道路与桥梁的隔震优化设计研究

道路与桥梁的隔震优化设计研究

王萍

天津公路工程设计研究院有限公司  天津300381

摘要：随着城市化建设的日益完善，运输负担不断加大，想要减轻交通负担，除了修筑高速公路以外，大桥的建设也是至关重要的。大桥的承重构件和高速公路有所不同，它大部分的桥墩承载重量，所以没有相应的稳定性和防震特性，一旦大桥上有负载过大的汽车通过，则大桥将发生轻微摇动，这样不但会影响安全驾驶，而且会造成一定的安全隐患。

关键词：桥梁结构设计；减隔震技术；适用条件；

公路和桥梁施工工程作为现代社会经济发展的重要基础，加强施工质量尤为重要，特别是高速公路大桥的隔震设施，这将影响着大桥的总体施工质量，所以，建筑行业为此必须加大重视力度。

1减隔震技术的基本概念以及适用条件

（1）减隔震设计的基本概念。减隔震设计在实质上可划分为隔震和减震两种功能。隔震的主要目的，是在路桥建设过程中把可能导致构件损伤的运动能量和结构本身内部尽可能地加以隔绝。但为实现这一举措，在设计方案中则尽可能地延长了路桥建设的自震时间，同时又根据自然灾害多发区域巧妙设计路线方式，降低了地震灾害波动的严重程度和对结构本身产生破坏范围。而减震的主要目的，则是将在地震发生过程中就已在路桥结构中产生的动能，通过采用减震支座、设计技术和相应的阻尼设备对动能进行损耗，因而减小了运动动能对结构产生的损伤范围。在减隔震设计的实施过程中，由于施工条件困难常会出现结构位移反应增大问题，从而破坏了减隔震技术的设计核心问题。（2）减隔震技术的适用范围。减隔震技术不但适用于所有的桥梁架构设计，在特定情形下也是不适合于使用减隔震技术的，例如在我国目前的许多新老桥梁，都因为施工年限过长，设计安全性下降。所以，重新评估减隔震技术的实际应用情况，将更有助于减隔震设备的合理运用。本章中把减隔震技术的应用原则归纳为如下几个：1）由于地震的波颇有高、中、低之分，如果大桥构造所在区域比较接近于地震所产生的高频波，且能量也比较集中，应采用减隔震方法对大桥构造实施合理抗震设防措施；2）如果大桥的构造寿命相对较短，且结构也比较合理，就不会发生桥墩过高或过低的情况，也就可以通过减隔震方法降低抗震灾害影响；3）针对事先规划好的施工地点，应结合该场地板块的活动性质加以结合研究，当把灾害影响减至最小化时，就可以考虑减隔震方法进行防治。

2隔震设计的意义

当桥梁加入隔离设施后，如果桥面受到很大的外力，能够将力均匀分布到大桥的各个构件中，使大桥的整个构件得到压力，使得大桥不至于倒塌。隔离设计不同于防震设计，因为隔震设计对于地震对大桥的损伤防护更加有效，而且在同等的总成本的前提下能够更好地提高大桥的整体工程建造质量。受外界各种因素的影响也相对较小，甚至在日本大地震灾难出现后，桥梁质量也是经受住了考验。

3减隔震技术的分类

在中国，应用于大桥架构设计中的减隔震技术大致包括以下两种：⑴减隔震装置即为黏滞阻尼装置，通过尽可能的使用设计技术来消耗地震动的传播能力，从而降低了其对建筑物造成的损害，进而提高了大桥结构核心区域的抗压抗震水平，起到减隔震能力的效果；⑵减隔震装置分为摆式滑动摩擦锚固宽度和铅芯式橡胶隔震锚固宽度[1]。这两类减震技术虽然在工作原理上有些许的不同，但是都在延长桥梁结构自振周期的过程中发挥了作用，有效地结合在一起，共同减弱了外界的能量，有效地保护了桥梁，避免其受到的震动破坏，保证了桥梁的质量。

4桥梁减隔震设计应遵循地原则

只有在桥梁结构设计中实事求是，遵循一定的原则，按照相应的规章办事，才能更好地发挥桥梁减隔震的作用，极大地降低地震动传来的能量，为我国的桥梁抗震事业做出贡献。在桥梁的结构设计中应遵循以下几项原则。对已定的桥梁设计项目进行实地的考察，只有在摸清事实的基础上才能真正开始一个项目，只有在掌握实际情况的基础上才能更加全面地对桥梁进行相应的结构设计，具有全局效应。在减隔震技术的运用中，更需要进行实地考察，以确定该地区桥梁建设是否需要，或是否适合进行减隔震的技术运用。在进行桥梁的结构设计时，如果已经根据实际情况确定了在设计中减隔震技术的运用，接下来需要考虑的便是在该桥梁建设过程中，减隔震技术的运用，是否能够有效地减少地震的能量，从而增强桥梁的抗震性。只有在确定该点的时候才能对该项目进行进一步的开展。在实际选用隔震的装置中，因为减隔震的装置数量比较多，而且质量上也存在差异，所以，在实际选用隔震装置时，一般应选用满足桥梁构造的防震特性所需要的并且构造也比较简单的装备，耐震的能力也要在上述装置的力学性能要求范围内。

5同传统抗震设计相比采用新型减隔震技术的优点以及技术缺陷

5.1减隔震技术的优点

（1）通过支座中心、结构材料和防震机械的安装，使大桥上、下部结构的负荷分配明显改善，提高支座的整体柔性和制音，更利于防护桥梁、桥墩、平台和路基等；（2）改变大桥构件的侧向刚性，增加侧向阻尼，防止大桥构件的扭转失衡，并可以减轻抗震中桥面的压力；（3）较传统的抗震结构稳定性较好，且费用比较合理；（4）由于一般抗震结构面临着很多不稳定的因素影响，且结构的变动范围很大，因此不易控制并加以维护。新型减隔震材料的力学功能通过周密研究，力学性能可以真实地在研究成果中体现。

5.2减隔震技术存在的技术缺陷

（1）由于中国所使用的减隔震技术与发达国家比较，发展较为滞后，由于不断推广和实践，频发的情况也普遍存在。（2）缺少必要的设计与施工对技术、使用标准的掌握不深刻，对技术细节方面缺乏重视；（3）对现场的级别、性质、天气环境等多种影响的分析缺乏深度，单纯根据设计规划进行设计，忽视路段运用减隔震设计的合理性。

6减隔震装置的类型与应用

6.1粘滞阻尼器的应用

粘滞阻尼器的基本工作原理是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时形成黏滞阻力的原理而制成的，并因此产生了阻尼力和耗能等作用。而粘滞阻尼器的发展与应用，就等于给整个桥梁结构安装了一种“安全气囊”，它可以最大限度地吸收并抵御了地震对桥梁上的结构所形成的冲击能量，也因此而极大降低了对桥梁结构的冲击与破坏。而如今研制的JZN系列粘滞阻尼器的工作介质全部是硅油，由于其粘温系数较低、热力学性能比较平稳、耐辐照稳定性高的特点，能够大幅度提高粘滞阻尼器的使用寿命。而且，目前最高效的粘滞阻尼器是滞回制音，它还可以更好地控制机构的变形。

6.2摆式滑动摩擦支座的应用

摆式滑动摩擦支座的基本结构机理，是利用在面体上所形成的滑动摩擦来抵消对地运动能力，从而延长了系统的自震时间，按照隔震方式又可分成球面、柱模板二类形式，前者用作系统平面的双向隔震，而后者则用作结构平面的单面隔震。

6.3铅芯橡胶支座的应用

铅芯式橡胶支座的基本工作机理，是在分层的橡胶支座中穿插若干户铅芯，以构成紧密的隔振装置。铅芯有良好的热力学性能，可以和橡胶支座高效的组合，是目前中国国内路桥减隔震技术中使用的最为普遍的一个技术。又因为采用了较高纯度的铅，有较大的屈服强度和屈服强度，可以对抗因地震而迅速迸发的较高动能及对路桥构件的撞击，所以铅芯橡胶支座也是中国国内一项比较优秀的减隔震技术。

7结束语

由于中国桥梁工程不断地建设和开发，减隔震科技也随之得以持续地发展和完善。虽然中国的减隔震科技仍处在初步阶段，仍需要继续吸纳外国先进的科技方法，但对我国桥梁工程发展必不可少。

参考文献

[1]王礼友，史金伟.关于桥梁隧道设计中隔震设计的重要性分析[J].居舍，2018（25）：102.

[2]彭俊文.刍议桥梁设计中隔震设计的重要性[J].四川水泥，2017（10）：48.

[3]邓道祥.浅论桥梁设计中隔震设计的重要性[J].城市建设理论研究（电子版），2017（29）：102.