隔震设计对桥梁设计的重要性

【摘要】随着我国城市交通事业迅猛发展，桥梁工程的地位也在日益提高。而作为桥梁建设的关键，桥梁的隔震设计就显得尤为重要，它在桥梁的隔震性能上有着不可取代的地位。桥梁作为现代城市化建设过程中的作为危机管理系统的核心组成部分，具有很强的社会公共性。而隔震性能桥梁作为危机管理系统的重要构成部分，能够有效地降低经济损失，对于保障国民经济安全有着积极的意义。本文从隔震设计概念、特征及原理出发，对隔震技术在桥梁设计与施工中的运用进行深入探讨，以期为桥梁设计提供一定的参考。

【关键词】桥梁设计；隔震设计

引言

随着社会经济的发展与进步，桥梁作为城市交通运输的重要通道，已然成为城市发展不可缺少的一部分，在很大程度上满足了社会发展的需求。作为现代城市发展过程中的重要基础设施，桥梁具有极强的社会公共性，但其建设所需的资金较大，后期的运营维护也较为困难。而在桥梁设计过程中，隔震设计起着巨大的作用，它是提高桥梁使用性能的关键因素之一。桥梁设计作为桥梁建设的依据，一旦存在不合理因素，将会给桥梁项目带来极大的安全隐患，造成难以估量的损失，而其设计中又以隔震设计为重，在桥梁建设过程中，只有利用科学的隔震设计和有效的隔震技术，将桥梁的隔震效果发挥出来，才能有效地减少地震后的损失。才能真正确保桥梁的安全性与稳定性，因此对如何强化桥梁隔震设计的运用探讨，具有很强的现实意义。

1桥梁隔震设计的必要性

在我国地震灾害中桥梁损害严重，据资料显示在2008年的汶川地震中汶川1657座公路桥梁中47.3%的桥梁受不同程度的损害，其中1.6%的桥梁已经完全损毁，6.6%的桥梁被严重破坏，9.0%的桥梁受地震中等破坏，26.5%的桥梁出现轻微损坏，甚至在重灾地区桥梁损害数高达88.4%，从而造成极大的经济损失以及严重影响灾区群众的生活。如图1~2均为汶川地震中桥梁的损害图，看到这两张令人触目惊心的桥梁损害图，我们不得不反思我们桥梁防震设计的缺陷，如果防震设计做到设防标准高，材料质量合格，抗震构造设计细节完善，我们将能达到保证桥梁在中等地震中可以维修，在大型地震不倒的设防目标。总之，为了减少在地震中桥梁的受损程度，以期将地震伤害减少到最低，对于桥梁的隔震设计非常有必要。

2隔震设计概述

2.1隔震设计的作用原理

通常情况下的隔震设计与隔震技术应用，其本质也就是建筑工程中抗震方式不断创新与发展的一种新形式以及新趋势，隔震设计的最根本作用也就是可以通过显著减少而并不是抵抗地震的强大作用力来起到确保桥梁的主体结构不受到损害、桥梁主体的抗震性能得到显著增强的效果。在一般情况下，国内桥梁建筑在设计与真正施工过程中，需要真正提高与改善桥梁主体的抗震性能，那么其中最常见的方法多是通过改善与提高桥梁主体结构的整体强度以及变形能力而实现的。相比之下，桥梁主体的隔震设计与隔震技术应用主要特点就在于，可以引入了一些柔性装置与防震设计，这样做就可以确保该桥梁的关键结构构件能够和水平地面运动于一定程度上的联系性减少，最终确保桥梁的重要构件在地震发生之后不会出现破坏性损伤，保证桥梁结构的反应加速度可以比地面的反应加速度小。与此同时，因为采用了相应的阻尼设计与隔震技术，那么将大大地将地震造成的负面能量得到有效地消耗，在地震产生的能量传递至桥梁主体上部及其隔震结构上时，其负面作用力已经被大大较低，具体如图3.

2.2隔震技术的主要特点

隔震技术与防震技术在桥梁建筑抗震设计中的具体应用，其根本目的就是为了科学运用这些隔震设备以达到延长桥梁结构实用周期、消耗地震强大能量以及有效降低地震之后桥梁的结构毁坏与变化的能效。那么在实践中对桥梁建筑进行隔震设计过程中，最为重要与关键的要素就是需要具有科学、合理的设计方案，使有关的抗震系统组建可以具有非常强的弹性以及可塑性。那么隔震技术与防震设计在桥梁设计过程中的具体采用，一方面能够起到有效减少桥梁工程造价的目的，还可以同时提高桥梁建筑工程的功能效果，因此其通常要比传统的桥梁抗震设计的抗震效果更高，能够显著地保护桥梁主体与基础墩柱，从而实现了科学降低桥梁墩柱延性要求的作用以及目的；而另一方面，桥梁结构中的隔震措施科学应用也能够显著地减少、彻底消除在地震之后桥梁的组织体超出其弹性范围的严重问题，同时对于另外一些在地震发生后很难加以检查或者是修复的结构，应用隔震设计后还能够有效避免在相应部位发生比较严重的非弹性变形问题。

3隔震设计的实现

3.1设计原则

我国桥梁隔震设计原则是：①小震不破坏或者轻微破坏，震后能确保正常的使用，且整体结构仍为弹性状态；②中震后有些许破坏，但是修补后，短期之内能正常使用，整体结构为非弹性状态；③大震后产生较大破坏，但整体结构未发生垮塌，经维修后可适当通行，而整体结构处于弹塑性状态。

3.2适用标准根据隔震设计的作用原理

可以知道，桥梁上部结构自身振动的周期相对较短，桥基条件良好的桥梁工程可应用该项技术。所以，依照国家标准隔震设计适用高度不得超过40m，桥梁结构和刚度需要根据高度变化均匀式分布，未产生隔震时周期应在1.0s以下，可按照以下数据测算：（1）钢筋混凝土钢架T1=0.075×H3/4S；（2）钢筋混凝土隔震墙T1=0.05×H3/4S。如果桥梁工程设计较为复杂，则应创建比例模型来进行科学测算。另外，包括风力影响在内的因素产生的负荷应控制10%桥梁重力内。3.3隔震装置的设计3.3.1隔震支座的布设桥梁隔震设计一般使用橡胶质支座，在布设过程中应尽量保持相互一致性，以降低扭转力的影响。具体而言，隔震支座间应控制在2m内，同时还应实现隔震系统的刚度中心和桥梁上部结构的重心保持契合，以减少扭转力。3.3.2隔震支座的直径通常情况下，桥梁隔震设计中的隔震支座竖向力应控制在容许值之内，以确定支座的大小。容许值和桥梁类型存在密切关系，甲类为10MPa、乙类为12MPa、丙类为15MPa，以确保支座不会发生扭曲损坏。

3.4桥梁上部结构的设计

（1）隔震系统的顶部板：为确保桥梁隔震系统的整体协调性，顶部应采用刚度合理的梁体。可采取浇筑或整体装配型混凝土板块。浇筑梁板的厚度应在14cm以上；如采用整体装配式梁体，浇筑层的厚度应在5cm以上，以确保横竖结构梁体的荷载协调平衡。隔震支座上的横竖梁体应采用浇筑钢筋混凝土结构。另外，还应考虑桥墩体的冲切和局部受压问题，根据需要设立钢筋网。（2）相关系数和效用力的计算：所谓减震系数，就是在地震影响下，桥梁结构隔震与未实施隔震状态下层次间产生的最大剪力比，这也是隔震效果的直接体现，其计算公式如下：是桥梁结构隔震和未实施隔震状态第i层的剪力。隔震设计需要多于未实施隔震实际0.6个烈度，以作安全性能的储备。在对隔震系统的总地震作用进行分析时，水平向地震影响数最大值取未实施隔震时的水平地震影响系数最大值与水平向减震系数的乘积，但总水平向地震作用不得低于未实施隔震时的Ⅵ度设防值。

3.5隔离系统下部结构的设计

一般而言，我国桥梁下部结构包括桥墩、桥基及相关配套工程等。在设计操作中，应需要对此方面进行系统全面的测算，可通过垂直向力、水平向力等作用力进行测验。桥梁地基隔震和相关处理均需要按照区域要求设计标准的隔震级别。

4隔震设计在桥梁设计和施工的具体运用

4.1桥梁设计中的隔震技术应用案例

桥梁为变高度等宽预应力的混凝土连续梁桥，全长为186m。所以采用50m+86m+50m的结构进行布局设计，支点梁高为4.8m，跨中梁高为2.2m。箱梁的构建采用的是等宽预应力C50直腹板单箱四室的混凝土结构，箱梁底板的构建厚度在0.25~0.8m范围内，底宽为19.3m，设计宽度为24.3m，利用1.5m的C30钢筋混凝土作为构建主墩的群桩嵌岩基础，主墩采用花瓶形墙式墩身，桥梁中的相关设计均是通过计算机软件三维弹性梁单元模拟结构进构建，其构建内容具体有桥墩、承台、主梁。桥梁如果利用该模型进行构建，一般都具有一定的恢复力与缓解力。峰值的加速度在发生地震时将会达到0.05~0.2858之间，振型阻尼保持在0.05，通过非线性时程进行分析。

4.2隔震系统的设计

要实现良好隔震目标，首先必须确保隔震系统的设计质量。科学的隔震系统的设计应满足一定刚度要求和具备量化消散地震影响力的标准，可应用隔震设计来减少桥梁结构的惯性影响。因此，必须设计和生产出性能稳定、可靠的阻尼器和相关配套器材。一般而言，采取弹性反应谱法设计的隔震系统需要不断改进和优化，在具体设计中，要科学控制隔震系统的力学效应。

4.3细部构造的设计

桥梁主体结构上的相关附属结构在桥梁整体的隔震设计中，一样发挥着非常显著的作用，这些桥梁结构的附属物与其构件具体包括：桥梁限位装置、桥梁伸缩缝、桥梁防落梁设备等，通过对其诸多的震害调查进行分析后了解到，这些桥梁附属性的细部构造同样是严重影响着桥梁结构整体稳定性与隔震效果的核心方面。但是现阶段普遍存在的隐患问题则是，绝大多数的桥梁隔震设计人员通常会忽略这些细部构造的技术运用、设计方案、将其放置于次要的地位上，另外一点，也是因为在地震动力响应中计算该附属结构的计算手段与分析过于复杂导致的。因此在桥梁设计时，应该确保在细部构件的设计过程中具备非良好的稳定性与连续性。

5结束语

总而言之，桥梁建筑与设计中的隔震设计与防震技术是有效提高桥梁主体质量的关键环节。因此，必须提升对于桥梁设计中隔震设计的研究力度，吸收和借鉴国外的一些技术经验，并结合工程实践经验，对桥梁设计中的隔震设计进行不断的改进与完善，提高桥梁的隔震性能，以实现优化我国的桥梁隔震技术的目的。

参考文献

[1]丁一山.关于桥梁设计中隔震设计应用的一些看法[J].江西建材，2014（27）：68~70.

[2]张宗爱．浅论桥梁设计中隔震设计的重要性[J].黑龙江科技信息，2013，14（05）：173.

[3]杨大林.浅论桥梁设计中隔震设计的重要性[J].科技创业家，2013.

作者：何雄 单位：广东省建科建筑设计院有限公司