桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用分析

顾海浩

华设设计集团股份有限公司 江苏 南京 210000

地震会对道路交通产生重大的影响，曾经的事实证明，地震造成的道路和桥梁损坏不仅会阻碍交通，还会延缓对地震的救援，大大危及到人民的生命健康，因此加强桥梁抗震体系的建设迫在眉睫。传统的桥梁抗震设计通过增加一些重要截面的面积和尺寸、增加钢筋材料的使用等来提高桥梁的抗震能力，但是在遇到较大的地震时，一旦桥梁结构难以承受，造成的影响会更大[1]。减隔震技术的使用能够避免传统抗震设计中的缺点，使桥梁在遇到地震时受到的影响更小，并且不会影响后续桥梁的使用，震后通过更换受到损坏的零件，使桥梁恢复到震前的状态，如此对桥梁和道路的安全十分有益，因此针对减隔震技术的探讨非常有必要。

1 桥梁抗震设计要点探究

1.1 桥梁支座

在桥梁的抗震作用之下，支座的设置方式对桥梁的抗震作用有着极为巨大的影响。为了可以有效提升桥支座的抗震性能，需要对桥梁支座进行合理科学的布置，并且对桥梁支座类型进行科学选取，对桥梁支座布置进行进一步的优化。在实际进行桥梁抗震设计的过程当中，需要指出，不能一成不变的选用同一种类型的支座，而是需要在考虑到地震效应分布的基础之上，对每一种桥梁支座所承受的水平与垂直压力进行计算，再以特定的数值为基础，对其进行科学合理的选择。例如，以结构抗剪力计算数值为依据，对支座进行科学合理的布置，合理控制桥梁支座布置间距，并且对细部构造进行更为充分的考虑，以此来达到在充分满足抗震规范的条件之下，最大程度提升公路桥梁结构的抗震性能。

1.2 基础抗震

桥梁抗震是指在地震发生时，为保证桥梁的正常使用而采取的一种方法。比如，在城市中起着举足轻重作用的桥梁就是甲类桥梁，而在交通枢纽的桥梁则是乙类桥梁。桥梁结构的抗震设计，可以参照甲类桥梁和乙类桥梁的抗震设计规范。在进行桥基础结构的设计时，既要注重提高桥基础的刚度和强度，又要减少桥基础的上层建筑的受力，以防止在地震中引起的动力变形。在地震灾害较多的地区，桥基础也要做深基础，使沉井、桥墩等通过基础结构中的土层，从而提高桥基础的稳定性。在进行地震设防的同时，也要在桥梁施工中强化地基规划，并对施工地点进行科学的选取[2]。对于一些特殊的土壤类型，如土壤为软土，则需对其进行相应的基础处理。在进行基础抗震设计时，要注意整体性和连贯性，防止桥梁构件脱落，并从平面设计和立面设计两个角度对桥梁的布局进行了优化。

1.3 上部结构

对于桥梁工程的上部结构，可以采用在桥梁底部焊钢，也可以采用固定装置来有效限制横向以及纵向的变形。基于这一点，还需要对桥梁的桥帽以及桥身进行灵活的连接。例如，将桥的上、下两部分用锚栓进行连接。在桥梁额的梁段、墩帽以及盖梁的边缘、挂梁与悬臂的搭接等等位置，都需要按照桥梁的基础位移分线来进行确定。在大跨径桥梁当中，为了可以增强上部结构的抗震性能，设计者可以引入连续梁。

1.4 下部结构

在桥台胸墙上增加配筋，并在桥台胸墙上与梁体之间布置弹性垫片，以减轻地震对桥台的破坏，保证桥台胸墙上的抗震性能。若桥址所在位置为软弱、可液化之地基，则需以置换土层方法，以确保桥基结构稳定。在此基础上，根据具体条件，适当增加桥的长度，控制桥台的高度，以保证桥梁的总体稳定性。在地震作用下，桥台高度不能超过8m，而且要选在地势平坦、地质条件好、远离主沟槽的地方。在地基状况良好的情况下，桥台可以采用“U”形“箱形桥”和“T”形桥台等形式，这种形式的桥台结构整体性好，可以满足桥梁的抗震作用。在桩柱形桥台布置中，必须采取埋设措施，并采取开挖和钻孔等措施，以提高桥台底填土的密度，保证桥梁的整体抗震作用[3]。此外，对桥墩的抗震性能进行分析，并设计相应的抗震措施。在设置桥墩顶帽时，要有防止落梁的相应措施。在最不利受力情况下，宜选用塑性铰和减震隔离支承。为加强桥梁上部结构的地震防护，可以在桥梁底部铺设钢板，也可以采用约束装置来限制横向和纵向的变形。基于这一点，还应该将桥的梁身和桥墩进行灵活的连接，比如，将桥的上部和下部用锚杆连接。在桥梁的梁端、墩盖的边缘、挂梁和悬臂的搭接等位置，均要按桥梁的基础位移分线来确定。在大跨度桥梁中，为了加强上部结构的抗震性能，在其基础上引入连续梁。从地震灾害的实际情况来看，桥梁的连接部位容易出现裂缝、位移等破坏，而这些破坏往往不能得到及时的修补，从而严重影响了桥梁的安全性与稳定性。为了防止节点结构对桥梁的影响，设计者在抗震设防的同时，需要持续提高桥墩、桥梁等节点的承载能力和延性，以防止节点在地震发生后先受到破坏。

2 桥梁抗震设计中存在的主要问题

2.1 上部结构限位措施设计不足，桥梁发生移位破坏

根据对历年发生地震对桥梁的破坏情况分析，桥梁上部结构发生移位甚至落梁较为常见。08年汶川地震中部分桥梁上部发生横向位移，但被盖梁的抗震挡块限制，没有发生严重的落梁破坏，也有部分桥梁因挡块防撞效果不足，上部结构没有被有效的限制，发生了落梁破坏，因此在桥梁抗震设计过程中抗震锚栓、防震挡块的设置就比较重要，必要的时候还需要设置拉杆等措施防止落梁发生。

2.2 支座类型选择不当，地震时传力路径改变甚至中断，加重震害

支座作为连接桥梁上下部的传力纽带，地震时破坏比较普遍，会发生支座位移、剪断、脱落等破坏，支座发生破坏会引起传力路径改变甚至中断，影响其他部分的抗震，加重震害。桥梁抗震设计中需要根据不同的抗震体系选择桥梁支座，板式橡胶支座适用于延性抗震体系，摩擦摆减隔震支座适用于减隔震抗震体系，并且根据计算的上部支反力合理选择支座规格。

2.3 液化土等不良地质情况考虑不足，地震时桥梁基础承载力降低，结构容易发生塌陷、倾斜等破坏

地质情况也是影响抗震设计的关键因素，比如不良地质中的液化土，地震时砂质土壤有可能会发生液化，土壤发生液化会使土壤的承载力失效，桥梁基础会因承载力不足发生塌陷、倾斜等破坏，所以桥梁在设计过程中做好场地地质调查，尤其是高烈度区需要调查出对场地液化土分部情况，桥梁桩基础需要穿越液化土层，浅基础等需要对液化土层进行加密法活载换填法加固。

3 常用的减隔震技术

3.1 分层橡胶支座

在桥梁与桥墩当中安装支座主要是为了提升桥梁安全性以及稳定性，保证桥面在地震时不会受到损坏，减少地震时的能量对桥面造成的影响[4]。所以，在抗震设计当中需要特别注意支座的设计，这也是桥梁是否具有良好的抗震性能的重要依据。在以往的桥梁结构设计当中，采用分层橡胶垫圈是十分常见的一种，其是由薄板与橡胶板构成，然后以层叠的方式进行排列，形成圆筒状，也有一些是矩形的，在橡胶与钢板的双重作用之下，进一步达到了较好的减震效果。

3.2 高阻尼支座

在桥梁工程中，支架是非常重要的构件，也是桥梁的地基，它的主要功能就是将桥梁的上部和下部连接起来，同时还可以起到垂直载荷的作用。因此，当发生地震时，它所引起的荷载效应将会对振动周期产生直接的影响，使振动增大，进而减小对结构的冲击。若要使隔震支座达到较好的减隔振效果，就必须选择高阻尼支座。在高阻尼支架中，使用最多的是铅芯橡胶支架，通过将铅芯压入橡胶支架，可以增强橡胶支架的减震性能。

由于铅芯的机械和剪切刚度好，其屈服剪力也比较低，因此采用这种方法可以有效地减少地震对桥梁的破坏，从而达到更好的抗震效果。因为铅芯的刚度很高，不易变形，在地震中也能保持相对稳定，同时还可以调整结构的刚度，防止结构的变形，延长桥梁的使用寿命，防止结构的过度损坏。但是，由于铅芯的造价很高，现在的建筑公司已经很少采用这种类型的支架了。

3.3 粘滞阻尼器

此种设备是一种耗能设备，其是通过液体的粘滞来达到较好的减震效果，进而减少对结构的不利影响。在粘性阻尼器当中，主要包含气缸、导杆以及活塞等等部件，当出现地震时，活塞会在气缸内出现相对应的移动，粘性液体会在气缸内的孔洞内流动，在这一过程当中，会产生一种缓冲，此种振动会逐渐消失。根据桥梁结构的具体设计，采用了粘滞阻尼装置，避免了地震当中引起桥墩的大变形，进而为桥梁的整体稳定提供了保障，进一步达到了预期的抗震效果。

3.4 摆式滑动摩擦支座

对桥梁工程实际进行隔减震设计的过程当中，经常会应用到摆式滑动摩擦支座，其包含钟摆装置以及滑动摩擦装置，它的减震效果主要是通过钟摆的原理来实现的。当桥表面出现钟摆运动时，它不但可以增加运动周期，还可以获得更好的隔振效果。轴承的滑动会产生摩擦，摩擦对振动有很大的抑制作用，因此振动的强度会有很大的降低。由于支架的滑行并不是直线的，它的滑行主要是弯曲的，它可以大大的延长桥梁的运动周期，因此可以有效的减少地震的冲击，减少地震带来的负面影响，提高桥梁的抗震能力。

4 桥梁抗震设计中隔减震技术的运用探究

4.1 做好前期考察，严格监控施工过程

桥梁建设过程中还存在很多的外部因素影响着项目的建设和进行，不论是自然因素还是人文因素都应该在项目前期被考虑到。因此，做好前期考察是桥梁建设成功的必要因素，针对可能造成影响的因素制定解决方案，在施工过程中严格关注。另外也要对施工过程中可能存在的其他隐患进行关注，比如操作不当、人员失误、材料使用不当、违规行为等，一旦发现进行严重惩处。桥梁建设是存在很大危险系数的重大工程，只有做好施工过程中的每一小步，才能够实现整个项目的完整和成功，这需要所有施工人员的共同努力和支持。

4.2 规范施工过程，增强桥梁减隔震体系建设

桥梁减隔震技术的应用不是简单的技术投入，与原有的桥梁建设进行拼合，而是通过减隔震技术，转变桥梁的施工建设过程，降低桥梁工程整体施工造价，引进高新的技术与装置，替换原有的环节，形成全新的桥梁减隔震体系。首先最为主要的就是规范施工过程，包含施工的时间与顺序，控制施工程序的规范化，一旦出现问题立即停下并且进行修补，确保每一道工序都正确，为后续施工建设工作的开展奠定极为坚实的基础。

4.3 严格把控材料质量，做好抗震加固措施

材料的质量关系到桥梁后续的使用，过去的桥梁安全事故大都是由于材料使用的不当或是偷工减料造成的，因此施工团队在项目建设过程中要严格把关材料质量，从材料的选择阶段就要制定严格的质量标准并遵守[5]。在项目建成后的运维过程中，要做好桥梁加固措施，针对桥梁出现的一些问题及时进行上报和维修，持续关注桥梁的使用体验和安全程度，一旦发现重大安全问题，及时上报有关部门对其进行封锁，以免引起严重的安全事故。

4.4 加强施工技术，严格遵循减隔震设计原则

减隔震技术是先进的抗震设计技术，在施工建设过程当中需要专业的技术人员来进行实施，所以，施工建设队伍需要进一步增强相关人员的技术能力，根据具体项目的状况选择科学合理的施工建设技术，保证桥梁的减隔震装置与结构适应桥梁主体，可以进一步提升桥梁工程项目的抗震能力。除此之外还需要注重专业人员以及技术的引入，不断培育具有专业技术能力的施工人员，以此来进一步提升减隔震技术在桥梁建设当中的运用。

5 结语

总的来说，在桥梁建设之初就应该根据实地考察的结果，制定适合的抗震体系建设计划，引入减隔震技术被证明是非常有必要且高效的手段，不仅能够解决目前桥梁抗震设计中存在的诸多问题，还能够通过减隔震技术的使用规范桥梁建设的施工过程和方法，促进桥梁建设朝着更加标准化、安全化的方向前进，相信减隔震技术的使用在未来的桥梁建设中能够发挥出更大的作用。鉴于此，上文首先就对桥梁抗震设计要点进行了阐述，然后对桥梁抗震设计中存在的主要问题进行了分析，最后从多个方面对常用的减隔震技术以及桥梁抗震设计中隔减震技术的运用进行了探究，希望可以为相关探究人员提供一些有效的参考与借鉴。