減隔震技術在橋梁結構設計中的應用研究

徐玉杰

（安徽省綜合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

地震的危害是不可估量的。地震災害發生時，若橋梁工程抗震性能不佳，在地震災害中出現坍塌現象，會給人們的生命與財產帶來嚴重傷害。因此，加強對橋梁結構設計的抗震減震效力越來越重要。不斷優化橋梁結構減隔震設計，分析減隔震技術在橋梁結構設計中的應用具有重要的現實意義。

1 橋梁減隔震設計原理

在橋梁結構設計過程中，減隔震技術的應用主要在于減震、隔震兩個方面。前者主要是利用阻尼、耗能等裝置的合理設計，來優化橋梁本身結構的動力學，確保地震發生時，橋梁可以利用自身的結構來對地震所產生的沖擊力進行吸收緩沖。而后者則是利用特殊的結構設計，利用震動周期結構緩沖震動輸入的能量，降低地震所產生的作用力，最終達到保護橋梁結構穩定性的目的。

2 減隔震技術的適用條件

1） 地震的波頻，具有高、中、低的區分，如果橋梁結構處于地震發生的高頻階段，同時能力比較集中，就可以對減隔震技術的使用，以及對橋梁的結構進行有效的防范；2）對于橋梁結構生命周期比較短，橋梁結構設計比較規范，沒有橋梁墩太高太低的情況出現，就可以對減隔震技術進行應用；3） 對于提前計劃好的施工地點，需要對地面板塊的運動特點進行觀察，對于損害因素，確保將其降到最低，從而實施對減隔震技術的應用。

3 橋梁結構設計中減隔震技術的應用

3.1 粘滯阻尼器的設計

傳統的阻尼裝置有兩種形式，一種是摩擦阻尼裝置，另一種是彈性阻尼裝置。兩者都有很大的使用優勢。一般情況在底部使用，當橋樁最大變形時，這兩個緩沖器的阻尼力最小，反之，當阻尼器的值為零時，阻尼力最大，這座橋的變形最小。如果環境溫度發生變化，阻尼裝置如果要變形的話，需要突破一定的阻力極限，故不易變形。橋梁結構變形時，它會承受變形過程中產生的應力，然后承受壓力，從而提高橋梁結構的穩定性。粘滯阻尼在橋梁結構設計中的應用有效地防止上述情況的發生，可以產生減震隔震性能。

3.2 摩擦擺式支座的設計

該設備的絕緣原理的特點：滑動摩擦支承滑動表面的結構是滑動表面上的曲面，這時振蕩結構通過滑動摩擦降低地震能量，并將其轉化為獨立的橋梁結構零點能量，也就是時間差值的原理，增加了橋梁的振動時間。在地震中，摩擦支承的平面尺寸由支承的曲率改變，因此，一般來說，滑動摩擦軸承這個座位的平面相對變化量較大。考慮到上述特性，滑動摩擦支座被放置在一個合理的位置以達到隔震的目的。

3.3 雙曲面球型減隔震支座設計

雙曲面球型減隔震支座是在成熟的球型支座基礎上，借鑒了摩擦擺支座的工作原理而開發的一種新型減隔震支座。其主要技術特點是它采用了大半徑的球面摩擦，并設置抗剪裝置，雙球面的球體設計使其在豎向荷載作用下曲面壓應力均勻，在地震不發生的情況下，其功能與普通球型支座一致，可滿足橋梁的正常運行。但當地震發生后，其抗剪裝置被剪斷，支座可以在任何方向滑動，梁體沿球面升高后通過梁體自重實現自復位，利用鐘擺機理延長了橋梁的自振周期，從而降低加速度反應，起到減隔震作用。

3.4 鉛芯橡膠支座的設計

鉛芯橡膠支座設計技術，廣泛應用于橋梁結構的設計，人員需要在設計橋梁結構時，適當考慮到鉛芯橡膠支座的結構特性在甲板結構中應力變化情況。該結構主要由層壓橡膠制成，用于地震減震。為了提高橋梁整體結構的抗震性能，在膠粘劑支架上加入了鉛芯材料。鉛芯材料的力學性能優于其他材料，與層壓橡膠一起使用時，橡膠支架的組合可以有效地提高了橋梁結構的抗震性。一般來說，該裝置不受高剪切應力的影響，原始剪切剛度較大，具有高強度的抗疲勞性能和彈性，可以使橋梁長期保持穩定。

3.5 梁間連接器的設計

使用這種裝置可以提高橋梁的穩定，橋梁移位，通常是一個外部力的因素。橋間連接器的設計是為了減少地震傳播。該裝置提供了一種普遍的阻止震動的傳播的功能，以下是功能介紹：橋梁和橋梁結構的安裝使用，使保留槽充分發揮作用，通過減少橋梁結構在橋梁上的位移，提高了橋梁結構的穩定性。梁間連接器安裝在橋的兩側，連接兩個法輪，可以有效地防止梁的倒塌，并將倒塌的可能性降低30%。

4 橋梁減隔震設計注意事項

4.1 延性設計

所謂延性設計，就是在橋梁結構設計過程中，通過對橋梁結構的細節進行優化設計，在合適的位置設置最佳的塑性鉸，來達到結構抗震的目的。通過延性設計，有助于提高整個橋梁結構的整體性，需要格外注意的是，延性設計過程中要格外注意橋梁本身的最大基底剪力差距，以避免對橋梁造成結構性的損害。

4.2 結構控制設計

對于橋梁結構設計而言，常見的控制技術有混合控制、主動控制和被動控制三種。而在減隔震設計過程中，通常會利用被動控制的技術，來優化橋梁的結構，以達到提高橋梁抗震性能的目的。

5 結語

綜上所述，在實際橋梁結構設計中，應根據橋梁結構的實際情況，合理利用好擺式滑動摩擦支座、粘滯阻尼器、鉛芯橡膠支座、高阻尼隔震支座等裝置，能有效達到抗震減震的效果。