桥梁设计中应用隔震设计技术的方法

桥梁设计中应用隔震设计技术的方法

李亚丽

中国瑞林工程技术股份有限公司深圳分公司 广东省深圳市 518040

摘要：随着人们对桥梁设计提出的新要求，各个桥梁工程中都不可忽视的隔震设计，以通过各种隔震设计来降低震害，提高桥梁结构的整体稳定性与安全性。当前的市场上陆续出现了多种隔震设计技术，但由于每个桥梁都有各自的结构特点，为达到隔震设计的目标，保障桥梁的各方面性能，设计人员需综合多种因素选择恰当的隔震设计方法，优化桥梁结构。基于此，本文重点分析了桥梁设计中的隔震设计方法，对同类型项目具有指导与借鉴价值。

关键词：桥梁设计；隔震设计；技术方法

当前交通事业稳步发展的过程中，我国的桥梁工程呈现数量增多、规模扩大的趋势，这些桥梁工程投入使用后满足了人们的出行需求，创造了较大的经济与社会效益。但许多桥梁的结构复杂，在结构设计中的难度系数较大，为符合实用性、耐久性、安全性等要求，做好减震设计十分重要。部分桥梁工程由于未重视隔震设计，结构安全性不足，后续出现安全事故的几率较高。未来各个桥梁工程中，设计人员都需将隔震设计作为重点，选择恰当的隔震设计方法。

1.桥梁工程震害分析

桥梁工程中的震害危害较大，易引发桥梁的结构安全事故，增大通行安全风险，为此，做好桥梁的隔震设计十分关键。桥梁震害主要表现在以下方面：（1）上部结构的破坏，受到震害影响，上部结构可能被损坏，但这种由震害引起上部结构损坏的现象较为少见，一般都是震害损坏其他结构最终引起上部结构损坏[1]。（2）支承连接部位的震害，这种情况比较常见，如在桥梁工程中支承连接部位受损严重，必将导致力的传递方式有所变化，影响其他结构部位。（3）下部结构、基础的震害，如下部结构与基础破坏较为严重，可能出现桥梁倒塌的问题。除了地基损坏，桥梁墩台、基础的震害一般是因为受到了巨大的水平地震力，瞬时反复振动在相对薄弱的截面引起结构损坏而导致安全事故。

2.桥梁隔震设计的相关理论和重要性

在桥梁中开展隔震设计实际上就是为了保护桥梁结构，以最大程度上减小震害对结构的冲击，提升桥梁的抗震性。桥梁隔震设计的原理为：延长桥梁结构的自振周期，以减小震害造成的负面影响，通过在桥梁中实施抗震设计，可避免震害时结构自振周期与地震周期相吻合而引发结构共振的威胁；增大结构阻尼，通过增设阻尼装置来增大结构阻尼，使后续即使遇到了震害也能在短时间内分散地震力；分散桥梁结构的水平地震力，水平地震力对桥梁结构的威胁较大，利用控制桥梁固定墩的方式重新分布桥梁应力，可保护桥梁免受水平作用力影响[2]。

3.桥梁隔震设计的具体做法

3.1铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座是上世纪七十年代中期出现的，利用这一方式可解决中、短跨度桥梁结构抗震能力不足的问题，实施便捷且有效。铅的屈服应力较小，滞回曲线丰满，滞回特性突出，当处于变形停顿阶段时可恢复其本身的形态或者性能，这些特征使其作为阻尼器相对适用。结合铅芯橡胶支座在桥梁中的应用，这类型支座的构造简单、制作便捷，且成本偏低，在桥梁中能提供较大的阻尼，很多时候单独作为桥梁支座。

3.2聚四氟乙烯滑动支座

聚四氟乙烯滑动支座就是PTFE支座，本质为柔性支座，利用了PTFE摩擦系数较小的特性，具体的处理中，可直接将其按照有关规定粘贴于支座表面，与此同时在梁底支撑部位设置不锈钢板，保障其在支座表面的灵活滑动，以达到大横向位移的需求[3]。考虑到PTFE支座的特殊性，在大跨度桥梁中的应用效果较为理想，其突出优势为对输入地震波频率特性不敏感。在桥梁结构中如采用PTFE支座，由于在聚四氟乙烯与钢板之间存在一定的摩擦耗能，可有效降低内力反应，其效果对输入地震波的频谱特性不敏感，但因为其无法提供恢复力，梁体与墩、台之间的相对位移较大。为此，为克服不足，桥梁结构中一般需将该支座与阻尼器或者防落梁装置结合。针对滑动隔震系统上部结构与滑动支座位移过大的情况，可使用摩擦摆支座、R-FBI支座等来处理。

3.3叠层橡胶支座

叠层橡胶支座中包含橡胶片与钢板两个部分，作用原理为：钢板对橡胶片横向变形有一定的抑制作用，增大了叠层橡胶垫的竖向刚度；钢板对橡胶剪切变形的干扰小，可保障橡胶的柔韧性。结合现有的相关理论研究，橡胶支座的力—位移滞回曲线具有狭长性，在具体的设计中一般可用线性替代。在桥梁设计中利用橡胶支座可增强结构柔性，进而延长结构周期来减震，但这类型支座也有缺点，就是梁体与墩台之间的相对位移较大，在应用时需考虑这一方面。

3.4粘滞阻尼器

粘滞阻尼器为能耗性设备，将其应用在桥梁结构中时利用了活塞前后运动的压力差，由于存在这一压差作用，粘滞导流体可顺利进入到节流孔中，使整个结构系统的能耗、阻尼力作用较高，如发生地震灾害，阻尼器将随着地震变形而产生位移变化，也就对抑制桥梁基础的变形、开裂等非常有效[4]。桥梁结构设计中安装阻尼器的方式下，为发挥阻尼器的作用，实际的工作中应考虑设备的设计方式，将阻尼器设置于桥梁边端的中部位置，或者辅助桥墩、加劲梁中间部位，如图1所示，这种布设方式下可大大增强基础结构的抗震性。

图1桥梁阻尼器实物图

4.桥梁设计中隔震设计要点

4.1地基结构隔震

桥梁结构的隔震设计中，地基结构的隔震设计尤为重要，具体的设计过程中，技术人员需做好技术定位，考虑地震结构的隔震对象，构建屏蔽隔震与绝缘隔震路径，提升整体的隔震能力。如设计人员采用屏蔽隔震技术，需参考桥梁结构规模、施工现场的情况，严格执行结构设计规范与标准，对地基实施专业化处理，如将屏蔽板埋设于挖好的地基中，利用这一结构形式隔阻地震力学波，但在施工中需由专人来处理屏蔽板，保障屏蔽板的采购质量、施工规范[5]。绝缘隔震技术通过大刚度或者地质较软的地基来抵消地震地基输入波，达到隔震目标，但在该技术下施工人员需严格遵循设计施工标准，如可在地基结构与上方结构之间安装隔震装置，以提高基础结构的抗震性。技术人员在处理时主要可采取绝缘隔震、能量吸收隔震的方式，借助多元化隔震方式构建完整的技术体系。现场施工作业中，施工人员应利用滚动轴承来隔震，在轴承作用下减小地震的破坏作用。为提高滚动轴承的各种作用，施工人员需综合分析滚动轴承的性能，以选择合适的轴承类型。能量吸收隔震中，需在现场设置减震装置，利用该装置来提高桥梁结构的抗变能力，增强结构的整体稳定性。

4.2上部结构隔震

桥梁上部结构的隔震处理中，需在恰当的结构位置布设隔震装置，发挥该装置的作用。就当前的市场发展情况来看，可选用的隔震装置有多种类型，但应用最多的是附加振动隔震、能量吸收隔震两种。现场施工中施工人员通过分析现场的诸多因素，可选择合适的隔震技术与装置，从根本上提升上部结构的隔震能力。如在工程现场采用的是附加振动隔震的方式，施工人员需在振动结构附近增设与桥梁荷载无关的振动体，后续发生地震时使桥梁受到的振动能力可转移到该振动体，减小地震对桥梁结构的负面影响。上部结构隔震中利用能量吸收隔震时应根据实际情况构建隔震技术体系，如增设阻尼装置隔绝地震能量。

结束语：

当前我国交通事业稳步发展的过程中，行业内对桥梁的隔震设计提出了新的要求，各个工程企业在桥梁设计中都需重视隔震设计，采取恰当的设计方法提高桥梁的隔震能力。未来的桥梁设计中，技术人员应创新隔震设计方法。

参考文献：

[1]段继祖.分析桥梁设计中隔震设计的重要性[J].黑龙江交通科技,2020,43(4):2.

[2]蒋陈陈.桥梁设计中隔震设计的重要性研究[J].建材发展导向,2020,18(1):1.

[3]万华平,卫志成,苏雷,等.基于系统地震易损性的桥梁隔震支座优化设计[J].地震工程与工程振动,2021,41(5):10.

[4]孟天昌.桥梁结构的减隔震设计要点分析[J].工程技术研究,2021,6(19):2.

[5]周英志,周毅.桥梁用高阻尼HNBR隔震支座的设计[J].橡塑技术与装备,2021,47(13):5.