桥梁设计中的隔震要点分析

侯淞译、刘潜、胡子恒

（1.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉430056；2.文华学院，湖北武汉430073）

0 引言

在自然灾害中，地震是较为常见的，所以目前世界各国都非常重视工程中的防震建设，这其中就包括桥梁工程。想要切实提升桥梁工程的抗震性能，就必须重视桥梁工程设计中的隔震设计，因此对于桥梁工程设计中的隔震设计要点进行分析有着重要的意义。

1 桥梁设计过程中隔震设计的重要意义

在桥梁设计中应用正确的隔震办法，能够大幅度提升桥梁的抗震效果，将地震对桥梁工程带来的伤害通过物理阻断的方式降到最低。在近些年的桥梁工程发展过程中，西方很多国家在隔震设计与技术上取得了先进的科研成果，但中国在桥梁工程设计中的隔震技术和世界先进水平仍然存在一定的差距。因此，在隔震技术与隔震设计的应用方面，可以借鉴和吸收国外先进的技术经验、引进先进的技术，提高我国桥梁工程整体结构的稳定性。通过在隔震设计中加入隔震支座以及减少桥梁结构不均衡配置等方式，保证桥梁结构达到理想的抗震效果。在地震过后，可以通过更换其中的隔震装置进行桥梁工程的维护，降低后期维护的成本，有效减少地震对桥梁结构的伤害以及给社会带来的经济损失。桥梁支座是桥梁工程的重要组成部分，能够承担很大的竖向荷载，是在桥梁工程中连接桥梁上部结构与桥梁下部支柱结构的重要连接构件，能够有效的承载和连接桥梁的上下部分结构。在桥梁工程设计中对防震技术的应用方面，除了提高桥梁结构主体的施工材料硬度，主要的隔震设计以及防震的改进方向是在于对其支座的改进。通过有效的设计，支座在水平方向上可以相对柔软的连接上下部分结构，并增大桥梁主体在遭受地震时结构主体的振动周期，从而减小地震对桥梁工程主体的影响[1]。

2 桥梁工程隔震技术原理与设计特点

2.1 隔震技术在桥梁工程设计中的原理

隔震技术作为一种新技术，与传统的抗震设计相比，具有成本更低且更加便捷的特点。以往传统桥梁工程设计的防震技术是通过提高桥梁主体的强度来抵御震动带来的伤害，现代桥梁工程中隔震设计的主要特点是在桥梁工程设计中加入了柔性装置，可以有效减少桥梁在地面发生运动时共振的关联性，从而减少地震中地面的振动对桥梁结构造成的巨大损坏。由于在桥梁的上下部分之间加入了柔性装置的阻尼设计，因此能够有效地吸收地震带给桥梁结构的能量，地震时发生的振动通过柔性的阻尼装置传递到桥梁主体结构时，已经被很大程度地减少和吸收，从而有效减少和避免了地震对桥梁工程带来的损伤[2]。

2.2 隔震技术在桥梁设计上的应用优势与特点

隔震技术在桥梁工程中能够明显的减少地震等自然灾害对桥梁结构带来的影响和损坏，有效的增加桥梁主体的使用寿命。实际应用的表现中，隔震技术的性能要远远高于传统桥梁工程中的抗震技术，桥梁工程上部结构中的隔震装置能够有效的减少甚至避免桥梁下部结构不正常而向上的传递。与此同时，隔震技术在桥梁工程的应用降低了工程的建筑施工成本，对于我国道路工程建设的可持续发展具有重要意义[3]。

2.3 桥梁工程设计中隔震设计的注意事项

在桥梁工程的隔震设计之初，设计人员需要根据工程实际状况进行现场勘察，确定此项目工程的施工地段是否适合采用隔震设计，以及在使用过程中能否可以有效的、可持续性回收地震能量。对于部分不适合隔震设计的工程不能盲目的对其增加防震措施。要保证采用隔震设计桥梁的抗震性能明显优于没有采用隔震设计的普通桥梁建筑。一旦发生地震，即便桥梁外观没有遭受到明显的损毁，但桥梁上部结构会在地震后产生不同程度的位置偏移，这对于桥梁后期的使用功能会造成严重的影响，对桥梁整体结构的安全性和稳定性也会造成巨大的威胁，因此，对于桥梁工程中的隔震装置，在地震以后需要对其进行相应的维护与保养，对受损的构件以及部位进行及时的修补与更换，以保证隔震装置在桥梁工程设计中长久的发挥其抗震作用。在桥梁工程的隔震设计上，设计师在确保隔震装置稳定性能的前提下，要尽可能采用简单的结构设计，以保证桥梁工程防震装置在后期的检修与维护中，能够利用更少的成本、更快捷的作业完成后期的维修与保养工作[4]。

3 桥梁工程设计中的隔震设计要点分析

3.1 隔震的优化设计

桥梁工程项目当中的隔震设计一般是由多种设计共同组建而成，在隔震技术中较为常见的是弹性反映谱法，虽然世界各地对此法的要求有所不同，但总体要求水平几乎一致，因此在桥梁工程的隔震技术领域可以作为比较统一的设计手段。弹性反映谱法的优势在于其计算难度相对较小，也适用于我国现阶段的规范计算手段，但是在桥梁设计中的隔震领域至今还没有一个具体的应用，所以在桥梁工程隔震设计中，如果使用弹性反应谱法开展工作，需要设计人员结合自己的设计经验以及工程的实际状况，进行桥梁工程整体结构的推算，对于推算的结果需要进行反复的论证和检查，保证其满足桥梁隔震设计的实际需求。

3.2 细部构造的隔震探析

桥梁工程大体分为上部结构、下部结构以及附属结构，设计师在设计中尤其需要注意附属结构的设计。附属结构中的防落梁装置、限位装置以及伸缩缝等构件的协调配合能够有效的发挥抗震作用，附属结构的良好运行直接影响到桥梁整体工程结构的动力响应。因此，设计师在对工程的隔震设计中，不单需要考虑到隔震构件的应用，还应该对附属结构中的内部连接进行充分的考量，保证附属结构与主体结构之间的连接具备良好的连续性，以保证附属结构的细部构件能够在整体隔震装置中发挥良好作用[5]。

3.3 遵循隔震技术原理

隔震技术指的是新型抗震形式，其中的关键点在于对桥梁所受到的地震损害进行降低，尽可能地避免桥梁构造受到损坏。在桥梁隔震设计中应该根据设计规律来加强构造的总体应力和变形水平，从而对桥梁抗震作用进行有效的优化。相比于传统的技术而言，桥梁隔震设计中加入了软性装备的设计内容，对桥梁核心构造的要件进行强化，避免桥梁受到损坏，使得桥梁构造的可靠程度能够得到切实的提高。

4 常见的桥梁工程隔震技术探析

在桥梁工程的隔震设计中，有高阻尼支座隔震技术、摩擦摆支座技术、滑动摩擦支座技术，其中被广泛应用的是高阻尼支座隔震技术和摩擦摆支座技术。

4.1 高阻尼支座在桥梁隔震设计中的应用

高阻尼支座隔震的技术原理是通过采用铅锌橡胶支座，利用支座中的铅芯和钢板或橡胶和钢板之间相互作用产生阻尼，从而对地震带来的桥梁结构振动进行有效的化解和吸收[6]。

4.2 摩擦摆支座在桥梁隔震设计中的应用

摩擦摆支座的设计与常规制支座设计有所差别，摩擦摆支座主要是根据单摆的原理进行设计。在面对地震的振动时，桥梁的主体结构发生晃动，从而导致该处的支座限位器装置遭到破坏，进而使桥梁的上部结构在振动的作用力下发生单摆运动。桥梁上部结构所受的水平方向的作用力由摩擦摆支座结构中的耐磨板与球冠来传递，摩擦摆支座结构中的耐磨板与球冠能够有效的将桥梁结构振动产生的水平方向的力通过自身的摩擦转变为摩擦力，并通过摩擦来增加桥梁工程自身的振动周期，以此减少地震对桥梁结构的影响。如图1 中（a）、（b）所示。

图1 摩擦摆支座构造图与性能

摩擦摆支座在桥梁工程设计中发挥的作用主要是依靠单摆原理来实现，因此，如果在地震中想要让摩擦摆发挥出理想的效果，往往需要桥梁工程上部结构具有很大的恒载。因此，摩擦摆支座在我国的使用场景中多应用于大规模、大跨径的桥梁施工中。摩擦摆支座安装和施工相对复杂，桥梁底部空间十分有限，因此，需要在施工前根据实际情况进行特殊的设计才能进行有效的安装。

4.3 滑动摩擦支座在桥梁隔震设计中的应用

将倾斜的滑动轴承这种减震装置应用到桥梁结构之中，可以有效降低桥梁在地震时桥梁主体与地面的共振，滑动摩擦支座通常是由滑动轴承构成，在地震时，滑动轴承通过滑动与摩擦有效的吸收地面带来的振动能量，与此同时，摆锤机制也能进一步提升桥梁自身的振动周期，帮助桥梁主体进一步增加复位能力，从而达到对桥梁整体的防震目的。

5 桥梁工程设计中隔震设计的实际应用探析

5.1 弹性反应谱技术

在桥梁工程隔震设计中，弹性反应谱技术是最为常用的方法，通过这种方法，能够简化桥梁工程建设的运算过程，同时相关工作人员对这种方法的接受速度较快，十分符合当前桥梁建设的需求。因为桥梁的刚度各有不同，所应用的转变运算中并没有较为直接的运算公式。为了对桥梁构造抗震功能进行更好的理解，作为设计人员应该重视弹性反映谱技术，通过该技术来辅助进行设计方案的对比，从而实现对桥梁部署的高效率开展。隔震设计是对抗震性能进行强化的重要手段，其质量会对桥梁应对地震的能力产生直接的影响，因此作为设计人员应该在隔震设计中，重视对隔震装备最大振幅的研究，在考虑隔震装备振幅的情况下来选择最为合理的手段。但是在对一些构造复杂且无规律的桥梁进行隔震设计时，需要分析桥梁结构周期，通过时程分析的方法来对隔震装备强度进行计算，特别是弹性方面，要确保其具备足够的弹力，从而进一步提升桥梁构造的可靠程度和稳定程度。从目前的情况来看，在桥梁隔震设计中弹性反应谱技术十分常见，究其原因是与时程方法相比较具有标准化的优势和特点。

5.2 桥梁附加构造

为了能够对桥梁构造体系进行优化，需要重视对桥梁附属结构的应用，从而更好的体现出桥梁隔震设计的重要价值。例如纤维装备、伸缩缝以及防落梁装备等，通过了解这些结构的抗震效果，来计算出相应的抗震功效，从而更好的推动桥梁附属结构的发展，提升桥梁整体抗震功效。根据地震灾害的案例分析能够看出，桥梁隔震设计和附属结构细节能够起到良好的隔震效果，具备很强的地震应对能力，同时也与地震能量接受水平有着直接的关联。桥梁附属结构有些像机器中的螺丝扣，如果缺少了某些螺丝扣，就会降低整个机器的可靠程度。除此之外，为了提升桥梁隔震体系的平衡度，在桥梁设计中需要对强度适中的梁体构造进行高效利用，一般可以采用混凝土板块结构，混凝土厚度要高于5cm，确保梁体构造承载均衡，梁体可采用钢筋混凝土的构造方式。

6 结语

在桥梁工程设计中，防震技术是保证桥梁工程质量以及使用安全的重要应用技术，隔震技术作为防震技术中的新型技术手段，其与传统的桥梁工程防震技术相比较，具有更多的优势，例如缩减施工成本、延长桥梁主体结构使用周期、降低桥梁工程后期维修与养护的成本、提高抗震能力等等。因此在我国桥梁工程隔震设计中，设计师要充分借鉴世界先进隔震设计经验与手段，为我国桥梁工程设计以及道路安全保驾护航。