桥梁设计中隔震设计的重要性研究

桥梁设计中隔震设计的重要性研究

李文超

中国市政工程东北设计研究总院有限公司 130021

摘要：地震灾害将会对桥梁的结构稳定性和完整性产生直接影响，严重威胁到桥梁工程的运行和人民的生命安全。文章主要研究了隔震设计在桥梁设计中的重要性，在简单分析桥梁设计中隔震设计基本原理的前提下，针对隔震设计在提高桥梁阻尼效应、避免出现形变、降低维修费用方面的重要性进行分析，并针对粘滞阻尼器、摩擦摆减隔震支座以及弹簧橡胶自复位垫块等隔震设计在桥梁设计中的具体应用进行研究。

关键词：桥梁设计；隔震设计；重要性

地震灾害对于桥梁工程的结构稳定性和安全性都会产生严重的破坏，并且也会威胁到经济社会的健康稳步发展。为了进一步降低地震作用对桥梁结构带来的影响，进行隔震设计已经成为目前最为常用的桥梁工程减震控制措施。本文针对桥梁设计工作中隔震设计应用的意义以及具体方法进行研究分析，为桥梁隔震设计工作的调整和优化提供参考。

1、桥梁工程中的隔震设计机理分析

在桥梁隔震设计工作中，隔震装备可以通过全面消耗地震力，有效维护桥梁结构自身的完整性，隔震系统通常会在桥梁的上下部结构安装，借此限制地震能量的持续传播。桥梁结构的共振和自振现象与地震周期之间有着密切的联系，一旦桥梁结构的自振和共振频率与地震周期较为接近，桥梁结构的响应程度会进一步增加，从而带来桥梁结构的损坏现象[1]。此外，阻尼增大意味着地震响应也会有所减少，为了避免桥梁结构受到地震力的大幅度影响，可以利用阻尼装置针对桥梁受到的地震作用力进行分散处理。桥梁结构的位移、加速度也可以得到有效控制。总体看来，隔震设计是利用柔性支撑添加的方法，使得桥梁结构的震动周期得以延长，确保地震发生时的桥梁响应程度可以控制在合理的范围内，同时也可以通过添加阻尼器，有效限制桥梁结构的位移程度，并对地震能量进行消耗。

2、隔震设计在桥梁工程设计中应用的重要性

2.1桥梁阻尼效应的提升

隔震设计方法以及设备的应用意味着不同桥梁支座上地震震裂的分布状况能够得到有效的改善。桥梁工程本就是我国交通事业的重要组成部分，隔震设计能够帮助相关人员通过安装隔震器有效地降低地震灾害对桥梁工程带来的损害，并保护桥梁工程的上部结构，此外，隔震设计方法和装置的引入以及应用，能够调整桥梁结构自身的刚度数值，以此有效解决地震灾害发生时出现的扭转平衡的现象，避免桥梁结构出现不可逆转的损伤。隔震设计方法的应用可以帮助相关人员选择隔震装置，缓解桥梁结构在地震力作用下出现的弹性超出范围限制的现象[2]。

2.2避免出现桥梁变形问题

在桥梁工程建设的过程中，地质、人为等因素的共同影响导致施工周期延误，施工质量不满足相关标准的要求，隔震设计方法的应用能够帮助设计人员对于地震发生时的地震力全方位进行分析，探讨对桥梁结构带来的具体影响，以此维护桥梁工程运行时的安全性。现如今，我国交通事业发展使得桥梁工程的规模和数量也在不断增加，车辆数量以及荷载的持续提升使得桥梁结构的使用寿命无法达到预期要求。设计人员可以综合使用现代设计方法及隔震装置延长桥梁结构的使用寿命，做到因地制宜结合地质灾害发生的具体状况，使用各种地震阻隔装置避免出现桥梁变形的问题，以此维护桥梁结构的完整性和稳定性。

2.3桥梁维修费用投入减少

在桥梁设计工作中，隔震设计方法的应用能够对桥梁的维修费用进行管控，在地震灾害发生之后，桥梁工程通常会出现结构形变现象，在威胁道路交通安全性的同时，也需要投入大量的资金进行修复。在隔震设计工作中，设计人员可以根据当地地质条件合理预估地震发生后的具体等级以及地震力数值，选择相应的隔震装置。即便在桥梁工程运营阶段出现地震现象，也能够进一步降低桥梁结构受到的损害，有效压缩维修费用。此外，在桥梁工程建设的过程中，要求施工方根据施工设计图纸的要求，全方位考虑当地地质结构以及位置，利用隔震设计方法对桥梁稳定性进行调整，进一步降低桥梁工程的维修费用。

3、隔震设计在桥梁工程设计中的应用原则

随着现代建筑行业的持续发展，桥梁设计工作中的隔震设计作为现代化方式，应用变得越发广泛。为了全面发挥隔震设计的作用，要求设计人员遵循如下原则：一是在桥梁工程正式施工建设前，需要相关人员针对桥梁工程所处区域全方位进行检查，针对地震灾害发生后的相关数据进行预估以及检测，同时要重点分析在地震灾害发生后，桥梁工程的隔震能力是否会出现减弱现象，以现场勘查结果为基础，科学选择隔震技术以及设计方案。二是在隔震技术应用的过程中，设计人员需要摒弃之前技术单一应用的发展情形，而是要综合考虑现场的勘察数据，将多项隔震技术综合应用，提高隔震设计的效果[3]。三是在隔震设计工作中，设计人员需要优先思考地震灾害发生后上部结构的修复方案以及流程。在隔震装置设计使用时，也要综合分析上下部结构的偶联响应，避免桥梁结构在地质灾害和日常运营中出现震动现象，促使下部桥梁结构的刚度以及地基部分的稳定性能够得到应有的保障。四是设计人员需要以力学原理的具体要求，根据桥梁工程质量状况科学确定隔震装置的型号，并针对具体的方案内容不断调整。

4、隔震设计在桥梁工程设计中的应用

4.1粘滞阻尼器应用

粘滞阻尼器作为目前桥梁隔震设计中最为常用的一种隔震装置，可以在地震灾害发生时，利用凭借自身的性能抵消、吸收地震能力，桥梁结构遭受的地震力明显下降。在地震期间，桥梁结构和粘滞阻尼器二者能够同时进行运动，意味着粘滞阻尼器内部设置的缸筒和活塞能够始终处于相对运动状态，地震的作用力能够通过阻尼器进行转化，并向外界环境释放，意味着桥梁结构受到的地震荷载明显减少。设计人员在隔震设计过程中，可以通过应用粘滞阻尼器有效降低外部地震力对上部结构位移产生的影响[4]。总体看来，粘滞阻尼器作为目前隔震设计的常用方法，通常会将其设计在上部桥梁结构以及约束构件的水平方向上安装。如果施工现场的条件允许，设计人员也可以在桥梁结构上联合安装隔震支座以及粘滞阻尼器，借此对桥梁结构主体进行多重保护，进一步削减地震作用力对于桥梁结构带来的影响。

4.2摩擦摆减隔震支座的应用

在桥梁隔震设计工作中，隔震支座应用也较为普遍，而其中以摩擦摆减隔震支座最为常见，可以保障滑动摩擦耗能以及动势能二者转换过程中的耗能水平始终处于平衡状态。建筑结构动势能之间的转化可以避免地震灾害对桥梁主体结构产生严重且不可逆转的损伤。在地震期间，支座能够剪断内部的剪力销，同时可以顺着支座的摩擦面，上下两部分频繁进行摆动。如此一来，上部支撑结构的重力势能也包括了地震动能，在支座自身的重力影响下，结构也能够主动复位，支座可以通过结构的来回能耗有效保护桥梁的下部结构。

4.3弹簧橡胶自复位垫块应用

弹簧橡胶自复位垫块作为橡胶类型的支座，有着良好的自复位能力和高阻尼性能。在地震灾害发生时，可以通过自身的弹性变形对地震能量进行吸收和储存，尤其是在高频地震能量吸收方面表现得更加明显。弹簧橡胶自复位垫块通常都会在桥梁的上部结构中安装，会凭借自身的弹性对于桥梁的两端进行转动，保证上部结构的反力乏力能够逐渐向着桥墩顶部以及收缩混凝土结构进行传递，避免地震灾害对于桥墩产生较大的负荷。此外，弹簧橡胶自复位垫块能够利用较大的剪切变形阻力，在满足上部桥梁结构水平位移要求的同时，避免出现桥梁变形以及震动现象，维护桥梁结构的安全性。

4.4动力设计

设计人员在隔震设计环节，需要根据实际的工程质量要求，选择使用结构动力设计方法，利用现代技术建立有限元分析模型，模拟地震灾害对于桥梁工程结构带来的力学影响，分析关键位置出现的应力以及变形、速度得出最终结论。在动力设计过程中，需要设计人员利用动力模型，就不同因素在桥梁工程结构方面带来的变形和应力状况深入分析，最终形成针对性设计方案，根据数据分析的结果确定不同类型的参数，为桥梁设计施工提供数据支持。

总结

总而言之，在地震灾害频繁发生的影响下，桥梁设计工作中的隔震设计可以最大程度地降低地震灾害对于桥梁主体结构带来的影响，在提升桥梁阻力效应的同时，有效地控制桥梁变形问题，后期维修费用投入下降较为明显。设计人员要以工程现场的勘查数据为基础，合理选择粘滞阻尼器、弹簧橡胶自复位垫块等装置，配合动力设计方法，保障隔震设计方案能够有效地控制地震力对桥梁工程带来的负面影响，提高桥梁工程运行的安全性。

参考文献

[1]顾海浩.桥梁抗震设计要点及减隔震技术的应用分析[J].城市建设理论研究(电子版),2023(29):146-148.

[2]张一山.桥梁设计中隔震设计的重要性研究[J].城市建设理论研究(电子版),2023(25):138-140.

[3]尤建男.桥梁设计中隔震设计的研究[J].运输经理世界,2023(18):108-110.

[4]刘克蛟.桥梁结构设计中减隔震技术的应用[J].石河子科技,2023(02):50-51.