解析橋梁結構設計中減隔震技術的應用

彭德秀

(貴州省交通職業技術學校)

1 橋梁結構設計中減隔震裝置的類型

1.1 粘滯阻尼器

粘滯阻尼器通過耗能裝置消耗地震能量的一種，粘滯阻尼器的工作原理是利用活塞運動前后的壓力差異，迫使粘滯流體通過節流孔，在這個過程中產生耗能和阻尼力。

粘滯阻尼器有著與其他減隔震裝置不同的特征。第一，摩擦阻尼裝置、彈塑性阻尼裝置的摩擦力或者屈服力是常數值，這些值會在墩最大變形時同時達到。而在應用了粘滯阻尼器裝置后，如果阻尼器參數為1 時，由于反力與速度成比例，故橋墩達到最大變形的情況下，相反粘滯阻尼器的阻尼力是最小的，其數值接近于零;而如果橋墩的變形速度達到最大，粘滯阻尼器阻尼也會達到最大，這種情況下橋墩的變形最小，并且內力也是最小的，由此可以看出，粘滯阻尼器在增加橋墩的受力上并不顯著;第二，如果是由于穩定變化導致的變形作用，彈塑性阻尼裝置和摩擦阻尼裝置要自由變形，必須要先克服彈塑性阻尼裝置的摩擦力和屈服力。粘滯阻尼器在蠕變變形過程中，其產生的抗力幾乎為零，因此，在橋梁結構中引入粘滯阻尼器不會影響橋梁的正常使用。

因為粘滯阻尼器阻尼力的產生與溫度與速度有著密切的聯系，并且粘滯阻尼器有方向性，在應用時要充分考慮其特點。

1.2 鉛芯橡膠支座

鉛芯橡膠支座屬于在延長結構周期的同時消耗地震能量。鉛芯橡膠支座有著分層橡膠，并把一個或若干個鉛芯插入到分層橡膠中，如此一來就形成了緊湊的減隔震裝置。鉛芯的力學特性良好，并且能與分層橡膠支座緊密結合，其彈塑性能良好，而且耐疲勞性能也很好，所以鉛芯很適合做為減隔震材料。鉛芯橡膠支座的這些特性能提供地震中所需要的耗能，同時也能滿足正常使用過程中所需要的剛度和屈服強度，因此在橋梁結構抗震設計中廣泛應用。

2 減隔震裝置存在的問題

橋梁結構設計師應該分析結構預期的性能，并且考慮到不同標準的地震作用中這些橋梁結構的作用情況。這要求橋梁結構設計人員深入了解地震與橋梁結構的關系，通過合理的設計來解決橋梁抗震性能的問題。所以，在進行減隔震技術應用時，要保證地震作用下，減隔震裝置能對橋梁起到良好的保護作用，要求橋梁結構設計人員能全面掌握橋梁結構體系抗震傳力的路徑，主動橋梁結構細節構造的設計。目前我國還缺乏橋梁結構設計中減隔震技術應用的經驗，如果設計不合理，有可能使減隔震裝置達不到預期的效果，甚至還會產生危害。

3 減隔震技術在橋梁結構設計中的實際應用

在日本，減隔震技術首先應用于宮川大橋。日本宮川大橋建造于1991年，采用的是三跨連續的梁橋，主梁結構是鋼板型，橋墩設計為墻式墩，其墩高為1 km，橋梁施工的土質是堅硬的場地土，其采用的減隔震裝置為鉛芯橡膠支座。

宮川大橋在沒有使用減隔震設計時，假定所有支座都是鉸接的情況下，其順橋向的基本周期為0.3 s，而進行鉛芯橡膠支座減隔震設計之后，宮川大橋在第一水準地震作用中，其順橋向基本周期提高為0.8 s，在第二水準地震作用中，基本周期為1.0 s，鉛芯橡膠支座減隔震裝置的設計，在地震作用中，順橋向基本周期都有顯著的延長，從而使地震傳入到橋梁結構中的能量減弱。同時，加入鉛芯橡膠支座減隔震裝置，能很好地將37.5%和12.5%的地震總慣性力合理地分配到橋臺與橋墩中。

針對宮川大橋自身剛度比較大的梁式橋梁來說，會受到較大的地震荷載。對其進行減隔震技術設計，可以很好的降低橋梁整體結構受到的地震荷載，還可以對支座的剛度、鉛芯放置的位置、尺寸進行調整，更有效地對地震力進行分配，調整地震力避開延性或強度不足的構件。

對于不同的震波、不同的場地，減隔震支座有著不同的減震效果。第一種情況，下，對于鉛芯橡膠支座而言，可以適用于大多數場地類型，抗震的效果比較好，其前提條件是結構基本周期在1.25 s 以內。但如果地震波為脈沖型，或者施工場地比較軟的時候，如果使用鉛芯橡膠支座減隔震裝置就無法獲得有效的抗震作用，并且還會產生比較明顯的位移;第二種情況，如果是板式橡膠支座，則在一、二類型的場地應用效果比較好，盡管減震效果不如鉛芯橡膠支座，并且在基本周期偏大時，對橋梁結構的影響比較大。但是板式橡膠支座的特點在于使用簡便，比鉛芯橡膠支座更為經濟實惠;第三種情況，滑板橡膠支座能在大多數類型的場地和大多數梁式橋結構中取得比較滿意的減震效果，但如果使用場地會產生高頻脈沖型地震波，應用滑板橡膠支座需要考慮到支座過大的位移或者支座長度不足導致落梁的情況。

4 結束語

在各種橋梁結構設計中，都開始廣泛應用減隔震技術，在不同的橋梁結構設計中，可以根據不同的情況采用不同的減隔震裝置。在進行具體的地震分析后，選用合適的減隔震裝置，對橋梁起到抗震保護作用。在傳統的橋梁抗震技術中，運用的橋梁結構設計提高橋梁自身的抗震性能，而減隔震技術不同于傳統的橋梁抗震技術，通過加裝隔震裝置，改變地震力對橋梁的影響。橋梁結構設計中減隔震技術不僅提高了橋梁的抗震性能，同時還降低了橋梁施工的造價，有著廣闊的應用前景。

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