桥梁结构设计过程减隔震技术应用分析

文/周骏、张辉

1 前言

地震是自然界中伤害比较大的灾害事故，不仅会给人们的生命财产安全产生不利的影响，而且会严重阻碍社会的发展和进步，导致工程结构稳定性无法满足要求。为了能够使得桥梁结构性能符合要求，设计人员必须要结合工程的需要采用最佳的减隔震技术，提高结构的综合性能。因此，专业人员要积极研发和应用减隔震技术，提升桥梁结构性能，保证工程的质量合格。

2 减隔震技术概述

2.1 减隔震技术的概念

桥梁工程项目在确定结构设计方案的过程中，减隔震技术都是极为重要的一项技术，能够达到减震、隔震的标准。前者应用的是阻尼、损耗等形式可以实现结构性能优化，保证地震出现后不会出现结构性能下降的情况，可以有效地吸收地震能量；后者是应用特殊结构设计方式，能够通过缓冲的方式来吸收地震能量，防止产生过大的作用力情况，包含桥梁结构的安全性。

2.2 减隔震技术的原理

减隔震在应用中，要结合工程的需要设置必要的减隔震装置，具体从下面几点出发。

2.2.1 延性设计：这一方面在设计中是指采取必要的措施实现结构的优化设计，能够应用必要的塑性铰来实现抗震性能的提升。延性设计符合要求后，促进结构性能的提高，达到抗剪性能的标准，避免桥梁结构发生损坏的问题。

2.2.2 结构控制设计：桥梁设计环节，主要是可以利用混合控制、主动控制、被动控制等方式。减隔震设计阶段，通常都会使用被动控制的方式，让结构性能得以优化，保证抗震效果符合技术标准。

3 常见的减隔震装置

3.1 铅芯橡胶支座装置

铅芯橡胶支座装置就是把一系列的铅芯直接设置到分层的橡胶座中，组合成为稳定的减隔震设备形式。通过铅芯所具备的刚度性能，发挥出橡胶支座的弹性，延长使用寿命，消耗地震所产生的能量冲击影响。

3.2 粘滞阻尼减隔震装置

粘滞阻尼减隔震装置和活塞的工作原理是类似的，其主要是通过活塞运动之后形成压力差，将粘滞流体直接推入到节流孔内，实现地震能量的消耗，避免给桥梁造成巨大的损坏。该种桩柱的形式有着如下的优势：

3.2.1 粘滞阻尼减隔震装置其结构的强度比较高，并且能够承载比较大的地震力，不会导致桥墩的损坏。

3.2.2 没有出现地震的情况之下，粘滞阻尼减震的结构形式所存在的应力是很小的，所以并不会造成桥梁难以正常的运行[1]。

3.3 高阻尼橡胶支座装置

高阻尼橡胶支座中加入了石墨、塑料、纤维等阻尼效果比较好的材料，可以更好地防止地震产生的不利影响。这种结构形式的主要优势就是其能耗量是巨大的，可以吸收地震所产生的巨大能量，而不足之处就是在吸收的同时会导致很多热量的产生。

3.4 滑动摩擦型支座

这一结构形式的应用，具体的施工材料就是聚四氟乙烯，能够达到应有的效果。在地震灾害出现之后，支撑在滑动摩擦型支柱中的梁体摩擦力要明显的比惯性力小，可以保证二者的滑移达到标准的要求，并且能够有效延长其振动周期，最终可以促进抗震性能的提升，满足桥梁运行安全性的标准。

4 实例分析减隔震技术在桥梁结构设计中的应用

某桥梁项目在设计中，采用的是变截面预应力混凝土连续桥梁的形式。设计方案中确定应用的是盆式橡胶支座减隔震的结构形式，能够达到桥梁的抗震效果优化方式，采取有效的优化设计方式。

4.1 减隔震技术设计方法

首先是进入到施工现场进行全面的勘察和分析，了解当地的地质条件、水文状态、地震发生特点等具体的状况，然后进行桥梁结构的优化，从而可以使得该桥梁的减隔震效果符合要求，达到桥梁的使用标准。根据已经确定的减隔震实施方案，在规定的隔震周期中进行桥梁结构性能的计算与分析，确定最为合适的结构技术参数，从而可以保证整个工程的减隔震方案具备可行性。为了提升减隔震处理效果和减隔震装置的作用，做好细节优化设计，防止出现桥梁屈服早于减隔震屈服的方式[2]。

4.2 减隔震系统的设计

4.2.1 本次工程为B 桥梁的形式，在进行减隔震系统的设计过程中，首先应该保证中震的条件下各个桥梁结构部分是弹性的形式；其次在大震发生之后，有些潜在塑性区而存在塑性的条件，整个桥梁结构达到稳定性的标准。

4.2.2 减隔震技术在选择中应该考虑到该工程的具体状况，计算确定三种减隔震方案，即板式橡胶座、铅芯橡胶支座、盆式橡胶支座，结合实际情况选择最佳的方式。

4.3 不同减隔震方案的固有周期计算分析

考虑到这几种减隔震的技术方案，在工程中应用迭代法来开展各个支座方案的固有周期计算分析。从表1中的数据分析发现，原有盆式橡胶座的减震方案，能够延长桥梁的结构固有周期，但是要比其他两种方式差，减震效果也无法满足要求[3]。

表1 不同类型减震技术的固有周期技术数据

4.4 中震反应谱分析

为了能够更进一步地了解不同减震方案中的耗能状况，桥梁中震的条件之下，潜在塑性区是弹性条件下，经过深入分析，应用的是板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的方式。

表2 中震情况下墩底弯矩响应数据分析

4.5 大震弹塑性时程分析

本次工程中应用的塑性时程分析方法在大震发生之后，桥梁结构出现位移响应状态的分析，可见表3所示。从该表内数据分析发现，与传统板式橡胶支座分析发现，铅芯橡胶支座的桥梁可以有效减小地震力的作用，结构稳定性比较好，地震发生之后也不需要进行减隔震装置和桥墩部分的维修。因此，该桥梁工程选择使用铅芯橡胶支座的方式作为减隔震形式。

表3 大震结构响应对比数据分析

4.6 其他减隔结构设计

为了可以让桥梁工程的横向变位适应能力达到应用的需要，可以利用工程中的梳齿型伸缩形式符合标准要求，使地震出现后不会导致严重的变形问题，否则将会出现落梁的问题。因此，在桥梁的结构中可以通过应用拉索式连梁结构以达到工程技术标准[4]。

5 桥梁项目中减隔震设计的要点

5.1 结构加固设计要点

目前我国的桥梁很多都是采用混凝土的结构形式，除了地质、自然等多个方面的影响因素之外，还有固定荷载的存在，也会给桥梁结构稳定性造成比较大的影响。桥梁一般使用年限可以达到几十年以上，出现老化严重的情况就会导致其防震、抗震等效果比较差。如果直接进行桥梁工程的拆除重建，就会导致资金付出量大且交通受到不利的影响。为了防止在桥梁工程建设中出现质量问题，在初期设计中要综合分析多种影响因素，给后续的桥梁结构优化设计提供基础条件。当前的桥梁结构加固设计中，通过合理应用加铺钢材或者扩大桥梁截面的方式来实现。经济与技术的快速发展下，桥梁结构加固技术手段和方式逐步增多，比如纤维增强材料的应用，能够保证桥梁的综合性能得以提升。

5.2 节点抗震设计要点

从桥梁结构的构成方面分析发现，节点是极为重要的传力结构部件，主要的作用是承载和传递载荷的作用，同时能够联系桥墩和桥梁的结构，使整体结构更具稳定性。从某个方面分析，节点是桥梁项目中起到极为重要的作用，直接影响桥梁的稳定性和可靠性，因此要做好强度与刚性的控制。当前桥梁项目建设中，如果盖梁刚度和桥梁刚度自身是比较接近的，那么在地震出现之后侧向惯性力会给结构造成极为严重的破坏性，同时节点部位的箍筋也会受到较大作用力的影响，导致节点的刚性下降，直接威胁整体结构性能。因此，节点抗震设计能够促进桥梁结构性能的提升。

5.3 “性能”抗震设计

在具体的桥梁项目的结构设计环节，从性能角度分析来做好抗震结构的设计，被广泛使用到实践中。市政桥梁项目中进行减隔震方面的设计，提升结构设计效果，首先应该综合分析界定桥梁的抗震性能和整体减隔震的性能。抗震性能就是规定的有限破坏条件之下结构或者非结构的方面出现严重的破坏性因素。从这一理论出发分析，通常来说不会导致其出现倒塌的情况，没有进行修复就可以继续使用，也不会出现严重损坏的情况。但是市政桥梁项目在进行设计中，通过减隔震设计方案的确定，能够有效提升抗震性能，降低桥梁运行的风险。在提升抗震性能的基础条件之上，应该重视其抗震设计目的和效果的分析，结合国家标准以及行业技术规范来进行必要的设计，使设计方案的效果符合要求，促进桥梁工程中减隔震综合性能的提升，满足桥梁运行的安全性需要[5]。

5.4 优选减隔震的装置

在进行市政桥梁项目的减隔震设计中，采取科学合理的措施可以促进桥梁的减隔震性能的提升，还要结合工程的实际需要优选减隔震的装置，符合桥梁工程的实际应用需要，达到性能的标准，提升桥梁工程的减隔震效果，即使发生地震之后也不会造成严重的损坏影响。通过合理的减隔震装置选择，提升减隔震装置在应用中的性能和标准，摩擦摆减隔震制作方式的钟摆工作原理，通过设定的滑动界面交互摩擦的方式来造成地震能量的消耗，从而提升其减隔震的应用效果。铅芯橡胶座的结构形式是一种板式橡胶制作作为基础设计的，结合自身的重力和外部作用力的影响之下让铅芯组合成为带有阻尼的塑性变形的形式。此时会直接吸收掉地震所产地的能量，然后得到橡胶结构部分恢复作用力，保证桥梁结构恢复到应有的使用效果。

此外，在具体的桥梁项目设计环节，上述这些减隔震装置的应用都不是独立进行的，不同的装置之间能够进行相互配合与利用，实现优势互补，有效地促进桥梁工程项目减隔震效果的提升，保证桥梁的应用性能满足要求。比如，在减隔震的结构设计中，通过合理的应用阻尼器与分层橡胶支座的方式，或者是应用阻尼器、橡胶支座、滑动摩擦支座等联合的方式，提升减隔震装置在桥梁工程中的应用效果和桥梁项目的抗震效果。

6 结语

综上所述，为了能够促进桥梁抗震性能的提升，设计人员在桥梁的结构设计中会选择各种形式的减隔震技术。但是在具体的实际操作中依然有很多问题无法保证，导致减隔震的装置无法达到使用的需要。因此，设计中可以结合实际需要应用减隔震结构形式，提高技术水平，保证减隔震发挥出应有的作用，提高抗震综合性能，提升桥梁运行安全性和交通运行质量。