橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及減隔震技術(shù)的應(yīng)用

王兆旦，王華，逄鵬程

（北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100032）

1 引言

橋梁為我國(guó)的交通提供了無(wú)數(shù)便利，極大地改善了人們的出行，但安全問(wèn)題也隨之越來(lái)越明顯。我國(guó)是一個(gè)頻繁發(fā)生地震活動(dòng)的國(guó)家，而地震會(huì)對(duì)橋梁安全造成嚴(yán)重的威脅，如海城地震、唐山地震、汶川地震等都給人類留下不可磨滅的損失，對(duì)廣大人民群眾的生命安全造成嚴(yán)重威脅，且給整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)所造成的損失無(wú)法挽回。基于此，人們需要高度重視橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的研究。在傳統(tǒng)抗震思想中，為促進(jìn)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的顯著提高，可以通過(guò)截面尺寸的增大、配筋的增加來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用這種“以鋼代鋼”的方法，能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)上部所傳遞的地震效應(yīng)的顯著增強(qiáng)，破壞一些薄弱部位，由此會(huì)對(duì)整個(gè)橋梁安全造成嚴(yán)重影響。橋梁減隔震技術(shù)是重要的抗震技術(shù)措施之一，其能夠解決傳統(tǒng)抗震思想弊端，還能夠促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的進(jìn)一步提高，從而最大限度地減少地震對(duì)橋梁的破壞。因此，它在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用具有重要價(jià)值。

2 橋梁抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

橋梁設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)可以充分提高橋梁的減震效果，將地震時(shí)的震害降到最小。近年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，取得了一些成果。但我國(guó)在這方面與國(guó)外還有一定的差距，目前的設(shè)計(jì)方法多是借鑒國(guó)外的研究經(jīng)驗(yàn)。橋梁隔震設(shè)計(jì)的目的是減少地震引起的損失。可以在一定程度上提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到預(yù)期的抗震效果。此外，在隔震設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)者還可以克服橋梁結(jié)構(gòu)的不平衡，即減小地震對(duì)橋梁的影響。與一般抗震設(shè)計(jì)相比，隔震設(shè)計(jì)的抗震效果明顯提高，在不顯著增加造價(jià)的前提下，橋梁的整體質(zhì)量得到充分保證。在隔震設(shè)計(jì)中采用隔震支座后，外部因素的影響明顯減小，震后可以更換隔震裝置，從而提高了橋梁的安全性【1】。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)途徑

減隔震技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的隔震或減震效果主要利用的是科學(xué)、合理的操作方式，在受到地震的情況下保證不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的損壞情況。具體工作原理如下：

1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量采用柔性支撐結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)設(shè)置這種結(jié)構(gòu)形式來(lái)延長(zhǎng)周期，降低地震多造成的比例影響。

2）縮短自身周期并且延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)位移量，可以借助結(jié)構(gòu)能量耗散能力與阻尼值增加的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，為此需要將一些合理的阻尼器式能量耗散基礎(chǔ)元件應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中。

3）為更好地滿足橋梁結(jié)構(gòu)在正常試用下的荷載要求與剛度要求，需要將一定間隔部件合理地設(shè)置在橋梁結(jié)構(gòu)中，便于將整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)支撐起來(lái)。為更好地降低地震所造成的不良影響，結(jié)構(gòu)自振周期需適當(dāng)延長(zhǎng)，且需要盡可能地減小結(jié)構(gòu)地震的加速度反應(yīng)。然而，這種設(shè)計(jì)方案會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)位移量的顯著增加，這時(shí)為促進(jìn)結(jié)構(gòu)自振周期的顯著減少 ，防止造成不必要的結(jié)構(gòu)位移增加與位移量過(guò)大，就需要合理地增加阻尼結(jié)構(gòu)，最終能夠滿足減隔震的效果要求。

4 橋梁減隔震技術(shù)探索

4.1 橋梁工程設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)原則

1）研究橋梁是否適合采用隔震設(shè)計(jì)，分析橋梁的隔震設(shè)計(jì)是否合適，并判斷系統(tǒng)在地震后如何提高能量吸收能力。如采取隔離措施，應(yīng)盡量采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能適宜的裝置。

2）盡量采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)在地震作用下不平衡力過(guò)大而導(dǎo)致橋梁倒塌。實(shí)施隔震措施后，可以改變結(jié)構(gòu)周期，防止地震共振，減小對(duì)橋梁的地震力，發(fā)揮一定的抗震效果，提高其穩(wěn)定性。

3）注意橋梁的完整性。如果橋梁整體性不好，不僅會(huì)使結(jié)構(gòu)的空間功能得不到充分發(fā)揮，而且結(jié)構(gòu)構(gòu)件和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件也容易脫落。必須保證上部結(jié)構(gòu)盡可能連續(xù)，同時(shí)采用有利于提高整體性的連接方式，并在各連接點(diǎn)設(shè)置減震措施，以提高橋梁的穩(wěn)定性。

4）在橋梁抗震設(shè)計(jì)中可以設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)措施，提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能，為橋梁的安全穩(wěn)定提供有力保障，最大限度地避免橋梁的坍塌【2】。

4.2 墩臺(tái)結(jié)構(gòu)的抗震加固措施

通常情況下，橋梁橋墩的設(shè)置都比較高，因而面臨很大的危險(xiǎn)性。提高結(jié)構(gòu)延性在橋墩抗震設(shè)計(jì)中是一種比較常見(jiàn)的加固措施，在山區(qū)開(kāi)展高橋墩設(shè)計(jì)工作時(shí)需要充分借助鋼混結(jié)構(gòu)并采用空心截面，或者將系梁設(shè)置在橫向墩柱之間，如此一來(lái)能夠促進(jìn)結(jié)構(gòu)之間連接性的不斷增加，又或者可以結(jié)合受力情況適當(dāng)?shù)卦龃笾闹睆健Ａ硗猓瑸榇龠M(jìn)結(jié)構(gòu)延性、抗剪性能的進(jìn)一步提高，可以將加密箍筋增設(shè)到樁柱的連接位置和墩柱的端部位置，這對(duì)于其抗震能力的提高至關(guān)重要。而橋臺(tái)不僅可以采用與橋墩相同的措施，而且為了緩沖地震作用下所造成的結(jié)構(gòu)變形，還可以將彈性墊塊增設(shè)到梁與擋塊連接處及梁與橋臺(tái)連接處，為提高其抗剪能力，可以通過(guò)增設(shè)樁柱的方式，這對(duì)于有效規(guī)避抗震所造成的風(fēng)險(xiǎn)和促進(jìn)結(jié)構(gòu)安全性能的提高至關(guān)重要。

4.3 做好實(shí)地考察

減隔震技術(shù)的應(yīng)用并非在全部條件下的橋梁設(shè)計(jì)方案中都適用，因此，橋梁設(shè)計(jì)人員在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)必須深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面分析與考察，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行充分了解，如橋梁施工地點(diǎn)的土質(zhì)硬度、地基穩(wěn)定性、橋梁結(jié)構(gòu)周期延長(zhǎng)過(guò)程中是否會(huì)出現(xiàn)共振等各種問(wèn)題。在深入了解這些問(wèn)題和實(shí)際情況以后，需要確定隔震技術(shù)是否可以在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用取得良好的效果。此外，在全面勘察橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)后，需要對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用性進(jìn)行綜合分析。

只有將減隔震技術(shù)應(yīng)用到橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與分析，才能確定這項(xiàng)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用所產(chǎn)生的預(yù)期效果；只有全部應(yīng)用條件相符，才能積極地開(kāi)展橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，確保橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)標(biāo)且更加安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。

4.4 減隔震支座在橋梁設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

隔震裝置的設(shè)計(jì)可以從隔震支座的布置、各隔震裝置的直徑、水平位移、阻尼等方面進(jìn)行。可選用橡膠支座來(lái)設(shè)計(jì)隔震支座的布置。在布置時(shí)，隔震支座之間的距離應(yīng)在2m 左右，并盡量保持一致。同時(shí)，還應(yīng)減小橋梁的扭轉(zhuǎn)。上部結(jié)構(gòu)中心和隔震支座剛度重心可以協(xié)調(diào)，使二者盡可能保持一致?tīng)顟B(tài)，有效降低橋梁的扭轉(zhuǎn)力。隔震支座的直徑應(yīng)控制在一個(gè)統(tǒng)一的范圍內(nèi)，因?yàn)楦粽鹬ё闹睆绞軜蛄旱脑试S值和橋梁類型的影響，所以直徑的大小是根據(jù)橋梁的實(shí)際情況來(lái)選擇的。為了準(zhǔn)確測(cè)量隔震支座的水平位移距離，可以先計(jì)算橋梁隔震設(shè)計(jì)中支座力的標(biāo)準(zhǔn)剛度差值。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出水平位移的距離，水平位移值應(yīng)始終保持在允許范圍內(nèi)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁工程中減隔震技術(shù)有助于橋梁抗震作用力效果的顯著提升，即使發(fā)生地震災(zāi)害也不會(huì)影響到橋梁結(jié)構(gòu)。與此同時(shí)，需要高度重視各項(xiàng)細(xì)節(jié)工作，確保橋梁能夠安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，從而為我國(guó)交通事業(yè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步創(chuàng)造良好條件。