解析桥梁结构设计中减隔震技术的应用

彭德秀

(贵州省交通职业技术学校)

1 桥梁结构设计中减隔震装置的类型

1.1 粘滞阻尼器

粘滞阻尼器通过耗能装置消耗地震能量的一种，粘滞阻尼器的工作原理是利用活塞运动前后的压力差异，迫使粘滞流体通过节流孔，在这个过程中产生耗能和阻尼力。

粘滞阻尼器有着与其他减隔震装置不同的特征。第一，摩擦阻尼装置、弹塑性阻尼装置的摩擦力或者屈服力是常数值，这些值会在墩最大变形时同时达到。而在应用了粘滞阻尼器装置后，如果阻尼器参数为1 时，由于反力与速度成比例，故桥墩达到最大变形的情况下，相反粘滞阻尼器的阻尼力是最小的，其数值接近于零;而如果桥墩的变形速度达到最大，粘滞阻尼器阻尼也会达到最大，这种情况下桥墩的变形最小，并且内力也是最小的，由此可以看出，粘滞阻尼器在增加桥墩的受力上并不显著;第二，如果是由于稳定变化导致的变形作用，弹塑性阻尼装置和摩擦阻尼装置要自由变形，必须要先克服弹塑性阻尼装置的摩擦力和屈服力。粘滞阻尼器在蠕变变形过程中，其产生的抗力几乎为零，因此，在桥梁结构中引入粘滞阻尼器不会影响桥梁的正常使用。

因为粘滞阻尼器阻尼力的产生与温度与速度有着密切的联系，并且粘滞阻尼器有方向性，在应用时要充分考虑其特点。

1.2 铅芯橡胶支座

铅芯橡胶支座属于在延长结构周期的同时消耗地震能量。铅芯橡胶支座有着分层橡胶，并把一个或若干个铅芯插入到分层橡胶中，如此一来就形成了紧凑的减隔震装置。铅芯的力学特性良好，并且能与分层橡胶支座紧密结合，其弹塑性能良好，而且耐疲劳性能也很好，所以铅芯很适合做为减隔震材料。铅芯橡胶支座的这些特性能提供地震中所需要的耗能，同时也能满足正常使用过程中所需要的刚度和屈服强度，因此在桥梁结构抗震设计中广泛应用。

2 减隔震装置存在的问题

桥梁结构设计师应该分析结构预期的性能，并且考虑到不同标准的地震作用中这些桥梁结构的作用情况。这要求桥梁结构设计人员深入了解地震与桥梁结构的关系，通过合理的设计来解决桥梁抗震性能的问题。所以，在进行减隔震技术应用时，要保证地震作用下，减隔震装置能对桥梁起到良好的保护作用，要求桥梁结构设计人员能全面掌握桥梁结构体系抗震传力的路径，主动桥梁结构细节构造的设计。目前我国还缺乏桥梁结构设计中减隔震技术应用的经验，如果设计不合理，有可能使减隔震装置达不到预期的效果，甚至还会产生危害。

3 减隔震技术在桥梁结构设计中的实际应用

在日本，减隔震技术首先应用于宫川大桥。日本宫川大桥建造于1991年，采用的是三跨连续的梁桥，主梁结构是钢板型，桥墩设计为墙式墩，其墩高为1 km，桥梁施工的土质是坚硬的场地土，其采用的减隔震装置为铅芯橡胶支座。

宫川大桥在没有使用减隔震设计时，假定所有支座都是铰接的情况下，其顺桥向的基本周期为0.3 s，而进行铅芯橡胶支座减隔震设计之后，宫川大桥在第一水准地震作用中，其顺桥向基本周期提高为0.8 s，在第二水准地震作用中，基本周期为1.0 s，铅芯橡胶支座减隔震装置的设计，在地震作用中，顺桥向基本周期都有显著的延长，从而使地震传入到桥梁结构中的能量减弱。同时，加入铅芯橡胶支座减隔震装置，能很好地将37.5%和12.5%的地震总惯性力合理地分配到桥台与桥墩中。

针对宫川大桥自身刚度比较大的梁式桥梁来说，会受到较大的地震荷载。对其进行减隔震技术设计，可以很好的降低桥梁整体结构受到的地震荷载，还可以对支座的刚度、铅芯放置的位置、尺寸进行调整，更有效地对地震力进行分配，调整地震力避开延性或强度不足的构件。

对于不同的震波、不同的场地，减隔震支座有着不同的减震效果。第一种情况，下，对于铅芯橡胶支座而言，可以适用于大多数场地类型，抗震的效果比较好，其前提条件是结构基本周期在1.25 s 以内。但如果地震波为脉冲型，或者施工场地比较软的时候，如果使用铅芯橡胶支座减隔震装置就无法获得有效的抗震作用，并且还会产生比较明显的位移;第二种情况，如果是板式橡胶支座，则在一、二类型的场地应用效果比较好，尽管减震效果不如铅芯橡胶支座，并且在基本周期偏大时，对桥梁结构的影响比较大。但是板式橡胶支座的特点在于使用简便，比铅芯橡胶支座更为经济实惠;第三种情况，滑板橡胶支座能在大多数类型的场地和大多数梁式桥结构中取得比较满意的减震效果，但如果使用场地会产生高频脉冲型地震波，应用滑板橡胶支座需要考虑到支座过大的位移或者支座长度不足导致落梁的情况。

4 结束语

在各种桥梁结构设计中，都开始广泛应用减隔震技术，在不同的桥梁结构设计中，可以根据不同的情况采用不同的减隔震装置。在进行具体的地震分析后，选用合适的减隔震装置，对桥梁起到抗震保护作用。在传统的桥梁抗震技术中，运用的桥梁结构设计提高桥梁自身的抗震性能，而减隔震技术不同于传统的桥梁抗震技术，通过加装隔震装置，改变地震力对桥梁的影响。桥梁结构设计中减隔震技术不仅提高了桥梁的抗震性能，同时还降低了桥梁施工的造价，有着广阔的应用前景。

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