浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术

陈　蛟（贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州　遵义　563000）



浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术

陈蛟（贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州遵义563000）

近年来，随着社会经济的迅速发展，城市化进程不断加快，桥梁项目建设数量日益增多，为了确保桥梁工程项目安全性，在进行桥梁设计施工时，必须加入合理的抗压设计，以确保桥梁工程顺利完工。此背景下，本文首先分析了桥梁震害的直接起因，其次阐述了桥梁抗震设计方法，最后详细研究了桥梁抗震设计主要实现途径，以供参考。

桥梁震害；抗震设计；减隔震技术

1　引言

桥梁工程是城市发展过程中关键的交通枢纽，其在抗震减灾、危机处理过程中能够发挥十分重要的作用。通常情况下，在发生地震灾害时，如果桥梁工程遭受破坏，将会对地震灾区的交通生命线造成严重的阻碍，从而使得地震危害进一步扩大，大大增加了抗震减灾与灾后重建的难度，此情况下，必须提升桥梁抗震性，以强化区域安全。

2　桥梁抗震设计方法

2.1基于强度基础上的设计方法

在传统桥梁抗震设计中，大多采用基于强度基础上的抗震设计方式，即为将地力作为静荷载进行工程结构分析，并且通过结构构件的强度或是刚度来判断桥梁结构的有效性。就目前情况来看，我国大多数设计单位依旧在使用此种设计方式。

2.2基于延性基础上的设计方法

通过分析桥梁结构自身特征，少数设计人员提出了基于延性基础上的抗震设计方法，其能够通过地震力来修正相关系数、合理调整弹性、分析地震内力与反映谱加速度，以满足不同结构的延性需求。以某国家AASHTO桥梁设计规范为例，该项规范主要针对桥墩、基础、支座等构件，采用不同的R（地震反应修正系数），对弹性地震力进行适当的折减，以获得地震力设计值。

2.3基于性能基础的抗震设计

所谓基于性能基础上的抗震设计，主要是指在抗震结构受到不同等级地震作用下能够实现预期目标的设计方式。通过采用此种抗震设计方式，能够在一定地震强度范围内，将人员伤亡、经济损失控制在合理范围内，以此来使得桥梁工程能够在地震之后继续使用。

通过详细的分析可以发现，此类设计方式能够将抗震设计从宏观定性转变为具体量化，将抗震设计目标从确保人们生命财产安全转变为满足不同地震水下性能目标。通过多方位、多层次抗震设计，确保人们生命财产安全，满足建筑商所要求的安全性能目标。

3　桥梁抗震设计主要实现途径

3.1减隔震技术原理

桥梁结构设计中的减隔震技术是在减隔震装置前提下形成的，当发生地震灾害时，通过减隔震装置的使用，能够有效分散地震作用，特别是能够分离支座运动与地面运动，以减少地震作用，并且还能够对桥梁结构产生一种良好的缓冲效果。

在桥梁结构设计过程中，通过减隔震技术的应用，能够有效避免地震作用对桥梁结构整体性造成破坏，特别是当地震级别过于高时，可有效避免桥梁结构塌陷问题的发生。因此，桥梁结构抗震延性设计是减隔震技术应用过程中必须要落实的事项。通常情况下，可通过混合控制技术、主动控制技术、被动控制技术对桥梁结构进行合理的控制，减隔震技术是在这三种桥梁结构控制基础上形成的。通过被动控制理论的使用，能够合理安排桥梁结构，进而最大限度的减少桥梁结构设计中结构地震响应。

3.2减隔震技术分类

通常情况下，减隔震技术可分为以下几种：①基础隔震，即为在基础结构与上部结构件进行隔震装置的布设，一般包括能量吸收、绝缘与周期延长等方式。其中，能量吸收主要是指采用减震装置来吸收能量，以规避地震灾害发生时较大变形问题的出现。对于周期延长方式，则是指通过设置某种装置来加长整体结构体系周长的方式。②地基隔震方式，主要包括绝缘、屏蔽两种方法，其中，屏蔽主要包括通过将屏蔽板埋设在建筑物四周或是在周围挖设深沟等方式。对于绝缘，则为采用高刚性基础，软弱基础与利用地基逸散衰减方法来降低地基自身输入波。

3.3减隔震技术

3.3.1减隔震技术

减隔震技术需依靠结构构件的强度，但相比于传统技术，其能够更好的控制压力的损害。同时，通过减隔震技术的应用，能够有效延长桥梁工程振动周期，消耗、分散由地震内部传播的能量，从而最大限度的降低其水平力传递压力，最终实现有效降低地震灾害对桥梁工程造成的损害。

但在减少损害的过程中，桥梁内部构件也会由于地震压力而出现位移，虽然不会对桥梁自身造成巨大的损害，但存在一定的风险，因此，在对减隔震装置安装操作进行控制时，需进行一定的计算，确保构件不会出现偏离安全位置的情况。近年来，随着科技的迅速发展，新型减隔震技术获得了越来越广泛的运用，通过大量研究与实践结果可知，减隔震技术的应用，能够有效防治、抵御地震灾害带来的损害，从而为人们的生活提供较大的便利。

3.3.2减隔震技术的适用条件

要想充分发挥减隔震技术的效果，需要具备一定的保证条件，例如在场地较软或是在延长桥梁结构周期之后，极容易发生共振问题，此时不宜采用隔震技术。针对此种情况，在应用隔震技术之前，需对桥梁工程项目进行合理的判断。对于能够采用隔震技术的条件，主要涉及地震波的角度、结构的角度、场地的角度等。

3.4减隔震装置

3.4.1分层橡胶支座

分层橡胶支座又被称为板式橡胶支座（图1），其结构主要是由薄钢板、薄橡胶片相互交替结合而构成的，大多为圆形或矩形构成的支座形状。在抗震设计过程中，通常需要对阻尼作用与水平刚度进行重点考虑。

一般情况下，橡胶支座主要通过消耗变形过程中的能量为支座提供阻尼，橡胶层变形的速度决定了阻尼的大小。通过相关研究可知，采用天然橡胶制作的支座阻尼约为5～10%，分层橡胶提供的阻尼通常较小，针对此，在进行减隔震桥梁设计时，常采用综合使用分层橡胶支座与阻尼器的方式进行。

图1　分层橡胶支座隔震示意图

3.4.2铅芯橡胶支座

将纯度较高的钻芯垂直压入板式橡胶支座的中心或中部（图2），可有效改善橡胶支座阻尼性能，这种支座就是铅芯橡胶支座。铅芯具有屈服剪力低、力学特性良好、初始剪切刚度高的特征，在使用过程中，能够较好的提高静力荷载下的刚度和地震下的耗能能力，所以，其可满足桥梁工程减隔震技术要求。此外，在水平力较低的情况下，初始刚度较高，支座变形的幅度较小，当地震发生时，在地震力作用下，铅芯出现较小的变形情况，此时可适当降低刚度，就能够实现延长结构使用周期的目的，并且还可消耗一定的地震能量。

图2　铅芯橡胶支座隔震原理图

3.4.3滑动摩擦型减隔震支座

滑动摩擦型支座又称为聚四氟乙烯滑板支座，此类支座主要利用聚四氟乙烯材料与不锈钢之间较低的摩擦系数制作而成的。当地震发生时，在地震力的作用下，上部支座将在摩擦面上经滑动摩擦型支座允许发生滑动摩擦现象，在地震力从上部结构转移到下部结构时，滑动摩擦型支座将地震力限制为支座的最大摩擦力，从而大幅消耗地震能量。此类支座缺陷在于一旦发生移动，没有自我复位能力，所以将滑动摩擦型支座用作隔震支座时，无法预测支座的可靠性。在实际使用过程中，通常将其与阻尼器与橡胶支座等组合使用。

3.4.4钢阻尼器

钢阻尼器耗能原理在于利用钢材自身的可塑性，其具备制作简便、费用较少、耐用、耗能能力较大的优势，在进行钢阻尼器的选用时，可依据放置位置、空间、位移与连接结构件的差异，选用适宜类型的阻尼器，以确保其满足项目需求。

4　结语

综上所述，在进行桥梁抗震与减隔震设计时，需充分做好相应的准备工作，并且还要严格的检验原材料质量。同时，还要强化对桥梁工程项目安全性能的监控与检测，及时修补不适宜事项，合理改进施工路线与方案，强化桥梁减隔震对桥梁安全的维护作用。

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陈 蛟（1978-），男，汉族，贵州务川人，高级工程师，本科，主要从事道路桥梁设计方面工作。

U442.55

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2095-2066（2016）12-0206-02

2016-4-1