城市桥梁设计中减隔震的应用研究

城市桥梁设计中减隔震的应用研究

王春力

中交公路规划设计院有限公司广东广州510000

摘要：在城市桥梁当中，通过做好抗震设计工作，不但能够为地震发生时的桥梁救援提供充足时间，而且有效防止桥梁出现大面积坍塌现象。由于城市化进程的不断推进与加快，桥梁在城市交通体系中的作用越来越明显，为了更好的提高城市桥梁的抗震性能，本文重点分析减隔震在城市桥梁设计中的具体应用。

关键词：桥梁设计；减隔震；技术应用

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。

一、减隔震的基本原理和类型

（一）减隔震基本原理

减隔震包含减震和隔震两个思路。隔震的的基本原理是将桥梁结构以及引起桥梁结构破坏的地面运动之间分离开来，这使得地面运动的能量不能传递到上部桥跨结构，因此桥梁的地震响应可以大大减少从而保证结构安全。为了达到隔震的目的，就需要延长桥梁结构的自振周期并使之避开卓越周期，降低传递到结构中的地震能量，然而这样做一般会使得桥梁柔性增加，在正常使用下具有较大的变形使得其使用性能不佳，因此为了减少结构变形往往通过控制结构振动变形的方法，通过结构阻尼进行减震。

（二）减隔震技术分类

根据减隔震基本原理，为了减弱桥梁结构的地震响应，可以通过地基减隔震、基础减隔震和上部结构减隔震三种思路进行设计。

地基减隔震就是直接降低地震波到桥梁地基的传递，有屏蔽和绝缘两种方法。屏蔽就是在桥梁基础周围通过开挖深沟或者埋设屏蔽板的方式，将地震中长周期的地震波进行隔断，但是这种方法只能隔离部分波长的地震能量，并不能消除所有的地震能量波，因此应用范围有限，实际工程中采用的也较少；另一种思路是绝缘的方法，通过设计特殊的地基结构使得地震波传递过程中快速衰减，这往往可以采用软弱地基或者高刚性减隔震地基进行设计。

基础减隔震是在基础和上部结构之间设置隔震装置，根据其原理可以分为绝缘、能量吸收和周期延长三种方法。绝缘就是采用液体浮油或者滚动轴承等方式将地震动隔离开来，保证机构的稳定性，具有非常优异的减隔震效果；能量吸收则是通过设置减隔震装置控制整个结构的变形不至于过大，实际上是阻尼耗能装置，在建筑物和桥梁中应用很多；周期延长则是通过设置某种装置使得结构体系的自振周期延长，与地震动周期形成错开从而降低其地震响应。

上部结构减隔震则是将桥墩与桥跨结构进行分离设置减隔震装置，分为能量吸收型和附加振动型。能量吸收型就是通过设置阻尼器或者耗能支座使得桥墩传递的地震能量减少到桥跨结构的传递，常用的橡胶支座及粘液体阻尼器都是能量吸收型；附加振动型则是在桥跨结构上设置振动体，使得地震作用下振动体开始振动并作为恢复力降低主体结构的振动效应，这种思路在建筑结构中应用较多例如台北101顶部减隔震装置。

二、减隔震技术的具体应用

（一）减隔震技术适用条件

在桥梁设计中减隔震技术的应用，要明确自身基本适用条件，确保桥梁设计的科学性和有效性。若地基的稳定性不足且呈松软状态，待结构周期延长后极易出现共振现象，此时不可应用减隔震技术开展桥梁设计，否则极易给整个桥梁工程建设埋下质量与安全隐患。在全面把握桥梁工程项目建设要求的基础上，全面仔细地勘查桥梁工程现场，对震害发生情况进行系统分析，明确潜在震动力的实际影响，基于此科学制作桥梁结构模型，找准时机应用减隔震技术，以明确减隔震技术在桥梁设计中的适用条件。通过研究可以发现，减隔震技术的应用，必须要明确桥梁工程结构的整体情况，上部结构整体性强且保持连续状态，下部结构应具备可靠刚度，并且在短桥梁周期下，可以科学应用减隔震技术开展桥梁设计工作。在实际设计过程中，要明确减隔震技术应用的基本条件，包括场地条件和结构自振周期内卓越频率等，在综合多项因素之后，以减隔震技术为支持科学开展桥梁设计活动。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

（五）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。

（六）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。

总之，对于城市桥梁设计人员而言，在实际设计的过程当中，要明确设计理念，合理应用减隔震设计原理，在提升城市桥梁抗震性能的同时，促进桥梁工程的稳定发展。

参考文献：

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[3]张炯.桥梁结构设计中的减隔震技术的应用分析[J].绿色环保建材，2018（04）