桥梁减隔震设计技术的应用与分析

桥梁减隔震设计技术的应用与分析

俞祚鹏

(泛华建设集团有限公司南京设计分公司江苏南京210000)

摘要：随着我国桥梁工程不断的建设与发展，减隔震技术因此也得到不断的创新与加强。尽管我国的减隔震技术还处于初步的阶段，仍需不断引进国外先进的技术经验，完善桥梁工程的建设。总体来说，文章通过对减隔震技术概念以及适用条件的阐述，以及与传统抗震技术的对比，提出新型的减隔震技术在应用上的优势。为保证减隔震系统的功效，还需相关研究的进一步深入。

关键词：桥梁结构设计；减隔震技术；应用

1减隔震技术的基本概念以及适用条件。

（1）减隔震技术的基本概念。

减隔震技术在本质上可划分为隔震和减震两个作用。隔震的目的是将在桥梁设计过程中把能引起结构破坏的运动与结构本身尽可能地实现分离。要实现这一举措，在施工过程中则尽可能地延长路桥结构的使用周期，根据地震频发地点巧妙设计路线方向，降低地震灾害波动的力度对结构本身造成破坏。减震的目的是把地震发生过程中已经在路桥结构内产生的能量，通过减震支座、阻尼器等相关减震器械进而对能量消耗，降低能量对结构产生的损害。在减隔震技术的安装过程中，由于施工原因常会带来结构位移反应增大等破坏减隔震设计的核心为题。

（2）减隔震技术的适用条件。

减隔震技术并非适用于所有桥梁结构设计，有些情况是不适合采取减隔震技术，例如我国现存的大部分老桥，建设周期过长，结构稳定性大大破坏。因此，评估减隔震技术的适用条件，将更有利于减隔震技术的恰当应用。本文将减隔震技术的适用条件总结如下几点：

1）地震波频有高、中、低之分，如果桥梁结构所处路段近于地震发出的高频波，且能力相对集中，可使用减隔震技术对桥梁结构进行有效防范；

2）如果桥梁结构生命周期相对较短，设计较规范，没有出现桥梁墩过高过低的现象，则亦可以建议减隔震技术的应用；

3）针对事先计划好的施工点，应与该地面板块的运动特点进行观察，确定把损害因素降到最低后，可考虑减隔震技术加以防范。

2本文将减隔震技术的非适用条件总结如下几点：

（1）桥梁结构周围的土层土壤含水量高，容易发生湿陷以及液化，此时地震高能量的冲击很容易受到不同程度的损害；

（2）桥梁结构路基下部柔性大，并且桥梁结构本身的周期长可引起路基与桥梁共振；

（3）支座中由于力度分配不均衡，出现负反力。结构过度移位等情况。

3减隔震技术原理。

（1）所谓隔震就是令能够导致桥梁结构遭到破坏的地面运动同桥梁结构之间尽可能的实现分隔。为了令这个目标得以实现，设计人员会通过延长桥梁结构周期的形式，使其同地震的卓越周期不会重叠，这样就会有效的避免或者是减少桥梁结构中传入的地震能量。但是当桥梁结构的周期被设计人员延长之后，桥梁结构就会在位移反应上形成增加的可能，就会导致桥梁结构在设计上极易出现难度增加的问题。此外，假若桥梁的结构比较柔弱的话，面对正常的荷载作用，桥梁结构甚至会产生有害的振动。对此，桥梁结构设计人员可以通过对桥梁结构在阻尼上实施增加的方式令地震反应的程度降低，进而对桥梁结构实施有效地控制。

（2）可以通过能量方程对减震原理加以理解。=是减隔震原理的能量方程，此方程式中的是指桥梁结构或者地震传入的总能量;指的是桥梁结构中动能与弹性势能的总和;指的是桥梁结构自身阻尼所消耗的能量;指的是桥梁结构因为出现了弹塑性的变形进而产生的能量消耗;而指的是减隔震设备自身消耗的能量。如此，可以看出减隔震的原理指的就是令减隔震设备首进入到塑性阶段，随之通过设备自身实现更多能量的消耗，使桥梁结构在耗能与塑性耗能方面能够减少，进而使桥梁结构能够实现破坏程度的降低。

4同传统抗震设计相比采用新型减隔震技术的优点以及技术缺陷。

4.1减隔震技术的优点

（1）由于支座、阻尼器等抗震器械的设置，使得桥梁上、下部结构的荷载分布明显改善，增大支座的总柔度和阻尼，更有利于保护桥梁、桥墩、桥台以及桥面等；

（2）调节桥梁结构的横向刚度，提高横向阻尼，避免桥梁结果过度扭转失衡，且有利于降低地震中桥面的荷载；

（3）比传统的抗震设计抗震性能要好，且造价相对合理；

（4）传统抗震设计存在许多不确定的因素，内部构件的变化幅度较大，不易控制和加以保护。新型减隔震技术的力学特性经过周密设计，力学性能得以客观地从分析结果中反映。

4.2减隔震技术存在的技术缺陷

（1）由于我国所采用的减隔震技术与发达国家相比，技术相对落后，随着不断应用与施工，频发的问题也普遍存在。

（2）缺乏必要的经验与施工人员对技术的创新，应用规范也不完善，对结构细节问题不够关注；

（3）对当地地震等级、类型、气候条件等诸多因素的评估不够深入，一味按照施工规划地点施工，忽略路段采用减隔震技术的合理性。

5减隔震装置的类型与应用。

随着我国对传统抗震设计的淘汰，新型减隔震技术按种类和使用目的可分为以下几类：第一类是利用高度耗能的装置来抵消在桥梁结构里产生的地震能量，降低可避免的损害，如粘滞阻尼器；另一类是在桥梁的设计过程中，尽可能地延长结构的使用周期，如果再加以配置抵消地震能量的隔震装置，可大大提高减隔震技术的抗震减震性能，例如摆式滑动摩檫支座、铅笔橡胶隔震支座等。

5.1粘滞阻尼器的应用

粘滞阻尼器的基本作用原理是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时产生粘滞阻力的原理而制成的，从而产生阻尼力和耗能等功能。粘滞阻尼器的推广与应用等同于给桥梁结构安装上一个“安全气囊”，它可最大限度地吸收和抵消地震队桥梁建筑结构产生的冲击能量，大大缓解了对桥梁结构的冲击和破坏。且如今推广的JZN系列粘滞阻尼器的介质是硅油，具有粘温系数小、性能稳定、抗辐射性能好等优点，提高粘滞阻尼器的使用寿命。另外，最有效的粘滞阻尼器是滞回阻尼，其可进一步地控制结构的变形。

5.2摆式滑动摩擦支座的应用

摆式滑动摩擦支座的基本作用原理是通过在曲面上产生的滑动摩擦来抵消地震能量，延长结构的自振周期，根据隔震方向分为球面、柱面两大类，前者用于结构水平的双向隔震，后者用于结构水平的单向隔震。

5.3铅芯橡胶支座的应用

铅芯橡胶支座的基本作用原理是在分层的橡胶支座中插入若干个铅芯，形成紧凑的隔震装置。铅芯具有良好的力学性能，能与橡胶支座有效地结合，是目前国内外桥梁减隔震设计中应用最广泛的一门技术。由于使用较高纯度的铅，具有较高的屈服刚度与屈服强度，有利于应对地震迅速迸发的高能量对路桥结构的冲击，因而铅芯橡胶支座亦是国内外良好的减隔震技术。

6结束语

本文首先阐述了减隔震技术的概念以及适用条件，并针对减隔震技术在桥梁结构设计中的优缺点进行点评，以期在施工运用减隔震技术的过程中提供一些可行的思路，完善工程的设计。

参考文献：

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