市政橋梁項目減隔震設計要點

謝裕平

摘 要：在橋梁工程隔震設計過程中，設計人員要嚴格遵循各項基本原則，在了解隔震措施原理和適應性的基礎上，選擇適宜的隔震措施，使隔震設計工作得以順利完成，保證實際的隔震效果，增強橋梁整體隔震性能，達到預期的隔震目標，減小或避免地震帶來的損失。為解決橋梁工程設計過程中的隔震設計問題，本文在明確市政橋梁設計中隔震設計的重要性及原理上，對橋梁工程設計中隔震設計的具體方法進行分析，以期為相關人員提供參考。

關鍵詞：市政橋梁;減隔震設計;設計要點

中圖分類號：U442.55 文獻標識碼：A

0 引言

為了滿足城市現代化建設的需要，市政橋梁建設不斷增加，用于緩解城市交通壓力，完善城市交通網絡。但是大型的市政橋梁項目由于結構較為復雜，且工程規模較大，因此保證結構的穩固性具有一定的難度。文章主要分析了市政橋梁項目中減隔震設計的要點，希望能優化減隔震設計，延長橋梁壽命，提高橋梁安全性。為抵御地震災害對橋梁結構的不利影響，較為有效的方法便是在橋梁減隔震設計中引入減隔震裝置，既能充分利用該裝置所具有的柔性結構特性延長橋梁自振周期并減小和緩解地震力，又能發揮減隔震裝置的耗能效果，控制因橋梁結構自振周期延長而引發的位移。當前，主要通過增設減隔震支座作為橋梁結構主要的減隔震裝置，該支座通常由橡膠類減隔震體系、滑動摩擦體系、彈塑性鋼耗能體系等組成。考慮到橡膠類隔震體系豎向承載力有限，在水平荷載下穩定性無法保證，而且滑動摩擦體系在遭遇震害后會沿曲面發生滑動，導致梁體結構抬升，不利于橋梁上部結構的穩定。

1 市政橋梁設計中隔震設計的重要性及原理

1.1 設計的重要性

目前，我國的地質災害頻發，尤其是地震災害影響的范圍廣、破壞性大，其中對市政橋梁的破壞尤為明顯，因此在進行市政橋梁設計的過程中增加了隔震設計。在市政橋梁施工的過程中安裝隔振器或者阻尼器，能有效地減少地震帶來的損壞。近些年來，眾多發達國家不斷的進行研究和探索，完善隔震設計方案，并且取得了一定的成績。隔震設計是抗震方式的新的發展形式，進行市政橋梁的抗震設計時通過在一定程度上減少地震引起的橋梁結構的振動，有效地避免橋梁結構的損傷，增強橋梁的抗震能力。在傳統的橋梁的設計以及橋梁的施工過程中，通常情況下會提高橋梁的結構強度以及結構變形能力來增大橋梁的抗震效果。與之對比的是，橋梁的隔震設計的理論基礎是在橋梁的設計中加入了柔性的裝置進行設計，減少橋梁結構在水平方向運動的關聯性，保證橋梁關鍵的結構件能夠減少地震的損傷，降低橋梁結構的響應加速度，并且在進行隔震設計過程中添加阻尼設計，從而實現地震與橋梁結構的隔離，減少地震的傳遞能量，從而使得市政橋梁的整體結構的抗震能力大大增強。

1.2 隔震設計原理

市政橋梁結構設計中，隔震主要就是為了可以避免其結構受到地震的影響而出現損壞的情況，在具體應用中，為了可以使得市政橋梁的結構設計達到隔震的效果，設計人員一般都會根據需要來延長橋梁的結構周期，通過該方面的因素來避免地震造成的橋梁損壞情況。但是，在設計時，如果橋梁的結構設計延長了結構周期就會出現位移，從而導致了強度提升比較困難。此外，如果橋梁結構設計為柔軟性質，在正常的交通運行中，也容易存在有害振動的影響。

2 市政橋梁用隔震設備的分類

2.1 粘滯阻尼器

粘滯阻尼器的應用對于降低地震所產生的震動影響有著非常重要的作用，目前很多的建筑設計人員都在全面地應用該技術來提升抗震性能，以滿足人們對于橋梁穩定性的需要。在具體應用中，粘滯阻尼器所具備較多的優點，首先屈服力與摩擦力是常用值，在結構出現變形情況時，就能夠將二者數值同步，進而可以避免出現變形而影響橋梁結構的性能，但是在具體應用中，如果阻尼器的參數為1時，就會導致橋墩出現嚴重的變形，而當阻尼器變為0時，阻尼器的阻尼力是最大的，橋墩也就不會出現較大的變形。由此可見，選擇合適的粘滯阻尼器能夠全面提升橋梁結構的穩定性和安全性。

2.2 擺式滑動摩擦支座

目前市政橋梁設計人員在加大研發力度，以采取更加有效的措施來合理的布置擺動式滑動摩擦支座，以更好的提升橋梁的抗震性能。設計方案中，選擇使用擺動摩擦支座的基本原理就是通過滑動摩擦支座與鐘擺概念相結合的方式，從而可以達到一種較強的隔震效果，在應用中，擺動式摩擦支座的滑動面是曲面，因此，在設計過程中，需要按照實際的要求情況，通過滑動摩擦將地震所形成的能量抵消掉，然后就會使得橋梁復位，避免地震造成嚴重的橋梁損壞問題。在該結構的設計中，曲面半徑是非常重要的技術參數，對于整體抗震性能影響也是最大的，所以在實踐中應該根據滑動支座的形式來進行平面設計，這樣才能降低地震所產生的影響。

3 橋梁工程抗震設計方法

3.1 橋梁的強度設計

抗震設計是橋梁設計中應用比較早的設計方法，其中一個主要的設計元素就是橋梁的強度。靜荷載主要指的就是橋梁在地震力作用下產生的荷載，需要進行結構構件屬性狀態的測定。作為構件的主要屬性，就需要對強度和剛度特定狀態下的失效表現進行測量。這種強度是設計的主要原則，在很多抗震設計工作中得到了應用，并且應用效果也相對令人滿意。

3.2 橋梁的延性設計

以地震過程產生的橋梁結構破壞問題為主要突破點，就可以實現彈塑性破壞特點的總結，相關學者提出了可以在延性的基礎上進行橋梁的抗震設計。這種設計方法主要是借助地震力來進行系數的修正，對反應譜的加快速度進行優化，對地震內力的性能進行有效分析，對各類型結構的延性內在需求進行全面的反應。

3.3 橋梁的性能設計

由于地震力具有一定的不規律性，因此就要求橋梁結構的抗震性能要具有一定的目標性能。必須要做好目標的規范設計，有效的控制橋梁的受損情況，保證地震結束以后，橋梁工程的安全性和交通性。在保證橋梁工程安全性的過程中，需要將對地震進行阻隔作為橋梁工程性能建設的目標，進行多視角、多層次的抗震設計，在保證橋梁結構穩定性的過程中，將地震災害的負面影響降到最低。

4 市政橋梁項目減隔震設計要點

4.1 技術的適用性

橋梁工程的減震設計，首先應該掌握減隔震技術的適用范圍，明確在軟土路基工程該項技術不適用。如果橋梁工程的施工土壤路基，受到地基與樁基之間側向剛度不足的影響，就會延長橋梁工程的地震周期。因此，如果對減震技術進行運用，就會造成嚴重的橋梁坍塌問題。在剛性能力較高的橋墩工程質應用此項技術效果較高，能夠有效減少地震對橋梁工程產生的負面影響，對橋梁上部與橋墩兩者間的運動進行有效的分類，延長橋梁的振動周期，避免橋梁結構在地震作用下產生破壞。

4.2 減隔震裝置分析

4.2.1 分層橡膠材質的支座

在進行橋梁減隔震設計的過程中，經常會使用支座，目前常用的支座材質有分層橡膠和鉛芯橡膠兩種。在我國，運用分層橡膠通常可以制成板式支座。主要的分層橡膠制作技術如下：首先需要將薄質橡膠片與薄質鋼板進行交替結合，在這一過程中形成相關的支座，這種支座一般有圓形和矩形兩種，并且設計的靈活性也比較大。在具體的抗震設計時，進行完分層橡膠支座的制作以后，還需要對水平剛度和阻尼的使用效果進行分析。水平剛度就是橡膠支座向下兩個板面之間的位移，外界應該適當的施加水平剪切力。在橡膠制作發生形變時，就會對地震能力進行消耗，并且在這一過程還需要對阻尼進行借助，阻尼的作用主要是借助于橡膠層的形變。如果使用天然橡膠進行支座的制作，通常阻尼比的設計范圍就會集中在5%～10%。在進行分層橡膠支座實際的應用過程中，進行位移受力情況的分析可以發現，位移變化比較小，對地震的抵抗能力就會比較好。

4.2.2 鉛芯橡膠材質的支座

這種材質的支座主要的制作方式就是在橡膠板式支座的基礎上，將鉛芯壓入到橡膠支座中心位置，鉛芯的純度較高，在提升阻尼應用效果的同時，還能夠具有良好的減震效果。鉛芯的力學性能非常好，其屈服數值只有10 MPa，

同時其初始剪切剛度可以達到130 MPa，具有很好的彈塑性能，在進行塑性循環對抗的過程中具有比較強的耐久性，能夠在對橋梁的抗震性能進行保障的前提下，滿足相關的耗能和靜力荷載等要求。因此，在分層橡膠支座中進行鉛芯的壓入，能夠有效提高減震性能，滿足橋梁工程對減隔震裝置性能的要求。即使在水平力較低的情況下，鉛芯橡膠支座也能夠以較高的初始剛度來對地震能量進行抵抗，同時也不會產生比較大的形變。在地震能量的作用下，由于鉛芯具有一定的屈服力，就可以對初始剛度進行降低，進而延長橋梁工程的使用年限，對地震傳遞能量進行了有效的抵消，避免了地震連鎖反應的出現。

4.3 嚴格遵循相關基本原則

在橋梁的隔震設計工作中，必須嚴格遵循相關基本原則：首先要遵循保證安全與舒適的基本原則，在編制具體設計方案時，設計人員應充分考慮橋梁工程自身特點與背景，注意不能盲目設計，要做到因地制宜，使設計具有一定針對性;同時，做好對橋梁工程所在場地的地質勘察工作，明確場地范圍內地質特點和實際情況，然后結合實際狀況制定隔震方案，順利且有效地完成所有設計任務，保證橋梁結構剛度，提高阻尼系數。此外，還需注意，在具體設計工作中，準確計算阻尼系數和剛度數值，然后根據計算結果選擇適宜的隔震裝置，使隔震設計達到理想的效果。

5 結束語

市政橋梁建設是城市建設工作的重要組成部分之一，對城市居民的生活質量與水平有重要影響。在市政橋梁設計中，合理使用減隔震技術可以有效提高橋梁抗震性能。我國目前在橋梁的減隔震方面仍有很長的路要走，要深入研究減隔震技術，引進先進技術，以提高橋梁的抗震性、耐久性與安全性。

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