山區橋梁設計中減隔震技術運用研究

文 / 中都工程設計有限公司華南分公司 鐘卓成

減隔震技術的有效運用對提高山區橋梁抗震性能，保障山區橋梁長久穩定使用有著重要影響。因此，有必要加強山區橋梁減隔震設計研究，以保證其應用技術科學、有效、合理。本研究從理論與實際兩方面出發，就減隔震技術基本概念、常見類型、適用條件以及實踐應用進行簡要分析，以為同類型工程設計提供理論參考，促進山區橋梁減隔震性能提高。

引言

基于近些年我國交通運輸事業的高速發展對交通運輸基礎設施建設提出的更高要求，山區橋梁作為交通運輸基礎設施體系的重要組成部分，由于其地理位置特殊，施工條件復雜，地質災害風險較高，因而對自身設計，尤其是減隔震技術應用設計，具有較高要求。

減隔震技術是一系列應用于建筑結構中提高建筑減隔震性能，滿足建筑抗震需求的技術，其應用的科學性、合理性、有效性對建筑質量與安全有著直接影響。以下由于筆者對減隔震技術及其在山區橋梁設計中運用談幾點體會，意在拋磚引玉。

減隔震技術理論分析

減隔震技術基本概念

減隔震技術是對減震技術與隔震技術的統稱，是提高建筑結構抗震性能，保證建筑物使用穩定、安全、可靠的重要手段。

在山區橋梁設計中，減隔震技術有效運用不僅能夠滿足山區橋梁抗震需求，也能夠進一步提高山區橋梁結構穩定性，減輕自然災害對山區橋梁的損害，從而延長山區橋梁使用壽命，節約山區橋梁維修養護成本，促進山區交通運輸事業發展。

減隔震技術中減震技術主要是通過阻尼、耗能裝置等合理配備，使建筑物能夠在地震發生時對震波能量進行有效吸收、消耗，減少地震災害的影響，其主要是借助柔性支撐結構延長結構自振周期，減少結構位移，或在建筑上部結構合理設置隔離層，讓建筑物擁有較為完善隔震體系，提高建筑結構穩定性，減少地震災害對建筑結構的破壞。

減隔震技術常見類型

目前，山區橋梁設計中較為常見的減隔震技術主要有以下幾種：

1.粘滯阻尼減隔震技術

即在山區橋梁設計中將粘滯阻尼減隔震裝置合理安置在橋梁邊墩、橋梁加勁梁、橋梁輔助墩等位置，借助該裝置活塞前后運動產生的壓力差，提高橋梁減隔震系統阻尼力，增加橋梁減隔震系統對地震波能量消耗量，從而減輕地震對建筑結構的破壞程度，達到良好減震抗震效果。

2.高阻尼支座技術

即在山區橋梁設計中將高阻尼鉛芯隔震橡膠支座或高阻尼隔震橡膠支座合理配備在橋梁上、下部結構連接位置，借助高阻尼支座水平變位能力強、阻尼效果好、地震能量吸收能力強等優勢，使橋梁能夠在地震中延長結構自振周期，隔離橋梁下部結構與上部結構地震響應，從而改善橋梁結構受力情況，增強橋梁結構穩定性。

3.彈塑性鋼擋塊技術

即在山區橋梁設計中將彈塑性鋼擋塊合理配備在橋梁結構中，地震時借助該裝置的塑性變形進行耗能，產生減震效果或增加結構自振周期，產生隔震效果。研究表示，塑性鋼擋塊應用到橋墩或橋梁上部與下部連接位置，能夠在一定程度上促進墩梁間相對位移、橋墩彎矩等減少，提高橋梁抗震性能。

4.摩擦擺式減隔震支座技術

即在山區橋梁設計中將摩擦擺式減隔震支座合理安裝到橋梁結構連接位置，借助支座摩擦耗能作用、自振周期延長作用等，產生減震隔震效果。

減隔震技術適用條件

在山區橋梁設計中，要想保證減隔震技術運用作用的有效發揮，應綜合考慮以下適用條件：

1.山區橋梁地質、水文條件復雜，導致橋梁使用受地質水文環境影響較大。故在抗震設計時，應充分考慮地質水平條件對減隔震技術運用存在的影響，以保證地震災害發生時，所運用技術能夠發揮減隔震效果。

2.山區橋梁設計中，減隔震裝置多配備在橋墩位置，這就需要加強橋墩適應性審查力度，保證減隔震裝置的應用不會影響橋梁整體結構穩定，不會對橋墩其他性能產生不利影響。

3.減隔震技術運用的關鍵在于，減少地震災害對山區橋梁的破壞，故在設計時，應堅持最優化原則，制定高質量橋梁設計方案。在此過程中，需要綜合考慮地震等級、地震頻次、施工條件、工程造價等多因素影響。

減隔震技術實踐分析

山區橋梁工程概述

工程項目為某山區高速公路橋梁。公路全長超過48km，設有橋梁41座，包括3座互通式立交橋。由于工程項目位于區域內地震活動帶，地震烈度9度，故對橋梁抗震性能具有較高要求。本研究以其中某座先簡支后結構連續橋梁為例，分析山區橋梁減隔震設計。已知橋梁跨徑2m×40m+3m×40m+3m×40m，最大橋墩高度45.29m。

山區橋梁工程設計

在全面掌握工程項目地質水文條件、抗震設計需求等信息基礎上，確定橋梁減隔震技術應用目標，并結合橋梁結構形式、施工工藝水平、減隔震技術應用要求等，制定減隔震技術應用方案。

考慮到橋梁工程項目抗震要求較高，故需要保證橋梁在震中能夠處于彈性狀態，且面對罕見地震時，橋梁結構潛在塑性區能夠受地震力作用進行塑性，橋梁上部結構、下部結構相對穩定。

本次擬設計三種方案：方案一采用高阻尼支座技術進行減隔震；方案二采用摩擦擺支座技術進行減隔震；方案三采用彈塑性鋼擋塊技術進行減隔震。

技術應用效果分析

根據三種設計方案構建有限元模型評價三種減隔震技術應用效果。

由表1結構自振周期結果可知，方案二結構自振周期明顯高于方案一、方案三，說明摩擦擺支座技術在本工程中的有效應用能夠更好延長結構自振周期，減少地震對橋梁的損害。

表1 結構自振周期情況

方案三與普通支座結構自振周期差異不大，說明普通支座具備一定減隔震功能，在普通支座應用基礎上配備彈塑性鋼擋塊，雖然能夠在一定程度上延長結構自振周期，但增幅較小。

統計三種設計方案最高墩支座變形情況，結果顯示：方案一最高墩支座縱向最大變形0.48m，橫向最大變形0.54m；方案二最高墩支座縱向最大變形1.06m，橫向最大變形0.56m；方案三最高墩支座縱向最大變形0.51m，橫向最大變形0.37m。可見方案一、方案二制作位移較大。

此外，對比各方案下順橋向與橫橋向墩底截面彎矩與剪力，發現三種方案下順橋向受地震響應影響較小，橫橋向方案一與方案二要好于方案三。可見，不同設計方案具有不同優缺點，綜合考慮本工程方案一、方案二減隔震效果更好。

結論

山區特性（如地質氣候條件復雜、自然災害頻發等）決定山區橋梁，尤其是處于地震帶區域的橋梁對抗震性能具有較高要求。因此，在發展山區橋梁工程項目時，做好山區橋梁抗震設計工作，保證山區橋梁能夠穩定、安全、長久使用至關重要。

有上述分析可知，減隔震技術是提高山區橋梁抗震性能的重要手段，在實際使用中需要堅持因地制宜原則，根據工程項目實際情況與需求科學設計，以保證所應用技術的合理性、正確性、有效性，從而促進減震、隔震作用最大程度發揮。