芻議橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性

陳夏雨，王晉川

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,貴陽(yáng) 550081)

芻議橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性

陳夏雨，王晉川

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司,貴陽(yáng) 550081)

在工程橋梁施工過(guò)程中，隔震設(shè)計(jì)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)橋梁的穩(wěn)定性和安全性有比較大的影響，做好橋梁隔震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。基于此，特對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行探討。

橋梁設(shè)計(jì)；隔震設(shè)計(jì)；重要性

1 引言

在公路交通道路建設(shè)中，橋梁施工建設(shè)是一項(xiàng)非常重要的施工內(nèi)容，具有投資大、施工工期長(zhǎng)、施工質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。為了最大限度的保證橋梁性能，首先要保證橋梁具有較強(qiáng)的抗震效果。而橋梁隔震層設(shè)計(jì)可以極大降低橋梁結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)，提高橋梁結(jié)構(gòu)阻尼，延長(zhǎng)橋梁結(jié)構(gòu)的使用周期，對(duì)橋梁的穩(wěn)定性和抗震性有比較大的影響。所以，做好橋梁隔震層的設(shè)計(jì)工作非常重要。

2 橋梁震害常見(jiàn)類型

在我國(guó)城市建設(shè)的快速發(fā)展下，城市人口數(shù)量與日俱增，城市交通壓力也較之前有了明顯的增加，為了有效緩解交通壓力，大量的公路橋梁工程相繼出現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)地震時(shí)，如果橋梁工程被破壞，會(huì)對(duì)震區(qū)的交通造成一定的阻隔，進(jìn)一步加劇地震造成的災(zāi)害，大大增加了救援人員的救災(zāi)難度。此外，橋梁工程作為一項(xiàng)社會(huì)基礎(chǔ)投資設(shè)施，具有公共性強(qiáng)、投資大、維護(hù)困難等特點(diǎn)。為了降低地震對(duì)橋梁造成的損害，我們需要做好橋梁的隔震設(shè)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)過(guò)去常見(jiàn)的地震橋梁震害情況進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，常見(jiàn)的橋梁破壞形式主要有支座破壞、結(jié)構(gòu)破壞、基礎(chǔ)破壞、下部結(jié)構(gòu)破壞等。

3 橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性以及優(yōu)點(diǎn)

3.1 橋梁隔震設(shè)計(jì)的重要意義

橋梁隔震設(shè)計(jì)主要指的是在橋梁施工建設(shè)中為了提高橋梁的穩(wěn)定性，減小地震等自然災(zāi)害對(duì)橋梁的損傷所專門安裝的隔震器與阻尼器。隨著科技發(fā)展的步伐不斷加快，國(guó)外很多發(fā)達(dá)國(guó)家在橋梁隔震設(shè)計(jì)方面取得了顯著的成績(jī)，但由于我國(guó)基本國(guó)情的制約再加之技術(shù)的落后，在該方面還存在很多不盡如人意的地方，因此在進(jìn)行橋梁隔震設(shè)計(jì)方面還需借鑒國(guó)外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，以此提高我國(guó)的橋梁隔震設(shè)計(jì)方面的相關(guān)實(shí)力。

3.2 橋梁隔震設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

做好橋梁的隔震設(shè)計(jì)工作具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是當(dāng)?shù)卣饋?lái)臨時(shí)可分散橋梁各結(jié)構(gòu)的受力狀況，最大限度的保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)免受外力的作用；二是可有效調(diào)節(jié)橋梁橫向的剛度，從而緩解了橋梁結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)象；三是橋梁隔震設(shè)計(jì)在確保橋梁整體質(zhì)量的基礎(chǔ)上無(wú)須投入過(guò)多的成本[1]；四是橋梁隔震設(shè)計(jì)由于其使用了隔震支座，當(dāng)外界溫度變化明顯時(shí)不會(huì)對(duì)橋梁本身造成影響；五是此設(shè)計(jì)在維修中花費(fèi)較低而且維修便捷，易于處理，為施工人員節(jié)省了大量的時(shí)間。

4 隔震設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)理念

近些年來(lái)自然災(zāi)害現(xiàn)象日益嚴(yán)重，其中尤以地震災(zāi)害較為突出不僅給人們的生命安全造成一定的威脅，而且也造成了國(guó)家財(cái)產(chǎn)的損失，人們對(duì)此的重視程度也在不斷上升，防震措施也在不斷強(qiáng)化[2]。地震也會(huì)造成橋梁的坍塌等不良現(xiàn)象，橋梁隔震設(shè)計(jì)也成為了國(guó)家關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題，橋梁隔震設(shè)計(jì)是確保橋梁關(guān)鍵構(gòu)件免受外力的作用而發(fā)生變形等現(xiàn)象，最大限度的降低其對(duì)橋梁的損傷程度。在橋梁隔震設(shè)計(jì)中阻尼設(shè)計(jì)可有效將地震中所產(chǎn)生的能量迅速瓦解，使其轉(zhuǎn)移到上橋等其他部位，這樣橋梁自身的阻力會(huì)大大降低，最終起到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)目的。

在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)，要在設(shè)計(jì)初期就分析是否需要對(duì)橋梁上增加抗震裝置，如果不需要增加隔震裝置，要提前將預(yù)算工作做好，以免造成資金浪費(fèi)。設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真的對(duì)周圍的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行勘察，分析勘察后得到的數(shù)據(jù)報(bào)告，綜合分析。此外，在選擇隔震裝置時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況選擇性能良好的裝置，除了要求隔震裝置可以達(dá)到隔震要求外，還要了解橋梁受力范圍，進(jìn)而合理的選擇隔震裝置。

5 橋梁隔震技術(shù)

5.1 常用減隔震裝置

1)分層橡膠支座。分層橡膠支座，俗稱板式橡膠支座。它的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由薄橡膠片和薄鋼板混合交替而制成的。支座平面的形狀一般設(shè)計(jì)為圓形或者矩形。因?yàn)榉謱酉鹉z支座具有水平剛度和阻力作用的特點(diǎn)，所以分層橡膠支座也就具有了一定的抗震性。橡膠支座的上、下板面所發(fā)生單位位移時(shí)施加的水平剪刀，就稱之為橡膠支座的水平剪切剛度[3]。橡膠支座的阻尼作用是通過(guò)橡膠層的變形過(guò)程消耗能量來(lái)提供的，橡膠層變形速度的快慢直接決定了阻尼作用的大小。用天然橡膠制作的橡膠支座，阻尼比大約是5%到10%之間。分層橡膠支座的受力位移是呈扁平形的，所以他能提供的阻力是很小的，因此在減震橋梁的設(shè)計(jì)過(guò)程中，常常會(huì)和阻尼器一起來(lái)使用。

圖1 分層橡膠支座的基本結(jié)構(gòu)

2）鉛芯橡膠支座。鉛芯橡膠支座則是在板式橡膠支座的基礎(chǔ)上壓入鉛芯從而有效改善支座的阻尼性能所設(shè)計(jì)的一種減震裝置。鉛芯具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是具有較低的屈服剪力；二是初始剪切剛度較強(qiáng)；三是可塑性強(qiáng)，可滿足地震下的耗能能力所需要的剛度需求。所以，鉛芯橡膠支座可實(shí)現(xiàn)橋梁隔震裝置的相關(guān)需求。

3)滑動(dòng)摩擦型減隔震支座。滑動(dòng)摩擦型支座是根據(jù)不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間有比較低的摩擦系數(shù)而制成的。也可以叫聚四氟乙烯滑板支座。因?yàn)檫@種支座具有摩擦系數(shù)小、水平伸縮位移大等特點(diǎn)，所以很適合用于橋梁的活動(dòng)支座。在地震發(fā)生過(guò)程中，滑動(dòng)摩擦支座的上部結(jié)構(gòu)可以在摩擦面上發(fā)生滑動(dòng)，進(jìn)而可以將上部結(jié)構(gòu)所能傳遞到下部結(jié)構(gòu)的最大地震力控制成支座的最大摩擦力，而且摩擦過(guò)程也可以消耗很多的地震力[4]。但同時(shí)這種支座也有一點(diǎn)缺陷就是它沒(méi)有自動(dòng)復(fù)位的功能，支座相應(yīng)的可預(yù)測(cè)性及可靠性都有待進(jìn)一步完善，所以這種支座在用作隔震支座時(shí)需要與阻尼器和橡膠支座等一起使用。

4)鋼阻尼器。鋼阻尼器的工作原理是借助鋼材的可塑性來(lái)降低地震能耗的一種裝置。鋼阻尼器常見(jiàn)的有三大類：一是有橫向加載臂的均勻彎矩彎曲梁阻尼器，而且加載臂具有一定的傾斜角度；二是錐形彎曲梁阻尼器；三是具有橫向加載臂的扭梁阻尼器。鋼阻尼器的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)實(shí)用、制造簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，耗能強(qiáng)度高等。設(shè)計(jì)人員通過(guò)多次試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)很多鋼阻尼器的滯回曲線都可用雙線性來(lái)進(jìn)行模擬。對(duì)于不同種類的鋼阻尼器不管是阻尼器的具體方位亦或是連接方式都是存在差異的。通常情況下鋼阻尼器與橡膠隔震支座搭配使用，這樣才能將其有效性得以最大限度的發(fā)揮出來(lái)，如圖2。

圖2 典型鋼阻尼器

5.2 減隔震裝置的有效選取

在橋梁的建設(shè)過(guò)程中，抗震、減震是一定要考慮的因素之一，它必須具備以下三點(diǎn)要求：一是需要有相當(dāng)大的柔韌度，用來(lái)延長(zhǎng)使用時(shí)間，減輕地震帶來(lái)的危害；二是通過(guò)阻尼、耗能設(shè)備等對(duì)地震的破壞力進(jìn)行減弱，還要將主承受力的地面的變形控制在一定的范圍內(nèi)；三是需要具有可靠的剛度和屈服力，使橋梁在正常使用中不會(huì)出現(xiàn)屈服或有害震動(dòng)。在橋梁減震作用的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們應(yīng)著重提高耗能能力和分散地震力上，而不能一味的追求它的使用周期。在減隔震裝置的選擇上，一定要選用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的裝置，而且必須在其力學(xué)性能要求的范圍內(nèi)使用。

另外，減隔震設(shè)備還必須滿足減震耗能和承載正常運(yùn)營(yíng)荷載的相關(guān)要求，所以在選擇減隔震裝置的過(guò)程中必須注意以下幾點(diǎn)：一是減隔震支座具有良好的豎向荷載支承能力；二是減隔震裝置必須具有較高的初始水平剛度，這樣當(dāng)橋梁發(fā)生大的沖擊或者受到外力作用時(shí)不會(huì)發(fā)生變形等不良現(xiàn)象；三是當(dāng)溫度、壓力等造成上部結(jié)構(gòu)發(fā)生些許變形時(shí)，減隔震支座的抗力也會(huì)隨之降低；四是減隔震裝置必須具有較好的自動(dòng)復(fù)位能力，這樣當(dāng)橋梁受到外部作用時(shí)能在短時(shí)間內(nèi)回到穩(wěn)定狀態(tài)，從而確保車輛的正常通行。

6 結(jié)論

橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)可以顯著提升橋梁的抗震性以及橋梁的施工質(zhì)量，節(jié)省建設(shè)成本。因此，做好橋梁隔震設(shè)計(jì)具有重要意義。目前，我國(guó)隔震設(shè)計(jì)還處于發(fā)展初期，還需要設(shè)計(jì)人員積極借鑒國(guó)外先進(jìn)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，刻苦鉆研，為我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

【1】吳迪，黃澤軍，周福霖.橋墩高度對(duì)橋梁隔震性能的影響研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2014(S2):328-333.

【2】資道銘，韋亮陸，梁煜.低溫對(duì)鉛芯橡膠支座性能及橋梁隔震效果影響探討[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2014(6):18-24.

【3】韓鵬.孟劼.淺談橋梁抗震設(shè)計(jì)方法與減隔震技術(shù)[J].山西建筑，2009(16):254-256.

【4】程華群，劉偉慶，王曙光.高層隔震建筑設(shè)計(jì)中隔震支座受拉問(wèn)題分析[J].地震工程與工程振動(dòng)，2007(4):75-77.

Discussion on the Importance of Seismic Isolation Design in BridgeDesign

CHENXia-yu，WANG Jin-chuan，
(South-westMunicipalEngineeringDesign&Research Institute of China，Guiyang 550081，China)

In theprocessofbridgeconstruction，seism ic isolationdesign isavery importantlink，thestabilityandsafetyofthebridgehasa relatively large impact，to do a good job of bridge seism ic isolation design is very important.Based on this，this paper discusses the importanceofseismicisolationdesigninbridgedesign.

bridgedesign;seismicisolationdesign;importance

U442.5+5

A

1007-9467（2016）08-0107-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.026

2016-03-09

陳夏雨（1986～），女，山西呂梁人，工程師，從事橋梁設(shè)計(jì)與研究，（電子信箱）543800337@qq.com。