減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

曹俊昌,吳健（江西贛北公路勘察設(shè)計(jì)院,江西 九江 332000）

減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

曹俊昌,吳健
（江西贛北公路勘察設(shè)計(jì)院,江西 九江 332000）

通過對(duì)現(xiàn)代減隔震技術(shù)的深入研究，利用減隔震技術(shù)建設(shè)的橋梁具備較強(qiáng)的穩(wěn)定及安全性。使用科學(xué)的力學(xué)計(jì)算方法，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析，表明減隔震技術(shù)能夠有效的降低橋梁因地震力受到的影響，從而提高橋梁的抗震性能。

橋梁結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；減隔震技術(shù)；減隔震技術(shù)應(yīng)用

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.024

1　引言

橋梁建設(shè)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了最為直接的影響。為保障發(fā)揮橋梁的最大使用價(jià)值，必須要對(duì)其構(gòu)成結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合考慮和設(shè)計(jì)，在保證橋梁使用性能的同時(shí)，還要根據(jù)所在地理位置，充分提高其抗震性能，以避免自然災(zāi)害對(duì)其造成的損害，同時(shí)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，最大限度地減輕對(duì)人們?cè)斐傻膫Γ苊庠斐蓢?yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文將根據(jù)實(shí)際情況，探討減隔震技術(shù)對(duì)橋梁質(zhì)量的影響，并將此項(xiàng)技術(shù)切實(shí)使用到橋梁設(shè)計(jì)中。

2　減隔震技術(shù)簡(jiǎn)介

減隔震技術(shù)能夠降低橋梁結(jié)構(gòu)在受到外力時(shí)的損壞程度，有效保障橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。橋梁施工以及設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建設(shè)和設(shè)計(jì)時(shí)，使用減隔震技術(shù)可以有效防止外力對(duì)橋梁的破壞，巧妙地將橋體與外力隔開，把地震力對(duì)橋梁的影響降至最低，保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)較大程度的損害。為了達(dá)到更好減隔震效果，通常會(huì)適當(dāng)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用周期[1]，然而，在延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用周期的同時(shí)，必然會(huì)使得橋梁產(chǎn)生較大的位移，給橋梁設(shè)計(jì)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，同時(shí)，也給設(shè)計(jì)人員增加了較大的技術(shù)難度。當(dāng)橋梁受到外力破壞時(shí)，可以使減震設(shè)備預(yù)先進(jìn)入塑性時(shí)期，先消耗部分能量，減輕外力作用對(duì)橋梁的影響，從而達(dá)到保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的效果，由此，充分體現(xiàn)了減隔震技術(shù)對(duì)保護(hù)橋梁顯著作用。

3　減隔震設(shè)備的分類

目前，我國(guó)的減隔震設(shè)備主要分成以下兩類：

1）減隔震設(shè)備一般是黏滯阻尼器，該部分結(jié)構(gòu)會(huì)在橋梁受到外力作用時(shí)，充分吸收外力，以減輕外力對(duì)橋梁的損害，增強(qiáng)抗震性能，體現(xiàn)減隔震的優(yōu)勢(shì)。

2）減隔震設(shè)備是擺式滑動(dòng)摩擦支座和鉛芯橡膠隔震支座[2]。這兩類設(shè)備，在原理上有部分差別，但是效果是相同的，都有效保護(hù)橋梁，且都能夠加長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期，并且兩種設(shè)備相互配合使用，效果更加，能大大提高保護(hù)效果，防止地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的損害，提高橋梁的整體安全性。

4　橋梁減隔震技術(shù)的設(shè)備介紹

4.1分層橡膠支座

該種形式一般由橡膠薄皮和鋼板交叉組成，一般形式為圓形或矩形。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分層處理，保證上下兩部分，不會(huì)形成明顯的水平剪力[3]。分層橡膠支座會(huì)變形自身結(jié)構(gòu)，以提供比較大的阻尼。然而，由于分層橡膠支座結(jié)構(gòu)所提供的阻尼非常小，所以，在設(shè)計(jì)時(shí)還需加入一定的阻尼器來(lái)增加阻尼。

4.2滑動(dòng)摩擦式支座

一般是由不銹鋼和聚四氟乙烯構(gòu)成，這種結(jié)構(gòu)的摩擦系數(shù)非常小，其主要通過上下結(jié)構(gòu)形式來(lái)吸收外力。但是，該種結(jié)構(gòu)在受外力后不能夠自行復(fù)位，而且穩(wěn)定性極差，所以通常會(huì)和阻尼器共同使用，才能保證效果達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

4.3剛阻尼器

主要工作原理是通過塑性變形來(lái)吸收外力，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于成本非常低，其使用壽命比較長(zhǎng)，抗震性能良好，在實(shí)際使用過程中，一般會(huì)和橡膠隔震座共同使用在橋梁建設(shè)中。

4.4鉛芯橡膠支座

該種支座主要是在橡膠支座的中間部分，加注一定量高純度的鉛芯來(lái)提高其結(jié)構(gòu)阻尼性能。由于高純度鉛芯具備較好的力學(xué)性能，屈服力較小，同時(shí)塑性非常好，其與橡膠座完美結(jié)合，可以增強(qiáng)抗震效果。遇到地震時(shí)，鉛芯出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象，剛度降低，從而有效地消耗地震能量，當(dāng)外力較小時(shí)，高純度鋼芯能夠保持初始的剛度，形變非常小。這種結(jié)構(gòu)具有非常好的穩(wěn)定性，能夠吸收大部分地震的能力，樣式如圖1所示。

5　橋梁減隔震設(shè)計(jì)基本原則

橋梁設(shè)計(jì)必須，按照一定的設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照章程施工，才能提高抗震性能，降低地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)破壞程度，提高我國(guó)橋梁質(zhì)量和安全性。其具體設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格按照以下幾項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行。

圖1　鉛芯橡膠支座

1）在開始設(shè)計(jì)之初，必須對(duì)施工地點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)勘察，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，才能做好整體規(guī)劃，只有完全掌握了周圍環(huán)境的情況，才能制定出合理的設(shè)計(jì)方案。尤其是橋梁中增加了減隔震技術(shù)，更需要進(jìn)行考察和測(cè)量，以保證該地區(qū)，能夠適合進(jìn)行減隔震技術(shù)施工，保證減隔震技術(shù)能達(dá)到預(yù)期的效果。

2）如果在設(shè)計(jì)階段，已經(jīng)確定了使用減隔震技術(shù)，并且經(jīng)過測(cè)算也能達(dá)到預(yù)定效果，那么就要考慮在施工時(shí)，充分發(fā)揮減隔震技術(shù)的功能，使減隔震技術(shù)能夠有效抵抗地震的沖擊，提高橋梁的抗震性能。在實(shí)際施工過程中，需根據(jù)工程所在地的實(shí)際情況，選擇合理的減隔震施工設(shè)備，必須保證橋梁在建設(shè)完成后，具備良好的結(jié)構(gòu)性抗震能力，同時(shí)力求設(shè)備結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，且抗震性能要保證在這些設(shè)備所能承受的力學(xué)范圍內(nèi)。

3）完成了減隔震技術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，還需充分考慮到震后對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行如何的修復(fù)和處理[5]。如果橋梁所在的地區(qū)發(fā)生了地震，那么地震發(fā)生時(shí)，橋梁減震結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一定的位移，這必然會(huì)影響橋梁的使用性能。因此，在地震發(fā)生后，相關(guān)人員必須對(duì)橋梁進(jìn)行反復(fù)的勘察和計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理，以保證再次發(fā)生地震時(shí)還能具有抗震效果。

6　橋梁減隔震設(shè)計(jì)中需要注意的問題

加入減隔震設(shè)計(jì)的橋梁與普通橋梁結(jié)構(gòu)上區(qū)別不大，都需要橋梁下部和地基貼合緊密，加入減隔震設(shè)備的橋梁與普通橋梁的區(qū)別之處，在于在橋梁下部加入隔震層，隔震層和地面結(jié)合，同時(shí)還要保證橋梁結(jié)構(gòu)和隔震層平衡。具體設(shè)計(jì)過程中，必須要遵循以下幾個(gè)方面原則。

為保證橋梁在整體美觀，并且使隔震層能夠起到很好的抗震性能，必須在建設(shè)隔震層時(shí)，和所處的地基進(jìn)行很好的結(jié)合，并且保證施工時(shí)處在平衡位置，只有這樣，才能保證整個(gè)橋梁處在非常穩(wěn)定和安全的狀態(tài)。

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，水平剛度中心位置和隔震層上部結(jié)構(gòu)的重心必須保持一致，避免二者之間出現(xiàn)比較大尺寸的偏差，保證橋梁具有非常好的穩(wěn)定性，同時(shí)，還能從根本上提高橋梁的抗震性能。依據(jù)隔震裝置豎向剛度來(lái)計(jì)算其豎向負(fù)載能力，使橋梁隔震裝置在水平移動(dòng)時(shí)，可以在一定的數(shù)值范圍內(nèi)變化，結(jié)構(gòu)也比較靈活。這種形式能夠完全抵抗自然災(zāi)害的損害，從而增強(qiáng)橋梁抵抗自然災(zāi)害的能力。

提高隔震層水平剛度時(shí)，必須提高豎向負(fù)載能力，使橋梁不會(huì)由于水平面的巨大壓力造成結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，也不會(huì)因?yàn)樨Q向力造成結(jié)構(gòu)強(qiáng)度急劇減弱。當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度非常高時(shí)，還能具備良好的抗震效果，增強(qiáng)橋梁的穩(wěn)定性，防止出現(xiàn)大范圍的坍塌，造成無(wú)可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)損失。提高隔震層的復(fù)位功能，使橋梁在經(jīng)過了一次地震之后，可以自行進(jìn)行復(fù)位，使得橋梁中的部分抗震結(jié)構(gòu)能夠自行恢復(fù)到初始狀態(tài)，減輕地震對(duì)橋梁的損壞，還能避免余震帶來(lái)的危害。但是，僅僅通過橋梁的自我修復(fù)，還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，震后還是需要安排有關(guān)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)。

除此之外，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，還有很多細(xì)節(jié)需要注意，盡量避免對(duì)橋梁質(zhì)量造成影響。

7　結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中，減隔震技術(shù)起到了良好防破壞作用，被廣泛應(yīng)用在橋梁建設(shè)中，該技術(shù)可切實(shí)提高橋梁質(zhì)量和使用安全，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【1】劉鵬飛.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析[J].城市建筑，2014(6)：127-129.

【2】賀海寬.探析反應(yīng)譜法在橋梁減隔震設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].門窗，2014 (1)：210-211.

【3】陳松.淺析橋梁減隔震支座及分析方法[J].科技資訊，2013(34)：314.

【4】莊軍生.關(guān)于橋梁減隔震支座的若干問題[J].預(yù)應(yīng)力技術(shù)，2012 (5)：43-45.

【5】劉延芳,葉愛君.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].世界地震工程，2008(2)：152-154.

Study on the Application of Seismic Isolation Technology in the Design of Bridge Structure

CAO Jun-chang,WU Jian
(JiangxiGanbeiHighwaySurveyandDesign Institute,Jiujiang 332000,China)

Through the deep research on the modern seismic isolation technology,the bridge with the seism ic isolation technology has strongstabilityand security.Thebridgestructureisanalyzedbyusing thescientificmechanicscalculationmethod,and the resultshowsthat theseismic isolation technology caneffectively reduce the influenceof thebridgedue to theearthquake force,soas to improve theseism ic performanceofthebridge.

bridgestructure;design;seismicisolation technology;applicationofseismicisolation technology

441+.3

A

1007-9467（2016）11-0085-03

曹俊昌（1964～），男，江西九江人，工程師，從事公路橋梁設(shè)計(jì)與研究。

2016-07-31