淺談橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性

孫伊圣 陳浩威

（1.重慶市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 401122；2.重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020）

0 前言

橋梁建設(shè)是交通工程建設(shè)中的重點(diǎn)內(nèi)容，橋梁工程的質(zhì)量和性能直接影響交通的穩(wěn)定性和安全性，人們對(duì)橋梁工程的質(zhì)量也越來(lái)越關(guān)注。為了保證橋梁具有良好的質(zhì)量和性能，就需要橋梁具有良好的設(shè)計(jì)，隔震設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，也是橋梁設(shè)計(jì)中的核心內(nèi)容，而橋梁設(shè)計(jì)中如何進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)，就是該文主要研究的內(nèi)容。

1 橋梁隔震設(shè)計(jì)原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 橋梁隔震設(shè)計(jì)原理

橋梁隔震主要是通過(guò)隔震裝置來(lái)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)自振的周期進(jìn)行延長(zhǎng)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)阻尼特性進(jìn)行大幅度的增加，降低橋墩頂部在地震中位移的反應(yīng)，同時(shí)也有效減小其上部結(jié)構(gòu)具有加速度的反應(yīng)，使地震力能夠均勻地分布在各橋墩，有效防止地震力在某個(gè)橋墩過(guò)于集中，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的保護(hù)作用。橋梁隔震設(shè)計(jì)引入柔性裝置，使橋梁重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和水平地面的運(yùn)動(dòng)關(guān)聯(lián)性減少，橋梁重要的構(gòu)件在地震中不會(huì)出現(xiàn)破壞性損傷的情況，這就使橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)的加速度和地面加速度相比是小的，通過(guò)阻尼設(shè)計(jì)形式，地震產(chǎn)生能量會(huì)得到有效地消耗，地震能量在傳到橋梁的上部和隔震的結(jié)構(gòu)中時(shí)，其作用力已經(jīng)得到了明顯的削弱，如圖1所示。

1.2 橋梁隔震設(shè)計(jì)技術(shù)特點(diǎn)

橋梁隔震設(shè)計(jì)能夠有效地提高橋梁結(jié)構(gòu)的延展性以及柔性，在發(fā)生地震的情況下，有地震產(chǎn)生的地震力在到達(dá)橋梁上層結(jié)構(gòu)前就會(huì)被隔振設(shè)備消耗，從而減弱了地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞效果。在隔震裝置設(shè)計(jì)中，一定要遵循科學(xué)性和合理性，保證橋梁結(jié)構(gòu)具有良好的韌性以及可塑性，橋梁隔震設(shè)計(jì)能夠有效地減少工程造價(jià)的減少，避免后期工程維護(hù)成本的增加，同時(shí)還能夠有效提升橋梁的性能，比常規(guī)抗震的設(shè)計(jì)具有更高的抗震性，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁墩柱的有效保護(hù)。與未采用隔震設(shè)計(jì)的橋梁比較，通過(guò)隔震設(shè)計(jì)的橋梁在地震后，只需要進(jìn)行隔震裝置的更換和維護(hù)，就能夠恢復(fù)使用橋梁，其施工比較簡(jiǎn)單、維修的時(shí)間比較短，且維修的費(fèi)用也比較低。

2 橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)的重要性

橋梁隔震的目的主要是把橋梁結(jié)構(gòu)和可能會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞的地面運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)盡可能隔離，從而達(dá)到對(duì)橋梁穩(wěn)定性保護(hù)的效果。在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)隔震效果，設(shè)計(jì)人員通過(guò)延長(zhǎng)橋梁的結(jié)構(gòu)周期，避開(kāi)地震卓越周期，從而有效減弱地震能量在橋梁結(jié)構(gòu)的傳入。通過(guò)橋梁隔震設(shè)計(jì)，能夠有效地改善地震力量于橋梁的下部結(jié)構(gòu)中各支座間分布的情況，對(duì)橋梁基礎(chǔ)、橋臺(tái)和橋墩等實(shí)現(xiàn)保護(hù)；對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)橫向的地震反應(yīng)中通過(guò)隔震設(shè)計(jì)，能對(duì)橋梁橫向的剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的平衡，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震力的降低；橋梁上部結(jié)構(gòu)的隔震設(shè)計(jì)，能夠有效減少和消除地震中上下部的結(jié)構(gòu)超出其彈性范圍的現(xiàn)象，難以檢查以及修復(fù)位置，對(duì)橋墩和基礎(chǔ)進(jìn)行一定的埋置，還能夠有效避免此部位出現(xiàn)非彈性的變形；另外，隔震支座的使用，在溫度和收縮等變形中引起抗力是很小的，這對(duì)城市的高架橋梁超多跨的連續(xù)梁橋建設(shè)中，伸縮縫的減小具有積極意義。

3 橋梁設(shè)計(jì)中隔震設(shè)計(jì)方法

3.1 隔震裝置設(shè)計(jì)

圖1 加速度反應(yīng)譜和位移反應(yīng)譜圖

橋梁隔震裝置以及其他構(gòu)件的設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分，也是橋梁隔震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵與核心。在現(xiàn)階段的橋梁隔震設(shè)計(jì)中，主要采用彈性反應(yīng)譜的設(shè)計(jì)法，所謂彈性反應(yīng)譜設(shè)計(jì)法，在不同的國(guó)家有著不同的規(guī)范，主要的區(qū)別就是其計(jì)算公式的不同，通過(guò)計(jì)算公式能夠計(jì)算出隔震裝置等效阻尼以及等效的剛度，因?yàn)闃蛄旱卣痦憫?yīng)和隔震裝置的振幅具有密切聯(lián)系，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，就需要對(duì)隔震裝置最大的振幅進(jìn)行考慮。而對(duì)于不規(guī)則以及結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的橋梁往往使用時(shí)程的分析法，時(shí)程法進(jìn)行隔震的設(shè)計(jì)需要對(duì)彈性裝置應(yīng)用的范圍進(jìn)行考慮，計(jì)算出彈性性能來(lái)保證彈性裝置的合理設(shè)置。彈性反應(yīng)譜設(shè)計(jì)法比時(shí)程法的應(yīng)用更加廣泛，施工的計(jì)算也更為簡(jiǎn)單，和現(xiàn)階段計(jì)算的規(guī)范要求比較接近，同時(shí)由于隔震裝置等效 阻尼以及等效剛度的計(jì)算和地震隔震裝置最大的變形有關(guān)，且隔震裝置的變形直接影響橋梁對(duì)地震的響應(yīng)，因此在橋梁的隔震裝置設(shè)計(jì)中常用反應(yīng)譜法。在進(jìn)行實(shí)際的計(jì)算中，是沒(méi)有 相應(yīng)公式直接進(jìn)行套用的，需要設(shè)計(jì)人員掌握和估算出橋梁地震的響應(yīng)情況，工程師要根據(jù) 自身長(zhǎng)期工作積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行初步的設(shè)計(jì)方案制定，在進(jìn)行方案的制定完成后，再借助時(shí)程的分析法進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)合理性的驗(yàn)證。

3.2 細(xì)部構(gòu)造設(shè)計(jì)

橋梁的附屬構(gòu)造設(shè)計(jì)在橋梁的設(shè)計(jì)中也具有重要的作用，橋梁的附屬構(gòu)造構(gòu)件主要有防落梁的裝置、限位的裝置以及伸縮縫等，經(jīng)過(guò)對(duì)多種地震的危害以及時(shí)程進(jìn)行分析，掌握附屬構(gòu) 造內(nèi)細(xì)部構(gòu)造會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)隔震效果以及動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生的影響，但目前橋梁設(shè)計(jì)中，相關(guān)設(shè)計(jì)人員對(duì)細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)重要性并沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)，同時(shí)由于在進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)地震的響應(yīng)計(jì)算時(shí)，附屬結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)方法是十分復(fù)雜的，這也導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員對(duì)細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)出現(xiàn)規(guī)避情況。在進(jìn)行橋梁細(xì)部的構(gòu)造設(shè)計(jì)中，一定要充分認(rèn)識(shí)到此部分設(shè)計(jì)的重要性，保證其具有良好的連續(xù)性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁隔震設(shè)計(jì)是橋梁設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，其對(duì)橋梁性能有著直接的影響，為了保證橋梁隔震的良好設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員一定要根據(jù)實(shí)際的情況選擇合適的隔震設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)橋梁良好的隔震效果。