刍议桥梁设计中隔震设计的重要性

陈夏雨，王晋川

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司,贵阳 550081)

刍议桥梁设计中隔震设计的重要性

陈夏雨，王晋川

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司,贵阳 550081)

在工程桥梁施工过程中，隔震设计是非常重要的一个环节，对桥梁的稳定性和安全性有比较大的影响，做好桥梁隔震设计至关重要。基于此，特对桥梁设计中隔震设计的重要性进行探讨。

桥梁设计；隔震设计；重要性

1 引言

在公路交通道路建设中，桥梁施工建设是一项非常重要的施工内容，具有投资大、施工工期长、施工质量要求高等特点。为了最大限度的保证桥梁性能，首先要保证桥梁具有较强的抗震效果。而桥梁隔震层设计可以极大降低桥梁结构的加速度反应，提高桥梁结构阻尼，延长桥梁结构的使用周期，对桥梁的稳定性和抗震性有比较大的影响。所以，做好桥梁隔震层的设计工作非常重要。

2 桥梁震害常见类型

在我国城市建设的快速发展下，城市人口数量与日俱增，城市交通压力也较之前有了明显的增加，为了有效缓解交通压力，大量的公路桥梁工程相继出现。当出现地震时，如果桥梁工程被破坏，会对震区的交通造成一定的阻隔，进一步加剧地震造成的灾害，大大增加了救援人员的救灾难度。此外，桥梁工程作为一项社会基础投资设施，具有公共性强、投资大、维护困难等特点。为了降低地震对桥梁造成的损害，我们需要做好桥梁的隔震设计工作。通过对过去常见的地震桥梁震害情况进行分析后发现，常见的桥梁破坏形式主要有支座破坏、结构破坏、基础破坏、下部结构破坏等。

3 桥梁设计中隔震设计的重要性以及优点

3.1 桥梁隔震设计的重要意义

桥梁隔震设计主要指的是在桥梁施工建设中为了提高桥梁的稳定性，减小地震等自然灾害对桥梁的损伤所专门安装的隔震器与阻尼器。随着科技发展的步伐不断加快，国外很多发达国家在桥梁隔震设计方面取得了显著的成绩，但由于我国基本国情的制约再加之技术的落后，在该方面还存在很多不尽如人意的地方，因此在进行桥梁隔震设计方面还需借鉴国外相关经验技术，以此提高我国的桥梁隔震设计方面的相关实力。

3.2 桥梁隔震设计的优点

做好桥梁的隔震设计工作具有以下优点：一是当地震来临时可分散桥梁各结构的受力状况，最大限度的保护桥梁结构免受外力的作用；二是可有效调节桥梁横向的刚度，从而缓解了桥梁结构变形现象；三是桥梁隔震设计在确保桥梁整体质量的基础上无须投入过多的成本[1]；四是桥梁隔震设计由于其使用了隔震支座，当外界温度变化明显时不会对桥梁本身造成影响；五是此设计在维修中花费较低而且维修便捷，易于处理，为施工人员节省了大量的时间。

4 隔震设计的设计理念

近些年来自然灾害现象日益严重，其中尤以地震灾害较为突出不仅给人们的生命安全造成一定的威胁，而且也造成了国家财产的损失，人们对此的重视程度也在不断上升，防震措施也在不断强化[2]。地震也会造成桥梁的坍塌等不良现象，桥梁隔震设计也成为了国家关注的焦点问题，桥梁隔震设计是确保桥梁关键构件免受外力的作用而发生变形等现象，最大限度的降低其对桥梁的损伤程度。在桥梁隔震设计中阻尼设计可有效将地震中所产生的能量迅速瓦解，使其转移到上桥等其他部位，这样桥梁自身的阻力会大大降低，最终起到保护桥梁结构的真实目的。

在进行隔震设计时，要在设计初期就分析是否需要对桥梁上增加抗震装置，如果不需要增加隔震装置，要提前将预算工作做好，以免造成资金浪费。设计人员要认真的对周围的地质环境进行勘察，分析勘察后得到的数据报告，综合分析。此外，在选择隔震装置时，要结合实际情况选择性能良好的装置，除了要求隔震装置可以达到隔震要求外，还要了解桥梁受力范围，进而合理的选择隔震装置。

5 桥梁隔震技术

5.1 常用减隔震装置

1)分层橡胶支座。分层橡胶支座，俗称板式橡胶支座。它的主要结构如图1所示，它是由薄橡胶片和薄钢板混合交替而制成的。支座平面的形状一般设计为圆形或者矩形。因为分层橡胶支座具有水平刚度和阻力作用的特点，所以分层橡胶支座也就具有了一定的抗震性。橡胶支座的上、下板面所发生单位位移时施加的水平剪刀，就称之为橡胶支座的水平剪切刚度[3]。橡胶支座的阻尼作用是通过橡胶层的变形过程消耗能量来提供的，橡胶层变形速度的快慢直接决定了阻尼作用的大小。用天然橡胶制作的橡胶支座，阻尼比大约是5%到10%之间。分层橡胶支座的受力位移是呈扁平形的，所以他能提供的阻力是很小的，因此在减震桥梁的设计过程中，常常会和阻尼器一起来使用。

图1 分层橡胶支座的基本结构

2）铅芯橡胶支座。铅芯橡胶支座则是在板式橡胶支座的基础上压入铅芯从而有效改善支座的阻尼性能所设计的一种减震装置。铅芯具有以下优点：一是具有较低的屈服剪力；二是初始剪切刚度较强；三是可塑性强，可满足地震下的耗能能力所需要的刚度需求。所以，铅芯橡胶支座可实现桥梁隔震装置的相关需求。

3)滑动摩擦型减隔震支座。滑动摩擦型支座是根据不锈钢与聚四氟乙烯材料之间有比较低的摩擦系数而制成的。也可以叫聚四氟乙烯滑板支座。因为这种支座具有摩擦系数小、水平伸缩位移大等特点，所以很适合用于桥梁的活动支座。在地震发生过程中，滑动摩擦支座的上部结构可以在摩擦面上发生滑动，进而可以将上部结构所能传递到下部结构的最大地震力控制成支座的最大摩擦力，而且摩擦过程也可以消耗很多的地震力[4]。但同时这种支座也有一点缺陷就是它没有自动复位的功能，支座相应的可预测性及可靠性都有待进一步完善，所以这种支座在用作隔震支座时需要与阻尼器和橡胶支座等一起使用。

4)钢阻尼器。钢阻尼器的工作原理是借助钢材的可塑性来降低地震能耗的一种装置。钢阻尼器常见的有三大类：一是有横向加载臂的均匀弯矩弯曲梁阻尼器，而且加载臂具有一定的倾斜角度；二是锥形弯曲梁阻尼器；三是具有横向加载臂的扭梁阻尼器。钢阻尼器的优点表现在经济实用、制造简单、可操作性强，耗能强度高等。设计人员通过多次试验研究发现很多钢阻尼器的滞回曲线都可用双线性来进行模拟。对于不同种类的钢阻尼器不管是阻尼器的具体方位亦或是连接方式都是存在差异的。通常情况下钢阻尼器与橡胶隔震支座搭配使用，这样才能将其有效性得以最大限度的发挥出来，如图2。

图2 典型钢阻尼器

5.2 减隔震装置的有效选取

在桥梁的建设过程中，抗震、减震是一定要考虑的因素之一，它必须具备以下三点要求：一是需要有相当大的柔韧度，用来延长使用时间，减轻地震带来的危害；二是通过阻尼、耗能设备等对地震的破坏力进行减弱，还要将主承受力的地面的变形控制在一定的范围内；三是需要具有可靠的刚度和屈服力，使桥梁在正常使用中不会出现屈服或有害震动。在桥梁减震作用的设计过程中，我们应着重提高耗能能力和分散地震力上，而不能一味的追求它的使用周期。在减隔震装置的选择上，一定要选用机构简单的装置，而且必须在其力学性能要求的范围内使用。

另外，减隔震设备还必须满足减震耗能和承载正常运营荷载的相关要求，所以在选择减隔震装置的过程中必须注意以下几点：一是减隔震支座具有良好的竖向荷载支承能力；二是减隔震装置必须具有较高的初始水平刚度，这样当桥梁发生大的冲击或者受到外力作用时不会发生变形等不良现象；三是当温度、压力等造成上部结构发生些许变形时，减隔震支座的抗力也会随之降低；四是减隔震装置必须具有较好的自动复位能力，这样当桥梁受到外部作用时能在短时间内回到稳定状态，从而确保车辆的正常通行。

6 结论

桥梁设计中隔震设计可以显著提升桥梁的抗震性以及桥梁的施工质量，节省建设成本。因此，做好桥梁隔震设计具有重要意义。目前，我国隔震设计还处于发展初期，还需要设计人员积极借鉴国外先进的设计经验，刻苦钻研，为我国交通事业的发展做出贡献。

【1】吴迪，黄泽军，周福霖.桥墩高度对桥梁隔震性能的影响研究[J].土木工程学报，2014(S2):328-333.

【2】资道铭，韦亮陆，梁煜.低温对铅芯橡胶支座性能及桥梁隔震效果影响探讨[J].预应力技术，2014(6):18-24.

【3】韩鹏.孟劼.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑，2009(16):254-256.

【4】程华群，刘伟庆，王曙光.高层隔震建筑设计中隔震支座受拉问题分析[J].地震工程与工程振动，2007(4):75-77.

Discussion on the Importance of Seismic Isolation Design in BridgeDesign

CHENXia-yu，WANG Jin-chuan，
(South-westMunicipalEngineeringDesign&Research Institute of China，Guiyang 550081，China)

In theprocessofbridgeconstruction，seism ic isolationdesign isavery importantlink，thestabilityandsafetyofthebridgehasa relatively large impact，to do a good job of bridge seism ic isolation design is very important.Based on this，this paper discusses the importanceofseismicisolationdesigninbridgedesign.

bridgedesign;seismicisolationdesign;importance

U442.5+5

A

1007-9467（2016）08-0107-03

10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.026

2016-03-09

陈夏雨（1986～），女，山西吕梁人，工程师，从事桥梁设计与研究，（电子信箱）543800337@qq.com。