橋梁抗震設計要點和減隔震技術的應用

魏周博（甘肅天成道橋勘察設計有限公司,甘肅 蘭州 730200）

減隔震技術是近幾年橋梁建設中最常用的抗震技術，其不僅具有減震的作用，也具有隔震的作用，能夠發揮雙重抗震效能，對于橋梁的整體質量安全具有保障作用。通過減隔震技術的應用能夠有效避免地面破壞運動對橋梁結構的過度影響，提升橋梁的穩定性能，并且這一技術的應用還有利于延長橋梁的使用年限，確保經濟效能。在橋梁設計中，常使用減震支架、阻尼裝置等將外部震動對橋梁結構的影響降到最小，控制其震動能量的傳遞，從而達到較為理想的抗震效果，減少對橋梁穩定、安全結構的不利影響，以增強其在通行使用中的可靠性。

1 橋梁抗震設計要點

1.1 合理選擇橋梁施工場地

在橋梁抗震設計中應注意對施工場地的合理選擇，這是保證橋梁抗震效果的基礎前提。通常而言，在選擇施工場地時，要盡可能選擇較為堅硬的地基，能夠為橋梁提供平穩的平臺，在遇到地震情況時不會出現嚴重垮塌，必須盡量保證地基的有效性。以基巖、碎石、硬黏土等為主的地基類型是較為堅硬的地基，其可以為橋梁提供穩定的基礎，可作為施工場地的首選。如果所設計橋梁的地區位置是軟弱地基時，應在允許范圍內對地基進行強化加固，重點在于要防止地基受震動因素影響而出現變形，以此確保地基地穩定，進而保證橋梁的抗震性能。

1.2 避免梁落問題的發生

橋梁抗震設計中需避免梁落問題的發生，由于地震發生時，其所產生的震動能量會隨著橋梁的結構進行蔓延，而導致橋梁出現結構位移、部分坍塌等現象，對橋梁上行駛車輛的安全造成嚴重危害影響，對此則需要采取措施加強橋梁結構的連接固定性，增加其震動的彈性，在一定范圍內允許其能夠發生位移，而避免梁落。此外，當橋梁的主梁與墩臺縫隙加大時，也容易導致梁落問題的出現，對此可以對橋梁中未連續的位置進行加固，強化其間的聯系，而達到防止橋落地目的。

1.3 加強墩柱設計控制

墩柱是橋梁施工建設中的重點所在，其不僅起到支撐橋梁結構的作用，而且對于減震和隔震也發揮著關鍵作用，因此墩柱也是抗震設計的要點之一。對于墩柱設計需加強質量控制，從兩個方面進行考慮和選擇，一是根據可能發生震動的實際強度確定墩柱是否能夠承受得住，而依此優化墩柱的結構體系，確保其抗震性能；二是對墩柱配筋的選擇，應嚴格控制其質量，讓墩柱配筋的強度與承受力相匹配，增強墩柱配筋的穩定性，切實發揮出抗震效果。

2 橋梁減隔震技術的應用

2.1 減隔震技術的概念

減隔震技術主要包括兩個方面的內涵，即減震和隔震，在整個橋梁抗震結構的設計中，對于減隔震技術的應用也是分別基于這兩點進行的。減震是通過對阻尼裝置與耗能裝置的應用改變橋梁結構的動力學，一旦發生地震等威脅橋梁結構穩定性的問題時，減震裝置可以發揮作用將地震力吸收、轉移，以達到減震的目的。隔震是通過對結構設計的調整與優化，借助震動周期將震動所產生的能量的沖擊力降低，分散其能量，進而阻隔震動對橋梁結構穩定性的影響。

2.2 減隔震技術的原理

減隔震技術是通過減震裝置在橋梁結構中的應用而發揮作用的，在橋梁結構設計中將減隔震裝置安裝其中，達到減震和隔震的目的。減隔震裝置不僅具有技術性的特點，而且在其效能的發揮必須與橋梁整體結構的設計相配合，從而在地震情況發生時，才能夠將地面運動對橋梁結構體系的力量分散和阻隔，起到保護橋梁結構穩定性的作用。減隔震技術中同時也涉及動力學的應用，其根據動力學原理合理設計減隔震裝置的具體運用位置，確定其裝置的強度大小，以達到更好的減震、隔震效果。

2.3 減隔震技術的具體應用

2.3.1 黏滯阻尼器的應用

黏滯阻尼器（圖1 所示）屬于減隔震裝置中的耗能裝置，其通過借助液體的黏性而發揮阻尼效果，進而可以將震動力帶來的能量直接消耗，避免對橋梁結構產生振動影響。黏滯阻尼器主要構造包括缸筒、導桿、黏滯流體以及活塞等，當震動力發生且對其產生作用之后，黏滯阻尼器中的活塞就會在缸筒中進行相對運動，而黏滯流體則會沿著缸筒空隙流動，這一過程中就會形成阻尼力，所出現的震動力隨著這一動作過程也會逐漸被消耗，進而實現了減震效果。在橋梁結構設計中，通過將其安裝設置在地塔梁之中，主要目的在于避免橋墩出現變形問題，有效提升橋梁整體結構的穩定性能，也發揮出較強的抗震效用。我國現有的橋梁工程中運用此裝置最多的是重慶的大橋。

圖1 粘滯阻尼器示意圖

2.3.2 高阻尼支座的應用

支座在橋梁結構中是非常重要的結構部件，其主要作用是連接橋梁的上下部位結構，同時發揮豎向荷載的作用，剛度較強。因此其水平方向的剛度就相對較弱，當地震發生后，所形成的荷載作用使得橋梁結構的震動周期擴大，由此可以降低震動對結構產生的影響。為了進一步強化橋梁支座的減隔震效果，在橋梁結構設計中通常選擇運用高阻尼支座，較為常見的有鉛芯橡膠支座和高阻尼支座。其中鉛芯橡膠支座（如圖2所示）指的是在板式橡膠支座中心處直接壓入鉛芯，重構橡膠支座原本的阻尼性能，由此形成的鉛芯橡膠支座具有較強的阻尼性能。由于鉛芯的屈服剪力小，力學性能好，剪切剛度高，因此對該種支座進行應用時，可以極大程度上消耗大量的地震力能量，減少對橋梁結構的影響作用，從而實現提升橋梁結構性能的作用。同時，鉛芯的剛度較高，不易發生變形，因此即使面對地震力時其依然可以保持較為穩定的形態，而且也能夠彈性調整自身的剛性，以進一步規避變形問題的產生，增加橋梁結構使用壽命，防止橋梁遭受過度破壞。但由于鉛芯本身的成本較高，將其壓入板式支座后所形成的鉛芯橡膠支座在施工時規模也比較大，因而許多橋梁工程施工過程中為控制成本支出很少運用此種類型的支座。

圖2 鉛芯橡膠支座結構剖面圖

2.3.3 擺式滑動摩擦支座的應用

擺式滑動摩擦支座也是橋梁結構設計中經常使用的減隔震裝置之一，其構件包括鐘擺裝置和滑動摩擦裝置兩部分，應用原理是基于鐘擺原理而實現的減隔震目的。一方面球面的鐘擺式運動能夠將橋梁結構的運動周期實現進一步延長，進而可以達到隔震效果；另一方面支座在滑動界面中進行滑動時，會產生摩擦，而摩擦可以有效減震，降低震動的強度。由于支座的滑動線路并不是直線形式的，而是具有弧度的滑動界面，也可以促使橋梁結構的運動周期得到延長，因而更能夠將地震力的沖擊力進行緩解，減輕地震力的影響，有效增強橋梁結構的抗震性能。由于地震發生后，會導致橋梁發生位移現象，位移的過程中會導致支座平面受到磨損，因此需進行定期的維護和保養。

2.3.4 分層橡膠支座的應用

橋梁與橋墩之間的支座裝置是增強橋梁安全性、穩定性和可靠性的關鍵，能夠有效減輕地震力對橋梁結構的沖擊影響，因此；在橋梁抗震設計中支座是重點考慮的內容。分層橡膠支座在橋梁結構設計中也是應用較為廣泛的構件，其由薄層鋼板和橡膠片構成，通過層層交替疊加形成矩形狀或者圓柱形狀，由此在鋼板與橡膠的雙重作用下能夠獲得較好的減隔震效果。分層橡膠支座中發揮關鍵減震作用的是橡膠，其易變形，因而阻尼系數不高，能夠更好地減震和隔震。

3 結語

綜上所述，橋梁工程是我國基建施工中最常見的工程，其建設的安全質量和整體結構穩定性是其工程的關鍵所在。因此，在橋梁結構設計工作中應加強抗震性能的控制，重視對減隔震技術的應用，如合理應用黏滯阻尼器、高阻尼支座、擺式滑動摩擦支座等，發揮減隔震裝置的減隔震作用，提高橋梁結構的穩定性，減少地震對其產生的破壞，從而確保橋梁結構整體穩定。