鐵路橋梁減隔震設(shè)計方法及設(shè)計參數(shù)分析

姚 瑞 平

(中鐵上海設(shè)計院集團合肥有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引言

在社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，鐵路橋梁逐漸成為建設(shè)主體，并給日常生活帶來極大影響。信息時代的到來，使得原有設(shè)計方案不再具備普適性，這就要求有關(guān)人員以橋梁技術(shù)為切入點，結(jié)合減隔震設(shè)計所面臨不足，擬定切實可行的方案，在確保工程安全的前提下，對其壽命進(jìn)行延長，使鐵路橋梁被賦予效能得到應(yīng)有發(fā)揮，本文所研究課題的社會價值不言而喻。

1 實際案例分析

近幾年，地震災(zāi)害頻繁，鐵路橋梁所受影響較為突出，無論是經(jīng)濟損失，還是群眾傷亡，均面臨十分嚴(yán)峻的形式。本文以汶川地震給某鐵路橋梁所帶來影響為依據(jù)，對減隔震設(shè)計加以分析，供相關(guān)人員參考。

某鐵路橋梁位于汶川某地，7.2級地震產(chǎn)生地震波的峰值加速度極大，所形成破壞力及沖擊力有目共睹。災(zāi)后，當(dāng)?shù)罔F路局對出現(xiàn)開裂、支座破損等問題的鐵路橋梁進(jìn)行了統(tǒng)計，數(shù)量高達(dá)300余座，即便對部分橋梁進(jìn)行了處理，鐵路運行質(zhì)效所受到影響仍十分直觀[1]。有關(guān)人員以減隔震結(jié)構(gòu)為核心，對某工程進(jìn)行深入分析，所得出結(jié)論如下：鐵路橋梁遭到破壞的部分，均以混凝土為主要材料，這主要是因為混凝土結(jié)構(gòu)未對防水及抗震系統(tǒng)加以設(shè)置，受地震所產(chǎn)生荷載的影響，少數(shù)承重構(gòu)件被壓潰，結(jié)構(gòu)崩塌的情況難以避免。另外，導(dǎo)致上述問題出現(xiàn)的原因還包括：橋梁結(jié)構(gòu)普遍不具備良好延性，地震災(zāi)害的出現(xiàn)，使坍塌幾率大幅增加；有關(guān)人員對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的了解及掌握有限，擬定設(shè)計方案時，未對抗震能力引起重視，致使坍塌問題出現(xiàn)。

現(xiàn)有研究及所得結(jié)論表明，汶川地震所產(chǎn)生荷載，致使少數(shù)鐵路橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，而上述問題形成的原因，主要是設(shè)計人員未對減隔震引起重視，并且未對多方因素加以考慮，便對設(shè)計參數(shù)加以應(yīng)用。基于此，在對相關(guān)工作進(jìn)行落實時，設(shè)計鐵路橋梁的人員，應(yīng)將更多精力與時間花費在減隔震設(shè)計方面，確保自身可及時處理所發(fā)現(xiàn)問題，綜合運用現(xiàn)有技術(shù)，對減隔震設(shè)計所處水平進(jìn)行提高，工程結(jié)構(gòu)自然可得到優(yōu)化。

2 減隔震設(shè)計情況

雖然鐵路橋梁對土地利用率的提升有積極影響，但較大荷載的存在，無形中增加了可能使鐵路橋梁受到影響的外界因素的數(shù)量，以不均勻沉降為代表的諸多問題隨之出現(xiàn)，要想使鐵路橋梁擁有更為理想的壽命，避免外界因素所帶來影響的擴大，最有效的方法便是對減隔震設(shè)計加以分析，明確施工側(cè)重點，確保有關(guān)人員可實時跟進(jìn)工程建設(shè)情況，通過對其安全動態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的方式，使人民安全得到有力保障。

在實際施工時，下列問題的出現(xiàn)頻率較高：

1)基本設(shè)計所適用計算方法以彈性理論為主，將優(yōu)化橋梁強度視為設(shè)計目標(biāo)得以實現(xiàn)的先決條件，如若出現(xiàn)地震災(zāi)害，利用上述方法所設(shè)計工程，極易被沖擊力所影響，面臨嚴(yán)重破損的威脅。

2)未對支座動力引起重視，所選用減隔震方法有較為明顯的不足存在，且未對不同部位對應(yīng)減震能力加以分析，由此而引發(fā)的問題，便是參數(shù)科學(xué)性與可靠性無法得到保證。

3)未將車輛安全納入考慮范疇，忽略了地震所產(chǎn)生沖擊力，致使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯位移的情況。上文所提及內(nèi)容，均與減隔震設(shè)計能否取得理想成效存在密切聯(lián)系，有關(guān)人員應(yīng)尤為注意。

3 設(shè)計參數(shù)與方法

3.1 設(shè)計參數(shù)

信息時代的來臨，使對參數(shù)進(jìn)行獲取的傳統(tǒng)方法，面臨著被淘汰的命運，智能化及自動化成為主要趨勢。對減隔震而言，設(shè)計參數(shù)發(fā)揮著重要作用，從工程建設(shè)的角度看，設(shè)計參數(shù)代表著基本數(shù)據(jù)，對其加以應(yīng)用，既可使減隔震設(shè)計擁有更為理想的質(zhì)效，還能夠為后續(xù)工作的貫徹落實做鋪墊，鐵路橋梁所表現(xiàn)出抗震能力，自然較過去更為突出。

在前期準(zhǔn)備階段，有關(guān)人員應(yīng)對選取及分析模擬參數(shù)引起重視，綜合考慮多方因素，核查所選定參數(shù)是否合理，通過對信息進(jìn)行反復(fù)提取的方式，達(dá)到增強精準(zhǔn)度的效果，參數(shù)被賦予效能，通常可因此而得到應(yīng)有發(fā)揮。研究表明，參數(shù)分析主體，通常為動力參數(shù)、支座參數(shù)與結(jié)構(gòu)參數(shù)，上述參數(shù)均由減隔震設(shè)計加以反映并得到利用。某鐵路進(jìn)行減隔震設(shè)計所應(yīng)用計算模型如下：

Kx=∑β3。

其中，Kx為計算變量，即設(shè)計參數(shù)，有關(guān)人員可經(jīng)由ANSYS或類似軟件，對設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。事實證明，利用混合函數(shù)對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，并經(jīng)由多次循環(huán)與迭代設(shè)計相結(jié)合的方式，確保現(xiàn)有不足可得到有效彌補，對后續(xù)分析工作的開展有積極影響。

3.2 設(shè)計方法

由汶川地震給橋梁所帶來震害可知，在減隔震設(shè)計領(lǐng)域，我國仍有較為明顯的不足存在，鐵路橋梁受地震影響十分直觀，對減隔震設(shè)計所適用方法進(jìn)行探究，其意義有目共睹。

3.2.1能量設(shè)計

現(xiàn)已投入運行的鐵路橋梁，均有基本能量存在，抗震能力自然會受到一定程度的影響。一般來說，建材對鐵路橋梁結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出強度的影響，通常較為直觀，因此，在對設(shè)計工作加以落實時，有關(guān)人員應(yīng)以減隔震需要達(dá)到的強度為依據(jù)，綜合考慮多方因素，不斷調(diào)整并優(yōu)化設(shè)計方案，只有這樣才能使鐵路橋梁擁有理想的抗震水平。

3.2.2動力設(shè)計

以鐵路橋梁為主體所開展減隔震設(shè)計及相關(guān)工作，均要借助結(jié)構(gòu)動力所適用設(shè)計方法，即：以信息技術(shù)為依托，對地震給結(jié)構(gòu)所帶來破壞進(jìn)行模擬，再通過細(xì)算的方式，對位移速度加以明確，得出最終結(jié)論[3]。在落實上述工作時，有關(guān)人員應(yīng)明確不同因素給橋梁結(jié)構(gòu)所帶來影響，借助動力模型完成深入分析，為管理機制的擬定做鋪墊，隨后，以模擬結(jié)果為參考，對參數(shù)進(jìn)行編制與調(diào)整，確保所制定方案擁有理想效果。除此之外，有關(guān)人員還應(yīng)對車輛模型進(jìn)行制作與分析，用來佐證設(shè)計工作和現(xiàn)行規(guī)定的契合度，避免一旦有地震災(zāi)害出現(xiàn)，在鐵路橋梁行駛的車輛，面臨不必要的安全威脅。

3.2.3延性設(shè)計

調(diào)查結(jié)果表明，世界各國均有地震災(zāi)害導(dǎo)致鐵路橋梁被損毀的情況出現(xiàn)，行人與車輛安全性，通常難以得到保障，導(dǎo)致地震所造成影響難以得到控制的原因，主要是工程延性不足[4]。由此可見，從事設(shè)計工作的人員，對鐵路橋梁進(jìn)行設(shè)計時，通常要花費更多時間，用來對延性設(shè)計加以完善，以彈性理論所涉及信息為依據(jù)，以延性特點為參考，通過持續(xù)強化延性效果的方式，使抗震水平得到顯著提高。除此之外，在條件允許的情況下，有關(guān)人員還可對模擬實驗進(jìn)行引入，旨在增強彈性分析所得結(jié)論的精確度，以基本構(gòu)件為對象，通過延性計算的方式，將地震破壞力維持在可控范圍，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自然會表現(xiàn)出更符合預(yù)期的防震能力與效果。

3.2.4強度設(shè)計

增加橋梁強度是減隔震設(shè)計的主要方法，有關(guān)人員應(yīng)對地震所帶來沖擊力進(jìn)行深入分析，明確可使結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化的策略，結(jié)合固有強度，對設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)加以明確，以強度臨界值為切入點，完成減隔震設(shè)計及相關(guān)工作[5]。事實證明，這樣做通常可取得事半功倍的效果。

3.2.5注意事項

地震所產(chǎn)生荷載主要作用于工程結(jié)構(gòu)，不僅會導(dǎo)致鐵路橋梁破損，還會給人員安全帶來威脅，對減隔震性能有增強效果的方法，均以人員安全為核心，強調(diào)對地震災(zāi)害所帶來影響加以控制，并將傷亡損失降到最低。要想使減隔震設(shè)計呈現(xiàn)出理想效果，有關(guān)人員應(yīng)對以下內(nèi)容引起重視：首先，對基本設(shè)計所適用計算方法加以明確，以彈性理論為依托，通過全面分析防震結(jié)構(gòu)的方式，為橋梁強度提供有力保障，確保即便有大型地震發(fā)生，所產(chǎn)生沖擊力仍然不會給鐵路橋梁帶來無法彌補的影響；其次，將支座動力納入重點分析范疇，對常見設(shè)計問題及所遵循原則加以明確，有針對性的彌補現(xiàn)存不足；最后，以不同部分所承擔(dān)沖擊力的比重為依據(jù)，完成參數(shù)分析工作，確保參數(shù)選擇所面臨問題，均可得到有效解決[6]。

4 結(jié)語

通過分析上文所敘述內(nèi)容可以看出，在落實設(shè)計減隔震的工作時，有關(guān)人員應(yīng)以科學(xué)理念為依據(jù)，對設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)整，通過優(yōu)化參數(shù)的方式，確保減隔震設(shè)計達(dá)到理想水平。對參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及相關(guān)工作而言，要想取得預(yù)期成效，主要是對支座參數(shù)加以明確，以動力參數(shù)為參考，對不同環(huán)節(jié)進(jìn)行協(xié)調(diào)，事實證明，這樣做對參數(shù)普適性與可行性的提升有積極作用。