市政桥梁项目减隔震设计要点

谢裕平

摘 要：在桥梁工程隔震设计过程中，设计人员要严格遵循各项基本原则，在了解隔震措施原理和适应性的基础上，选择适宜的隔震措施，使隔震设计工作得以顺利完成，保证实际的隔震效果，增强桥梁整体隔震性能，达到预期的隔震目标，减小或避免地震带来的损失。为解决桥梁工程设计过程中的隔震设计问题，本文在明确市政桥梁设计中隔震设计的重要性及原理上，对桥梁工程设计中隔震设计的具体方法进行分析，以期为相关人员提供参考。

关键词：市政桥梁;减隔震设计;设计要点

中图分类号：U442.55 文献标识码：A

0 引言

为了满足城市现代化建设的需要，市政桥梁建设不断增加，用于缓解城市交通压力，完善城市交通网络。但是大型的市政桥梁项目由于结构较为复杂，且工程规模较大，因此保证结构的稳固性具有一定的难度。文章主要分析了市政桥梁项目中减隔震设计的要点，希望能优化减隔震设计，延长桥梁寿命，提高桥梁安全性。为抵御地震灾害对桥梁结构的不利影响，较为有效的方法便是在桥梁减隔震设计中引入减隔震装置，既能充分利用该装置所具有的柔性结构特性延长桥梁自振周期并减小和缓解地震力，又能发挥减隔震装置的耗能效果，控制因桥梁结构自振周期延长而引发的位移。当前，主要通过增设减隔震支座作为桥梁结构主要的减隔震装置，该支座通常由橡胶类减隔震体系、滑动摩擦体系、弹塑性钢耗能体系等组成。考虑到橡胶类隔震体系竖向承载力有限，在水平荷载下稳定性无法保证，而且滑动摩擦体系在遭遇震害后会沿曲面发生滑动，导致梁体结构抬升，不利于桥梁上部结构的稳定。

1 市政桥梁设计中隔震设计的重要性及原理

1.1 设计的重要性

目前，我国的地质灾害频发，尤其是地震灾害影响的范围广、破坏性大，其中对市政桥梁的破坏尤为明显，因此在进行市政桥梁设计的过程中增加了隔震设计。在市政桥梁施工的过程中安装隔振器或者阻尼器，能有效地减少地震带来的损坏。近些年来，众多发达国家不断的进行研究和探索，完善隔震设计方案，并且取得了一定的成绩。隔震设计是抗震方式的新的发展形式，进行市政桥梁的抗震设计时通过在一定程度上减少地震引起的桥梁结构的振动，有效地避免桥梁结构的损伤，增强桥梁的抗震能力。在传统的桥梁的设计以及桥梁的施工过程中，通常情况下会提高桥梁的结构强度以及结构变形能力来增大桥梁的抗震效果。与之对比的是，桥梁的隔震设计的理论基础是在桥梁的设计中加入了柔性的装置进行设计，减少桥梁结构在水平方向运动的关联性，保证桥梁关键的结构件能够减少地震的损伤，降低桥梁结构的响应加速度，并且在进行隔震设计过程中添加阻尼设计，从而实现地震与桥梁结构的隔离，减少地震的傳递能量，从而使得市政桥梁的整体结构的抗震能力大大增强。

1.2 隔震设计原理

市政桥梁结构设计中，隔震主要就是为了可以避免其结构受到地震的影响而出现损坏的情况，在具体应用中，为了可以使得市政桥梁的结构设计达到隔震的效果，设计人员一般都会根据需要来延长桥梁的结构周期，通过该方面的因素来避免地震造成的桥梁损坏情况。但是，在设计时，如果桥梁的结构设计延长了结构周期就会出现位移，从而导致了强度提升比较困难。此外，如果桥梁结构设计为柔软性质，在正常的交通运行中，也容易存在有害振动的影响。

2 市政桥梁用隔震设备的分类

2.1 粘滞阻尼器

粘滞阻尼器的应用对于降低地震所产生的震动影响有着非常重要的作用，目前很多的建筑设计人员都在全面地应用该技术来提升抗震性能，以满足人们对于桥梁稳定性的需要。在具体应用中，粘滞阻尼器所具备较多的优点，首先屈服力与摩擦力是常用值，在结构出现变形情况时，就能够将二者数值同步，进而可以避免出现变形而影响桥梁结构的性能，但是在具体应用中，如果阻尼器的参数为1时，就会导致桥墩出现严重的变形，而当阻尼器变为0时，阻尼器的阻尼力是最大的，桥墩也就不会出现较大的变形。由此可见，选择合适的粘滞阻尼器能够全面提升桥梁结构的稳定性和安全性。

2.2 摆式滑动摩擦支座

目前市政桥梁设计人员在加大研发力度，以采取更加有效的措施来合理的布置摆动式滑动摩擦支座，以更好的提升桥梁的抗震性能。设计方案中，选择使用摆动摩擦支座的基本原理就是通过滑动摩擦支座与钟摆概念相结合的方式，从而可以达到一种较强的隔震效果，在应用中，摆动式摩擦支座的滑动面是曲面，因此，在设计过程中，需要按照实际的要求情况，通过滑动摩擦将地震所形成的能量抵消掉，然后就会使得桥梁复位，避免地震造成严重的桥梁损坏问题。在该结构的设计中，曲面半径是非常重要的技术参数，对于整体抗震性能影响也是最大的，所以在实践中应该根据滑动支座的形式来进行平面设计，这样才能降低地震所产生的影响。

3 桥梁工程抗震设计方法

3.1 桥梁的强度设计

抗震设计是桥梁设计中应用比较早的设计方法，其中一个主要的设计元素就是桥梁的强度。静荷载主要指的就是桥梁在地震力作用下产生的荷载，需要进行结构构件属性状态的测定。作为构件的主要属性，就需要对强度和刚度特定状态下的失效表现进行测量。这种强度是设计的主要原则，在很多抗震设计工作中得到了应用，并且应用效果也相对令人满意。

3.2 桥梁的延性设计

以地震过程产生的桥梁结构破坏问题为主要突破点，就可以实现弹塑性破坏特点的总结，相关学者提出了可以在延性的基础上进行桥梁的抗震设计。这种设计方法主要是借助地震力来进行系数的修正，对反应谱的加快速度进行优化，对地震内力的性能进行有效分析，对各类型结构的延性内在需求进行全面的反应。

3.3 桥梁的性能设计

由于地震力具有一定的不规律性，因此就要求桥梁结构的抗震性能要具有一定的目标性能。必须要做好目标的规范设计，有效的控制桥梁的受损情况，保证地震结束以后，桥梁工程的安全性和交通性。在保证桥梁工程安全性的过程中，需要将对地震进行阻隔作为桥梁工程性能建设的目标，进行多视角、多层次的抗震设计，在保证桥梁结构稳定性的过程中，将地震灾害的负面影响降到最低。

4 市政桥梁项目减隔震设计要点

4.1 技术的适用性

桥梁工程的减震设计，首先应该掌握减隔震技术的适用范围，明确在软土路基工程该项技术不适用。如果桥梁工程的施工土壤路基，受到地基与桩基之间侧向刚度不足的影响，就会延长桥梁工程的地震周期。因此，如果对减震技术进行运用，就会造成严重的桥梁坍塌问题。在刚性能力较高的桥墩工程质应用此项技术效果较高，能够有效减少地震对桥梁工程产生的负面影响，对桥梁上部与桥墩两者间的运动进行有效的分类，延长桥梁的振动周期，避免桥梁结构在地震作用下产生破坏。

4.2 减隔震装置分析

4.2.1 分层橡胶材质的支座

在进行桥梁减隔震设计的过程中，经常会使用支座，目前常用的支座材质有分层橡胶和铅芯橡胶两种。在我国，运用分层橡胶通常可以制成板式支座。主要的分层橡胶制作技术如下：首先需要将薄质橡胶片与薄质钢板进行交替结合，在这一过程中形成相关的支座，这种支座一般有圆形和矩形两种，并且设计的灵活性也比较大。在具体的抗震设计时，进行完分层橡胶支座的制作以后，还需要对水平刚度和阻尼的使用效果进行分析。水平刚度就是橡胶支座向下两个板面之间的位移，外界应该适当的施加水平剪切力。在橡胶制作发生形变时，就会对地震能力进行消耗，并且在这一过程还需要对阻尼进行借助，阻尼的作用主要是借助于橡胶层的形变。如果使用天然橡胶进行支座的制作，通常阻尼比的设计范围就会集中在5%～10%。在进行分层橡胶支座实际的应用过程中，进行位移受力情况的分析可以发现，位移变化比较小，对地震的抵抗能力就会比较好。

4.2.2 铅芯橡胶材质的支座

这种材质的支座主要的制作方式就是在橡胶板式支座的基础上，将铅芯压入到橡胶支座中心位置，铅芯的纯度较高，在提升阻尼应用效果的同时，还能够具有良好的减震效果。铅芯的力学性能非常好，其屈服数值只有10 MPa，

同时其初始剪切刚度可以达到130 MPa，具有很好的弹塑性能，在进行塑性循环对抗的过程中具有比较强的耐久性，能够在对桥梁的抗震性能进行保障的前提下，满足相关的耗能和静力荷载等要求。因此，在分层橡胶支座中进行铅芯的压入，能够有效提高减震性能，满足桥梁工程对减隔震装置性能的要求。即使在水平力较低的情况下，铅芯橡胶支座也能够以较高的初始刚度来对地震能量进行抵抗，同时也不会产生比较大的形变。在地震能量的作用下，由于铅芯具有一定的屈服力，就可以對初始刚度进行降低，进而延长桥梁工程的使用年限，对地震传递能量进行了有效的抵消，避免了地震连锁反应的出现。

4.3 严格遵循相关基本原则

在桥梁的隔震设计工作中，必须严格遵循相关基本原则：首先要遵循保证安全与舒适的基本原则，在编制具体设计方案时，设计人员应充分考虑桥梁工程自身特点与背景，注意不能盲目设计，要做到因地制宜，使设计具有一定针对性;同时，做好对桥梁工程所在场地的地质勘察工作，明确场地范围内地质特点和实际情况，然后结合实际状况制定隔震方案，顺利且有效地完成所有设计任务，保证桥梁结构刚度，提高阻尼系数。此外，还需注意，在具体设计工作中，准确计算阻尼系数和刚度数值，然后根据计算结果选择适宜的隔震装置，使隔震设计达到理想的效果。

5 结束语

市政桥梁建设是城市建设工作的重要组成部分之一，对城市居民的生活质量与水平有重要影响。在市政桥梁设计中，合理使用减隔震技术可以有效提高桥梁抗震性能。我国目前在桥梁的减隔震方面仍有很长的路要走，要深入研究减隔震技术，引进先进技术，以提高桥梁的抗震性、耐久性与安全性。

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