烈的地面震动，桥梁的隔震层都要保持足够的刚度，可以发生柔软性的变形。

② 水平刚度中心位置与隔震层上部结构保持重心一致，防止两者之间发生偏差。

③ 根据隔震装置的竖向刚度，设计好隔震装置竖向承载的效果，使隔震装置的竖向水平移动值可以在一定的范围内波动。

④ 在隔震装置设备水平变形能力的基础上，还要加大其竖向的承受能力，只有这样，才能在桥梁遇到强烈的地面震动时具有强大的桥梁隔震效果，使桥梁可以保持坚固，避免桥梁受到地面震动的影响而倒塌。

⑤ 保持桥梁隔震装置的自动复位功能，在桥梁经受了强烈的地面震动后，可以在一定程度上还原到原来的位置，也能防止余震的影响。

⑥ 设置好隔震装置的阻尼，使之保持一定的稳定性，削弱桥梁受到承载力以及温差的影响。

⑦ 保持桥梁隔震装置的耐久性，可以让隔震装置在桥梁的使用年限内发挥出较高的隔震效果，此外还要注意隔震装置的抗老化性、抗变异性以及抗劳损性。例如，某桥梁内采用了隔震技术，用橡胶垫叠层来构成桥梁的隔震装置，在模拟地面震动的作用下，有关人员计算出了该桥梁的剪力地震效果，得出隔震结构大大延长了第一抗震周期，延长后的第一抗震周期差不多是原来的 4 倍; 桥梁的隔震结构振型参与指数很大; 桥梁隔震结构的层间位移以及地震潜力和原来相比明显减小。

4 结语

桥梁减隔震设计是现代桥梁工程的重要组成部分，虽然我国桥梁的隔震设计和西方发达国家相比还有一些差距，但可以借助于以往国内外桥梁隔震技术的设计经验，提高我国桥梁隔震设计的水平，为我国交通线的畅通提供保障。

参考文献

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