浅议桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用

时间：2024-07-28

柴尚锋

（济南市市政工程设计研究院（集团）有限责任公司，山东济南 250101）

1 地震对桥梁产生的破坏

地震会对桥梁产生非常严重的破坏作用，而且具体的表现形式为地震里对桥梁基础进行严重的摧毁，这样就会使得真诚桥梁的支架产生断裂，导致梁体出现坍塌或者是坠落。在对桥梁进行设计过程中，通过采用合理的设计方法以及通过对桥梁结构布局进行不断优化，可以有效地预防梁体出现坍塌的现象。在人们的生产生活当中，桥梁扮演的角色是非常重要的。一旦发生地震灾害，可以通过桥梁帮助人们通往外界，如果桥梁在地震当中出现损害或者是被摧毁，对人们的生产生活就会产生非常重要的影响，而且对人身财产安全也会带来非常大的威胁。因此在对桥梁进行减震结构设计过程中应该采用非常严谨的态度，而且不断对施工人员的综合素质进行提升，确保整体施工质量，避免出现任何灾害现象发生。

2 桥梁抗震设计要点分析

2.1 对场地进行合理的选择

在对场地进行选择过程中，所应该遵循的基本原则可以概括如下：避开地震时可能发生地基失效的松软场地，选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基都是理想的场地；饱和松散粉细沙、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地及其影响可及的场所都是危险地区。在地基稳定的条件下，还可以考虑结构与地基的振动特性，力求避免共振影响；在软弱地基上，设计时要注意基础的整体性，以防止地震引起的动态的和永久的不均匀变形。

2.2 确保体系的整体性和规则性

结构的整体性要好。对于桥梁结构，上部结构应尽可能设计成连续的。整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落，同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。

无论实在平面或立面上，结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整，避免突然变化。

2.3 结构和构件的强度与延性要均衡

强度与延性是决定结构抗震能力的两个重要参数。只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。

结构具有的延性水平越高，相应的设计地震力可以取得越小，结构所需的强度也越低；反过来，结构具有的强度越高，结构所需具备的延性水平则越低。一般情况下，结构经历的非弹性变形越大，其破坏程度也越高。因此，在设计抗震结构时，应当确保强度和延性水平之间取得适当的均衡。

2.4 能力设计原则

传统的静力设计思想认为，理想的设计是使结构各构件都具有近似相等的安全度，即结构中不要存在局部的薄弱环节。但由于结构各构件的重要程度并不相同，实际上即使是对于静力设计而言，等安全度设计思想也并不合适，对于抗震设计，则更是存在严重的缺陷。

能力设计思想强调强度安全度差异，即在不同构件（延性构件和能力保护构件——不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件）和不同破坏模式（延性破坏和脆性破坏模式）之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异，确保结构在大地震下以延性形式反应，不发生脆性的破坏模式。

3 减隔震技术的具体应用

3.1 基本原理

对于隔振而言，其本质要求以及目的就是将结构与可能对结构引起破坏的地方进行有效的分离。为了很好的达到这个目的，通常手段就是对桥梁结构周期进行有效延长，这样就可以将卓越周期有效避开，将传递到结构当中的能量进行有效降低。但是需要特别注意的是，随着结构周期的不断延长，结构所出现的位移也会随之增加，因此在进行设计过程中会增加不少难度。除此之外，结构相对是比较柔的，当处于正常结构时候，不可避免的会出现振动。为了将结构的有害振动降低到最小，通常手法就是增加结构的阻尼，从而对地震能量进行吸收，减少结构的地震反应。

3.2 具体应用

（1）铅芯橡胶支座装置

对于这种方法而言，主要就是将比较高纯度的铅芯垂直压入到板式橡胶支座的中心位置或者是中间位置，这样就可以对橡胶支座的阻尼性能进行很好的改，这种支座就可以看成是铅芯橡胶支座。对于铅芯而言，其屈服剪力相对是比较低的，而且具有非常好的力学性能，在初始阶段剪切刚度也是比较高的，在使用过程中，能够对经历载荷下的刚度以及地震情况下的耗能能力进行有效的提升，因此通过这种方法可以将桥梁工程减隔震性能进行有效提升。除此之外，如果水平力相对比较低，而且要求的初始刚度是比较高的，具有比较小幅度的支座变形，一旦发生地震，在地震力的作用下，铅芯所出现的变形情况相对是比较小的，在这种情况下，可以对刚度进行适当的降低，并且也可以达到将结构的使用周期大幅度延长的目的，并且对地震能量也可以进行有效的消耗。

（2）粘滞阻尼减隔振装置

对于这种装置，主要就是对活塞装置进行应用，在活塞进行前后运动过程中会产生比较大的压力差，这样就会对装置当中的粘滞流体产生一定的推动作用，使其进入到节流孔当中。在这个过程当中，减隔震装置会产生比较大的阻尼力以及对地震能量进行消耗，从而可以将地震产生的破坏力进行有效降低。在对这种装置进行应用过程中，其主要的特征可以概括成以下几个方面：首先就是桥墩会承受比较小的力。对于粘滞阻尼装置而言，在使用过程中，其受力性相对是比较强的，因此当发生地震时候对桥梁的桥体尤其是对于桥墩所产生的应力相对比较小，因此一旦发生地震，粘滞阻尼器能够使桥墩产生非常小的破坏作用，并且对桥梁的正常使用也不会产生任何影响。

（3）高阻尼橡胶支座装置

高阻尼橡胶主要指的就是通过对石墨、塑料纤维以及一些其他添加剂进行应用，形成阻尼性非常高的减隔震阻尼装置。在对这种装置进行使用过程中，虽然能够减少很多地震能量，但是在具体的减震过程中，会出现发热现象。

（4）滑动摩擦性阻尼支座

对于这种装置而言，主要就是通过对聚四氯乙烯材料以及不锈钢材料进行应用，这两种材料的摩擦系数相对是比较小的，当发生地震的时候，通过所产生的摩擦力以及惯性差，会形成桥体的滑移运动，这样就会对壳体产生保护作用。在对其进行实际应用过程中，这种装置经常在中型减隔震装置设计当中进行应用。

（5）金属阻尼减震装置

对于这种装置而言，通常会对屈服点相对比较低或者是弹性相对比较低的金属材料进行应用，并且制作成阻尼装置，对于这种装置而言，在我国的桥梁中使用相对是比较少的。