桥梁减隔震设计研究

摘要：桥梁隔震，即隔离地震。在桥梁建筑或地基中设置控制结构，起到隔离由地面震动带来的巨大能量的作用，使桥梁建筑实际受到的震动较小，减少了地面震动巨大能量的传输，保障桥梁建筑的安全。桥梁设计中的减震设计能够减少上下部结构的震动反应，它是利用减震层上部和橡胶支座组合成耗能器，来吸收地面震动带来的巨大能量，保障了桥梁建筑的安全。本文主要对桥梁减隔震设计进行了研究分析。

关键词：桥梁；减隔震设计；特点；原则；注意问题

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：

引言

桥梁支座作为桥梁结构受力的关键构件，不仅承担着传递上部结构荷载至墩台，适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素的作用，同时还确保了上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。近年来，随着社会经济水平的提高，抗震减灾工程不断受到重视，作为上、下部结构传力核心的桥梁支座也开始承担起减隔震的功能。

一、桥梁减隔震设计的机理与设计特点

减隔震桥梁设计就是通过隔震装置、耗能机理和其它构件的共同作用来抵抗预期的地震，使桥梁满足预期的避震性能目标。明确桥梁隔震性能在不同强度的地震作用下的性能目标，以桥梁隔震结构预期的性能和构件在抗震中所起作用为基础，设计人员要根据结构预期的性能目标，表述隔震设计的结构在不同等级和强度的地震下具体工作方式。在抵抗地震力的过程中，各个结构层逐层以损害弱化地震力的传导路径、耗能组织结构，使地震力惯性顺利的传递到隔震装置下部的结构和基础，而且在整个避震过程中避震装置的结构性能具有延性。

减隔震支座设计通过合理安放支座为桥梁提供水平方向上的柔性支撑，增强桥梁结构在水平方向的稳定性，并利用阻尼装置增强整个桥梁结构的阻尼效应。通过对设计反应谱的分析，可以得知当系统周期增长时，设计荷载相应减少，地震作用也会随之减少。因此，桥梁减隔震支座设计需要以增长系统固有周期后的耗能能力衡量减震隔震性能，并考虑减隔震支座应用后是否对桥梁的桥面与下部结构产生不利的效应而影响桥梁的正常使用。

二、桥梁隔震设计的原则

对于桥梁是否宜采用隔震技术，应以其固有周期增长后系统能否提高地震时的能量吸收能力为判据。同时，使用减隔震装置后的桥梁，应使上部结构与包括周围地基的下部结构间不产生有害的招联振动效应。在桥梁设计中拟采用减隔震装置时；上部结构在地震时所产生的相对位移，不应对桥梁的使用功能产生影响；采用隔震措施的桥梁的抗震性能，应不低于其由常规抗震设计所得到的抗震性能；采用隔震措施的桥梁的基础周围地基；应具有较坚实的场地条件，对软弱地基土情形桥梁，不宜采用隔震设计；应尽可能选择结构简单，又具有所需隔震性能的隔震装置，并应在其力学性能明确的范围内使用。

三、减隔震技术的应用

桥梁结构设计人员只有有效的应用这些减隔震技术才能提高桥梁抗震的安全性能。因此，桥梁结构设计人员在桥梁结构设计过程中应该合理的运用减隔震技术，从而保证桥梁结构的抗震性能。

1、粘滞阻尼器

桥梁结构设计人员在设计桥梁结构过程中应该充分考虑到如何有效的应用粘滞阻尼器提高桥梁结构的抗震安全性能。粘滞阻尼器具有其独特的优势，首先弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置的屈服力或者摩擦力是常值，在桥墩发生最大变形时，屈服力或者摩擦力常值会同时达到。但是，当阻尼器的参数为1时，会使桥墩变形最大化，阻尼力反而是最小值，当阻尼器的参数为零时，粘滞阻尼器的阻尼力会达到最大值，桥墩的变形最小。其次，是在温度发生改变的情况下，弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由变形；在粘滞阻尼器发展蠕变的情况下，产生的抗震力几乎为零，因此，应用粘滞阻尼力是不会影响桥梁结构的使用功能。应用粘滞阻尼器在桥梁中，一般都会将粘滞阻尼器设置在塔梁中间，加劲梁和桥边墩中间或者加劲梁和辅助墩中间的位置。例如，在我国重庆峨公岩大桥是首先应用粘滞阻尼器，并且将粘滞阻尼器设置在纵向加劲梁和桥台之间的伸缩逢中。由此可见，合理的应用粘滞阻尼器对于提高桥梁抗震安全性能具有重要作用。

2、摆式滑动摩擦支座

桥梁结构设计人员在设计桥梁结构过程中应该充分考虑到如何有效的应用摆式滑动摩擦支座提高桥梁结构的抗震安全性能。摆式滑动摩擦支座主要是将滑动摩擦支座和钟摆概念有效的结合起来，从而有效的构成一种减隔震装置，由于摆式滑动摩擦支座的滑动面是个曲面，通过曲面滑动摩擦尽可能的消耗地震能量，为桥梁结构自重提供必要的自复位能量，从而有效的利用钟摆机理延长桥梁结构的振动周期。由于地震位移大小以及球面曲率半径会影响到摆式滑动摩擦支座的平面尺寸，因此摆式滑动摩擦支座的平面尺寸相对较大。例如在我国苏通大桥引桥和上海长江大桥引桥上面都应用了摆式滑动摩擦支座，能够有效的提高桥梁结构的抗震安全性能。

3、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10MPa左右，初始剪力刚度可达130MPa，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。

四、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，可以发生柔性的变形。

（2）在隔震装置具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。

（3）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。

（4）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。

结束语

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

［1］郑晓龙，胡京涛，雷建胜.减隔震支座在铁路桥梁上的应用探索［J］.铁道建筑技术，2010.

［2］韦虹.国内外铁路桥梁抗震设计比较［J］.山西建筑，2011.

［3］郑国栋，李校兵.不同方法对某桥梁抗震分析的影响比较［J］.公路，2010.