減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用分析

楊磊 王蘭彩

摘 要 橋梁是人們?nèi)粘３鲂胁豢苫蛉钡慕煌屑~之一，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學性，會直接影響橋梁的使用壽命。這些年，我國經(jīng)濟發(fā)展，汽車數(shù)量快速增加，橋梁的負荷也越來越大，為確保橋梁的安全性，發(fā)揮連接作用，減隔震技術(shù)被廣泛應用于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中。本文基于此，先概述減隔震技術(shù)原理，然后提出減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用方法，給相關(guān)工作者以參考。

關(guān)鍵詞 減隔震技術(shù);橋梁結(jié)構(gòu);結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言

橋梁建設(shè)是我國社會經(jīng)濟發(fā)展的重要內(nèi)容之一，需要重視橋梁質(zhì)量的檢測和結(jié)構(gòu)的設(shè)計，不光要保證橋梁質(zhì)量，還要結(jié)合地理位置，強化抗震性能，從而減少自然災害造成的損害。通過應用減隔震技術(shù)，在災害發(fā)生的時候，橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性更高，減輕人身傷害，避免財產(chǎn)損失。

1減隔震技術(shù)原理

減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用主要體現(xiàn)在減震與隔震兩部分。減震是通過阻尼、耗能等裝置來進行設(shè)計，增強橋梁本身結(jié)構(gòu)動力學，如此，在地震時，橋梁就能依靠自身結(jié)構(gòu)來吸收緩沖地震帶來的沖擊力。隔震則是通過結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計，震動輸入能量以震動周期結(jié)構(gòu)來緩沖，減小地震作用力，從而保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[1]。

減隔震的技術(shù)原理是：①延性設(shè)計。橋梁結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計，是指依照橋梁結(jié)構(gòu)受力特點，將塑性鉸設(shè)置在合適位置，細部結(jié)構(gòu)進行詳細構(gòu)造。延性設(shè)計的目的在于，遇到地震的時候，能夠降低地震對橋梁的損害影響，保證橋梁結(jié)構(gòu)完整。且遇到高等級地震時，延性設(shè)計可避免結(jié)構(gòu)坍塌[2]。②結(jié)構(gòu)控制。橋梁結(jié)構(gòu)控制技術(shù)方法較為復雜，常用的主要為三類：主動控制、被動控制與混合控制技術(shù)。其中，減隔震技術(shù)主要基于被動控制技術(shù)，合理優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，在遇到地震時，減小結(jié)構(gòu)響應。相關(guān)實踐顯示，減隔震技術(shù)結(jié)構(gòu)控制可提升橋梁抗震性能。

2減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用

2.1 黏滯阻尼器應用

進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，設(shè)計師都需要考慮橋梁抗震性能，時常用到的裝置就是阻尼器。阻尼器是能耗性設(shè)備，是和活塞運動速度相關(guān)的阻尼器。設(shè)備活塞開展前后運動形成壓力差，在壓力差作用下，黏滯流體進入節(jié)流孔，減震系統(tǒng)由此產(chǎn)生較大能耗和阻尼力[3]。該設(shè)備的研發(fā)，相當于為橋梁上了一道保險，發(fā)生地震時，橋梁會受到較強地震作用力，阻尼器會隨著地震變形而變化，從而避免地震作用對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應用，導致橋梁結(jié)構(gòu)變形。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員主要將黏滯阻尼器設(shè)置在橋梁邊墩中部位置，也就是橋梁整體中間部位，或者，也能選擇安裝于輔助墩和加勁梁中間部位。另外，為了獲得結(jié)構(gòu)最佳應用效果，確保減隔震設(shè)備作用的充分發(fā)揮，設(shè)計師需對各項技術(shù)參數(shù)進行整體全面的計算和設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)性能滿足使用。

2.2 鉛芯橡膠支座應用

鉛芯橡膠支座是由支撐荷載層狀橡膠、鋼板與吸收耗散能量鉛芯組合而成。和普通板式橡膠支座的差異之處在于，其上下皆黏著一定厚度鋼板和一定數(shù)量鉛芯。鉛芯橡膠支座應用于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，發(fā)生地震的時候，可以使橋梁結(jié)構(gòu)恢復如初，并能保證橋梁結(jié)構(gòu)承載。鉛芯能吸收地震能量并進行消耗。因為鉛芯有著較好可塑性，和橡膠支座結(jié)合，能發(fā)揮裝置最佳彈塑性與抗疲勞性，以此保證橋梁結(jié)構(gòu)不會被地震迫害。設(shè)計的時候，鉛芯橡膠支座通常安設(shè)于橋墩與橋梁兩結(jié)構(gòu)中間部位。且安裝的時候還需要留下一些空間，便于后續(xù)裝置的更換。

2.3 摩擦擺支座應用

橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，相比于其他支座，摩擦擺支座的承載力大，且能復位，所以多應用于大噸位橋梁。摩擦擺支座隔震的原理是，依靠擺動，使下部結(jié)構(gòu)自振周期延長，發(fā)揮隔震功能。其周期通常為橋梁固有周期兩倍以上，不可太大，否則復位較困難，范圍為2s～6s;但也不能太小，太小梁體升高偏大。因而，在結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應針對不同噸位合理選擇周期，符合抬高和復位需求。據(jù)相關(guān)研究公式推導，摩擦擺支座復位需滿足地震位移大于支座摩擦系數(shù)和隔震曲率之積。摩擦擺支座減震原理，是依靠滑動界面摩擦消耗地震能量，來達到減震效果[4]。在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，根據(jù)摩擦擺支座原理來進行應用，能緩解地震的沖擊力，從而避免橋梁結(jié)構(gòu)遭受破壞。

2.4 板式橡膠支座

板式橡膠支座由薄鋼板和薄橡膠板交替疊合，經(jīng)高溫硫化黏結(jié)后制成，采用的橡膠種類一般有天然橡膠與氯丁膠。其中，后者除了抗凍與彈性好之外，相比于前者，還能耐油、抗腐蝕、抗老化等。因為夾層鋼板和橡膠層之間是緊密黏結(jié)的，所以橡膠層在豎向地震的作用下，仍舊可以承受一定壓力。因而，板式橡膠制作可以算是一種理想的豎向承載力大，水平剛度小，水平側(cè)移容許值大，可承受豎向地震的減隔震裝置。例如，汕頭大學東校區(qū)暨亞青會場館項目周邊支路及支河涌工程的子項橋梁工程中，其采用的就是板式橡膠支座，且是氯丁橡膠（CR）生產(chǎn)，其材料和力學性能需符合《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）規(guī)定，支座總支撐高度（楔形塊中心外露+支座高度+制作墊塊高度）取300mm，支座頂面需水平設(shè)置，當有縱橫坡時，以梁底楔形塊及支座墊石予以調(diào)整。楔形塊中心露出梁底50mm.

2.5 其他減隔震技術(shù)

除了上面介紹的減隔震技術(shù)設(shè)備外，還有一些其他的減隔震設(shè)備，如分層橡膠支座、高阻尼橡膠支座等。在設(shè)計的時候，需要參考橋梁實際情況來選擇最佳減隔震技術(shù)方案，確保減隔震性能過關(guān)。因為一些減隔震設(shè)計應用范圍較狹窄，所以要謹慎選擇，減少橋梁性能問題，消除坍塌損壞等不良事故發(fā)生可能性。

3結(jié)束語

總而言之，減隔震技術(shù)作為一種新工藝，將其應用于橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中，能提升橋梁抗震性能，延長橋梁使用壽命，減少地震對橋梁的影響，降低人身傷害和經(jīng)濟損失。黏滯阻尼器、鉛芯橡膠支座、摩擦擺支座等都是較為常用的減隔震技術(shù)設(shè)備，在設(shè)計時，需要根據(jù)實際情況，科學應用，以發(fā)揮其最佳效果。

參考文獻

[1] 李鵬.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].黑龍江交通科技，2020，43（3）：217-218.

[2] 姜金斌，王軍澤.減隔震技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].四川建材，2019，45（12）：179，184.

[3] 劉亞洲.現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)的應用分析[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（22）：167-168.

[4] 王新超.現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中減隔震技術(shù)的應用分析[J].交通世界，2016（13）：94-95.