橋梁抗震設計與減隔震設計的比較

王璐

摘要： 橋梁工程的抗震設計一般在靜力設計的基礎上進行，通過對某座四跨連續梁橋進行抗震設計及減隔震設計，探究這兩種方法的原理，分析該方法的特點并對這兩種方法進行比較，得出其適用范圍并為抗震設計手算方法提供實例。

Abstract： The seismic design of bridge engineering is generally carried out on the basis of static design. Through the design of seismic design and seismic isolation of a four-span continuous girder bridge， the principle of these two methods is explored， and the characteristics of the method are analyzed. These two methods are compared to obtain their scope and provide examples for the seismic design manual method.

關鍵詞： 抗震設計;減隔震設計;支座

Key words： seismic design;seismic isolation design;bearing

中圖分類號：P733.22 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）07-0111-04

1 延性抗震設計原理

采用延性概念來設計抗震結構，要求結構在預期的設計地震作用下必須具有一定可靠度保證的延性儲備。延性抗震設計實質是通過讓結構在特定部位形成塑性鉸，結構整體進入延性狀態而起到減震耗能的作用。其延性系數越大，所造成的結構損傷程度也越大。采用“抗震”對策進行設計，為結構提供較強抗震能力[1]。《公路工程抗震設計規范》規定：抗震設計是采用能力設計方法的延性設計。

2 減隔震設計原理

橋梁減隔震技術是一種工程抗震手段，其特點是先進、經濟和簡便。減震是利用特制減震構件或者裝置，讓其在出現強震的情況下提前進入塑形，產生大阻尼，從而將進入結構體系的能量消耗掉;隔震的原理是通過隔震體系，盡量讓主體結構中進入更好的地震能量，最大限度的降低結構的地震反應[2]。

一般情況下，減、隔震設計的情況包括如下幾種[3]：

①橋梁整體的基本周期較短，橋梁下部結構剛度較大，上部結構為連續形式。

②由于橋梁下部結構剛度不一致，為便于調節各橋墩剛度，引入減隔震裝置，如此可避免剛度較大橋墩承擔很大慣性力的情況。

③場地條件較好，長周期范圍所含能量較少，預期地面運動具有較高的卓越頻率等情況。

3 延性抗震設計與減隔震設計的對比

延性抗震設計和減隔震技術在抗震原理上是相似的，其原理都是利用延長周期的方式避開地震能量集中的周期范圍，然后通過增大阻尼的方式耗散能量，最大限度的降低地震反應。然而，兩者在具體的實施方法上存在較大區別，具體分析如下：

①延性抗震設計中重點考慮了如何使結構能夠承受更大的地震能量，因為該設計容許較大的地震能量自地面傳遞到結構的重要構件上;而減隔震技術不同，它需要將地震能量大大降低后才能傳遞到結構的重要構件上，其地震能量會大部分傳遞給減隔震裝置。

②延性抗震設計由于要求選定結構構件的特定部位屈服，使其形成塑性鉸，將剛度延長周期降低，從而起到增大阻尼的作用，所以說對結構構件的損失是無可避免的，并且震后極難修復。但減隔震技術不同，它通過設置減隔震裝置達到延長周期的目的，同時增大阻尼，能夠將能量大大降低。所以，對于結構構件的損傷是極小的，并且后期的修復也較為容易 [1]。

4 橋梁抗震設計實例

如圖1所示，某一四跨連續梁橋，跨徑組合為25+30+30+25m。預應力混凝土連續箱梁為其上部結構，高1.5m，寬18m。三道防撞欄桿質量共2.6t/m，橋面鋪裝厚13cm，箱梁的混凝土用量為0.6m3/（m2橋面）。采用雙柱式橋墩，墩柱為實心鋼筋混凝土截面，具體是1.35m（橫向）×1.5m（縱向），如圖2所示，橫向間距為4.15m，采用C30混凝土。如圖3所示，為墩柱截面縱筋配筋率采用尺寸及配筋。主筋為直徑25mm的II級鋼筋，凈保護層4cm。箍筋為直徑12mm的II級鋼筋，縱向間距：塑性鉸區段為10cm，塑性鉸以外為20cm。

抗震設計的要求：

對兩種支座設置方式進行比較：

①中墩每一立柱頂設置一個固定盆式支座，其它立柱頂設置單向活動盆式支座。

②在每一立柱頂均設置一個普通板式橡膠支座（邊墩為GJZ400×700×78，中墩為GYZ900×138）。

其支座設置的兩種方式，分別代表抗震設計和減隔震設計原理。第一種方法在中墩每一立柱頂設置一個固定盆式支座，其它立柱頂設置單向活動盆式支座。屬于抗震設計，目的是設法提高固定墩的抗震能力。第二種方法在每一立柱頂均設置一個普通板式橡膠支座（邊墩為GJZ400×700×78，中墩為GYZ900×138）。采用減隔震概念設計，上部結構為連續梁形式下部結構剛度比較大，采用普通板式橡膠支座以延長結構周期、減小地震反應，并分散上部結構慣性力。endprint

4.1 采用延性抗震法計算

4.1.1 設計地震力計算

5 結論

通過對抗震設計和減隔震設計這兩種方法的比較，得出以下結論：

①對于同一橋梁結構，抗震設計要求的結構內力大小要大于減隔震設計的結構內力。抗震設計主要依靠自身具有的強度，延性，耗能能力來抗震，設計是通過增加結構的強度和延性來實現。而減隔震技術是通過引入隔震裝置改變結構在地震中的動力響應特性，減少地震輸入，外加耗能機制作為主要的抗震構件，以結構構件為輔。

②為橋梁抗震設計和減隔震設計提供具體的計算過程，將公式應用于具體實例中讓人更好地理解計算過程。

③施加軸力對截面進行彎矩—曲率分析時，需要在分析軟件中自定義截面和鋼筋位置，得出相應的結果。

④延性概念設計抗震結構，對在預期內設計地震作用下的延性儲備具有較高要求，其必須可靠安全。

由于兩種抗震設計適用范圍不同，一般情況下，完全延性結構類型的抗震設計比較適用于普通的公路橋梁，其具有較高的經濟效益，而完全彈性結構形式的抗震設計比較適用于那些關鍵性橋梁，比如容易對社會造成較大危害的、為救災提供緊急車輛通行的，兩種抗震設計各有利弊，應結合具體情況具體分析，合理選擇最佳方案。

減隔震技術不僅結構的抗震性能良好，還具有較高的經濟效益，未來該方案在實際工程中的應用必將越來越廣泛。

參考文獻：

[1]李紅衛，蔣信萍，石巖，劉錫媛，王東升.山區連續梁橋隔震設計研究中的隔震度因素探討[J].公路交通科技（應用技術版），2014（06）.

[2]林永楷.曲線梁橋地震響應分析與減隔震研究[D].西安：長安大學，2014.

[3]夏超逸，雷俊卿.橋梁防震減震與評估加固的對策研究[A].北京交通大學：中國公路學會橋梁和結構工程分會2008年全國橋梁學術會議[C].

[4]劉鵬.橋梁抗震的減隔震技術[J].科技資訊，2006，33：247-248.

[5]王克海，李沖，李悅.中國公路橋梁抗震設計規范中存在的問題及改進建議[J].建筑科學與工程學報，2013（02）.endprint