橋梁工程設(shè)計(jì)中的隔震設(shè)計(jì)分析

李騰

（聊城華鑫公路勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山東聊城252000）

0 引言

在橋梁建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其抗震能力。為了設(shè)計(jì)出抗震性能較強(qiáng)的橋梁，相關(guān)工程師應(yīng)不斷深化對(duì)隔震設(shè)計(jì)的研究，以降低地震產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)虧損與人員傷亡。在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)與隔震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在理論聯(lián)系實(shí)際的基礎(chǔ)上，綜合考慮多方面要素，展開(kāi)分析與研究，找到合理的抗震理論。

1 橋梁工程隔震技術(shù)的原理與特征

1.1 橋梁的隔震設(shè)計(jì)

在進(jìn)行道路建設(shè)時(shí)，橋梁是重要的連接裝置，需要對(duì)其制定科學(xué)且合理的設(shè)計(jì)方案，從而不斷提升橋梁工程的安全與抗震能力，可以從如下幾個(gè)方面展開(kāi)詳細(xì)處理。首先，應(yīng)做好充足的前期準(zhǔn)備工作。眾所周知，橋梁的抗震能力受到各個(gè)方面要素的影響，比如地質(zhì)、氣候等，在橋梁隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考察各個(gè)相關(guān)要素的實(shí)際情況，并獲取精確的考察數(shù)據(jù)，之后精準(zhǔn)計(jì)算出橋梁的隔震設(shè)計(jì)周期。其次，加強(qiáng)橋梁隔震裝置的應(yīng)用穩(wěn)固性。隔震裝置對(duì)于隔震設(shè)計(jì)而言十分重要，應(yīng)給予充分的重視。在設(shè)計(jì)橋梁隔震裝置時(shí)，只要發(fā)現(xiàn)橋梁上部結(jié)構(gòu)存在移動(dòng)情況，就應(yīng)立即進(jìn)行處理，保證橋梁的安全，合理規(guī)避安全事故的發(fā)生；要想全面提升抗震裝置的有效性，應(yīng)對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化，從而制作出高質(zhì)量的隔震裝置。最后，改善橋梁的抗震能力。在設(shè)計(jì)橋梁工程的抗震能力時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)法律文件展開(kāi)設(shè)計(jì)工作，并保障符合具體需要，同時(shí)在設(shè)計(jì)具有抗震能力的橋梁過(guò)程中，其強(qiáng)度應(yīng)高于普通橋梁。

1.2 隔震設(shè)計(jì)基本原理

建設(shè)橋梁工程時(shí)，應(yīng)大量采用隔震技術(shù)，其設(shè)計(jì)原理是為了減弱地震對(duì)橋梁工程產(chǎn)生的重大危害，進(jìn)而降低主體結(jié)構(gòu)的損壞程度，提升橋梁抗震能力。同時(shí)，應(yīng)完善隔震設(shè)計(jì)方式，確保提升橋梁抗變形能力與強(qiáng)度。還可應(yīng)用防震設(shè)計(jì)方式與柔性設(shè)備來(lái)降低地面移動(dòng)與結(jié)構(gòu)部件間的聯(lián)系所引發(fā)的橋梁變形現(xiàn)象。如果出現(xiàn)地震或其他自然災(zāi)害時(shí)，橋梁工程顯著低于地面的反應(yīng)速度，如此有利于降低橋梁工程受損程度。在橋梁工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用隔震設(shè)計(jì)手段，能有效消除地震災(zāi)害引起的負(fù)面影響，地震出現(xiàn)時(shí)，造成的破壞性能量會(huì)不斷向橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞，能夠有效減弱其帶來(lái)的負(fù)面影響。此外，工程師在進(jìn)行橋梁工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照如下原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：首先根據(jù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，合理設(shè)立隔震等級(jí)；其次，橋梁設(shè)計(jì)人員還應(yīng)建立相應(yīng)模型開(kāi)展對(duì)隔震裝置以及橋梁主體架構(gòu)的模擬研究，利用合適的相關(guān)理論模型，得到最接近施工實(shí)際的受力數(shù)據(jù)，以確保橋梁的安全性。

1.3 隔震設(shè)計(jì)的技術(shù)特征

在橋梁工程隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中，其主要目的是提供良好的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論。在橋梁工程結(jié)構(gòu)的相關(guān)隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)將橋梁的各個(gè)部分單獨(dú)設(shè)立隔震設(shè)施，要特別關(guān)注在此過(guò)程中采用柔性支柱，進(jìn)而保證結(jié)構(gòu)的完好無(wú)損，保證有效降低橋梁構(gòu)部件的損壞。

設(shè)置隔震裝置是隔震設(shè)計(jì)中最簡(jiǎn)單且基礎(chǔ)的部分，應(yīng)強(qiáng)化隔震設(shè)備等效阻尼與剛度的計(jì)算，并保證選取合適的隔震裝置。在隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可以通過(guò)輔助附屬結(jié)構(gòu)展開(kāi)相關(guān)工作，同時(shí)，在開(kāi)展設(shè)計(jì)工作時(shí)，務(wù)必精細(xì)化處理相關(guān)細(xì)部設(shè)計(jì)，確保提升橋梁建筑的抗震能力。附屬結(jié)構(gòu)主要包括伸縮縫裝置與防水落梁裝置等[1]。

2 橋梁工程中隔震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)探討

2.1 隔震裝置的設(shè)計(jì)策略

在設(shè)計(jì)橋梁過(guò)程中，設(shè)立隔震裝置是完成隔震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，優(yōu)化隔震裝置并改善主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)是其重要組成部分，進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)其主要部分是設(shè)立良好的隔震裝置。為提升橋梁抗震能力，應(yīng)最大程度地運(yùn)用隔震裝置提升結(jié)構(gòu)周期來(lái)減弱地震能量，進(jìn)而減弱結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

如今，我國(guó)重點(diǎn)使用彈性反應(yīng)譜法進(jìn)行隔震裝置設(shè)計(jì)，此方法被廣泛使用，并且能達(dá)到較好的應(yīng)用成效。這是由于該方法所應(yīng)用的相關(guān)理論等通俗易懂，而且能夠根據(jù)行業(yè)規(guī)范進(jìn)行有效約束，進(jìn)而確保設(shè)計(jì)精度的準(zhǔn)確性。將隔震裝置主體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，可以大大減小隔震裝置被地震襲擊后遭受的震蕩變形。隔震裝置自設(shè)計(jì)到運(yùn)行的每一個(gè)步驟均需要參與其中。為了有效提升橋梁工程抗震性能，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)的隔震技術(shù)。橋梁設(shè)計(jì)工程師應(yīng)掌握隔震裝置設(shè)計(jì)的隔震原理及相應(yīng)周期等重點(diǎn)內(nèi)容，提升橋梁建筑的抗震能力，進(jìn)而提高其安全性能。在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，已有的計(jì)算方式存在較大偏差，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理規(guī)避這一問(wèn)題，尋找能夠精確計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)反應(yīng)程度的方法，進(jìn)而制定有效方案，提升橋梁設(shè)計(jì)的科學(xué)性。在設(shè)計(jì)橋梁隔震裝置過(guò)程中，也應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注橋梁的附屬結(jié)構(gòu)，比如限位裝置、防落梁裝置等，應(yīng)開(kāi)展對(duì)地震災(zāi)害與動(dòng)力過(guò)程的相關(guān)分析，從而得出細(xì)部構(gòu)件對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)程度與隔震成效的影響程度。然而實(shí)際情況下，由于附屬結(jié)構(gòu)計(jì)算公式難以快速計(jì)算，大部分工作人員忽視了細(xì)部構(gòu)件的作用。

2.2 隔震設(shè)計(jì)的相關(guān)原則

在進(jìn)行橋梁工程設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)完善的橋梁隔震裝置，以提高橋梁的抗震能力。要想有效提高橋梁的抗震能力，應(yīng)按照如下原則進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)：第一，采取實(shí)地調(diào)研的方式檢查其隔震設(shè)計(jì)是否合理，橋梁工程已有的隔震設(shè)計(jì)是否適當(dāng)，以及運(yùn)用這一體系提升震后能量吸收能力的判斷依據(jù)等。在設(shè)計(jì)相關(guān)的隔震策略時(shí)，應(yīng)盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便并且能有效加強(qiáng)隔震能力的設(shè)備。第二，應(yīng)選擇對(duì)稱結(jié)構(gòu)以預(yù)防由于地震引發(fā)的橋梁倒塌現(xiàn)象。在加入相關(guān)隔震策略后，應(yīng)轉(zhuǎn)變其結(jié)構(gòu)周期，預(yù)防地震引起的共振作用，進(jìn)而減弱橋梁遭受的地震沖擊力，增強(qiáng)穩(wěn)定性與防震功效。第三，應(yīng)重視橋梁的整體性能，如果橋梁整體能力較弱，則不能充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間作用，極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)的相關(guān)構(gòu)件被震掉。應(yīng)盡可能選用持續(xù)不斷的上部結(jié)構(gòu)，并使用能提高結(jié)構(gòu)整體性能的連接方式，于所有連接點(diǎn)制定減震措施，進(jìn)而高效地提高橋梁穩(wěn)固性。第四，在進(jìn)行具體抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)制定構(gòu)造措施，采取冗余的方式，加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。如此能有效地提升橋梁的安全與穩(wěn)定，最大化規(guī)避橋梁坍塌的情況[2]。

2.3 隔震設(shè)計(jì)的相關(guān)方法

首先，可以采用橋梁延性控制方法加強(qiáng)橋梁結(jié)構(gòu)抗震能力，這種方式主要利用結(jié)構(gòu)確定相關(guān)部位的塑性變形，從而有效抵御地震作用。通過(guò)相應(yīng)部位的塑性變形，能夠減弱地震能量并增加結(jié)構(gòu)周期，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)。由于地震作用致使彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并不符合具體情況，且具有較低的性價(jià)比。存在嚴(yán)重的地震災(zāi)害時(shí)，容許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，進(jìn)而產(chǎn)生局部塑性變形，此時(shí)可以通過(guò)結(jié)構(gòu)延展性展開(kāi)有效抗震。在地震出現(xiàn)概率較低的地區(qū)，設(shè)置延性結(jié)構(gòu)能夠有效節(jié)約成本。然而這種方法在具體應(yīng)用時(shí)仍存在一定的限制，原因是地震強(qiáng)弱引發(fā)的災(zāi)害等級(jí)不一定，并且在不同地震作用下，橋梁的抗震能力不確定，在產(chǎn)生地震時(shí)，所造成的嚴(yán)重破壞力會(huì)影響橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件的功能，嚴(yán)重會(huì)引發(fā)橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效，進(jìn)而造成橋梁坍塌。其次，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，還可采用減隔震技術(shù)有效提升橋梁的抗震能力。當(dāng)出現(xiàn)地震時(shí)，隔震支座與阻尼器能快速降低震力，減小橋梁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而提升橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。通過(guò)選擇摩擦力小的滑動(dòng)摩擦型減震支座（此類支座是由不銹鋼與聚四氟乙烯材料制成），水平地震作用會(huì)引起上部結(jié)構(gòu)的橫向移動(dòng)，致使支座間存在滑動(dòng)摩擦力，上部結(jié)構(gòu)到下部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)很大的地震力，致使支座出現(xiàn)最大摩擦力，支座移動(dòng)使力量減弱的同時(shí)，材料間的相互摩擦力又使得部分地震能量被削弱。然而這種支座不能主動(dòng)恢復(fù)原位，并且上下結(jié)構(gòu)造成的位移大，不易掌握支座響應(yīng)時(shí)的相關(guān)性質(zhì)，因此應(yīng)與阻尼器或其他支座共同使用[3]。最后，在減隔震設(shè)計(jì)過(guò)程中，要想充分展現(xiàn)減隔震裝置的減耗能作用，應(yīng)在減隔震裝置中加入非彈性變形與耗能環(huán)節(jié)，如此能有效避開(kāi)下部結(jié)構(gòu)的屈服作用，并確保下部結(jié)構(gòu)剛度高于減隔震裝置的水平剛度。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)考慮上部與下部結(jié)構(gòu)的相關(guān)特性。總之，在開(kāi)展結(jié)構(gòu)延性抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中，提升延性的方法之一是加大相應(yīng)結(jié)構(gòu)斷面尺寸與配筋比率，能有效降低縱橋向地震作用。在嚴(yán)重地震災(zāi)害作用下，使用減隔震裝置能夠減弱固定墩和主梁間的剛性約束力，極大減弱橋墩的地震響應(yīng)，然而利用橋墩梁會(huì)使相對(duì)位移變大，應(yīng)建立合適的阻尼裝置與構(gòu)造策略，來(lái)掌控橋墩的相對(duì)位移。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，橋梁專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)提升自身隔震設(shè)計(jì)意識(shí)，掌握隔震設(shè)計(jì)相關(guān)理論知識(shí)并運(yùn)用到實(shí)際建設(shè)中，進(jìn)而有效改善地震對(duì)橋梁的沖擊作用。在我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制不斷完善的背景下，橋梁工程快速轉(zhuǎn)型，要最大程度地提升橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量，工程師應(yīng)按照橋梁場(chǎng)所、結(jié)構(gòu)特征等開(kāi)展隔震設(shè)計(jì)工作，來(lái)提升其抗震能力與穩(wěn)固能力。工程施工單位與設(shè)計(jì)單位，也應(yīng)主動(dòng)選取有效的設(shè)計(jì)理論與隔震技術(shù)，以提升有關(guān)橋梁工程的抗震能力與安全性能，進(jìn)而確保橋梁工程的快速進(jìn)步與發(fā)展。