探索市政桥梁隔震设计的要点

发表时间:2018/9/6   来源:《建筑学研究前沿》2018年第11期   作者:徐华茂
[导读] 市政桥梁的隔震设计通常是指桥梁在建设时所安装的隔震器械的设计。

惠州市道路桥梁勘察设计院  516001
  摘要:我国是一个多地震的国家,自汶川地震以来,抗震防灾工作正日益受到重视。近年来地震一再显示了桥梁工程破坏的严重后果,也一再显示了桥梁工程抗震研究的重要性。隔震技术是将过去传统的“硬抗”技术转变为“软抗”,将建筑物的上部结构和基础“隔开”。在桥梁抗震设计中,引入隔震技术的目的就是利用隔震装置在满足正常使用功能要求的前提下,达到延长结构周期,消耗大量地震能量,降低结构的响应。
  关键词:市政桥梁;隔震设计;实例分析
  
  
  1.市政桥梁设计中隔震设计的重要意义
  1.1桥梁隔震设计的主要作用
  市政桥梁的隔震设计通常是指桥梁在建设时所安装的隔震器械的设计,其主要作用是保证桥梁能够得到足够的水平方向的支撑,并且还要满足桥梁在使用过程中的阻尼效应。在采用了隔震设计后,桥梁的整体结构就会更加稳固,即便是产生地震也会最大限度的降低对桥梁的破坏。我国针对桥梁的隔震设计也在不断的研究和探索,同时在某些领域上已经取得了很大的成绩,然而相对于西方的发达国家我国在很多方面都存在着一定的差距,因此还需要借鉴其他发达国家的先进技术和经验,为我国桥梁整体质量的提高打下良好的基础。
  1.2采用隔震设计的优势
  在桥梁加入了隔震设计后,一旦桥梁在经受较大外力时也可以将受力均匀的分布在桥梁的各个结构中,使桥梁的整体结构受压,以保证桥面不会出现坍塌等现象。此外,如果隔震设计质量好,横向的刚度也能够有效的得到调节,即便在地震的情况下也能够解决桥梁结构的平衡问题,达到有效的降低地震力的作用。隔震设计不同于抗震设计,通过研究发现,隔震设计对于减小地震对桥梁的破坏效果要更为明显,并且能够在整体成本不变的前提下更好的保证桥梁的质量。其受外界因素的影响相对较小,并且即便是在经历了较大的地震灾害后,桥梁的修复也相对容易,因此从这几方面内容来看,桥梁的隔震设计对桥梁质量的提高也有着明显的作用。
  2.市政桥梁设计中的隔震设计
  2.1隔震设计
  隔震设计提高了市政桥梁的抗震水平,优化了市政桥梁的质量控制的条件。综合分析市政桥梁设计中的环境因素及需求,确保隔震设计的合理性,完善市政桥梁工程的隔震设计。首先考察市政桥梁工程,规划隔震设计的周期,尽量结合地震对桥梁的影响,确定隔震的周期,用于吸收地震产生的震动能量,保护桥梁工程;然后是隔震施工技术的设计,促使其符合市政桥梁的实际要求,规避震后桥梁的位移、变形风险,同时降低震后修复的难度,落实隔震技术的功能性;最后是隔震的方法设计,隔震方法决定了市政桥梁抗震的能力,分析市政桥梁所处的地理环境,尤其是地质信息,为隔震方法的设计提供基础,依照市政桥梁的受力状态,维持隔震方法的相符性。
  2.2装置设计
  隔震装置是市政桥梁中的主要构件,保障隔震设计的稳定性。


隔震装置具有一定的设计要求,目的是达到市政桥梁隔震的需求,积极应用到市政桥梁工程设计中。隔震装置应用时,需要严格计算刚度、阻尼等,一般在大型的市政桥梁中,还要引入弹性反应谱,致力于降低隔震装置计算中的难度,确保隔震装置达到一定的设计标准,利用隔震装置消除市政桥梁工程中潜在的变形风险,维护市政桥梁工程的整体性。近几年,市政桥梁设计的规范性及难度越来越高,增加了隔震装置的设计压力,隔震装置设计中应考虑桥梁施工的实际情况,评估市政桥梁的基本性能后,才能引入隔震装置,即使市政桥梁工程中出现地震风险,也能在隔震装置的作用下控制风险的破坏等级。
  2.3细部构造的设计
  在桥梁的隔震设计工作中,对桥梁附属结构的合理设计也是十分关键的,常见的附属结构有防落梁装置、伸缩缝以及限位装置等,在进行了详细的时程分析以及对以往众多地震的危害研究和调查的过程中,这些附属结构的设计优劣对于桥梁整体结构的抗震性能以及动力响应效果也是有着重要的影响的。但是实际的情况却是,大部分的设计人员都还不够重视对这些附属结构的设计工作,认为只要将主要结构设计好就一定能够保证桥梁的抗震性能,并且在计算地震响应的程度,附属结构的计算方法是十分复杂的,所以设计人员往往也都不会涉及这部分内容,对细部构造进行设计时必须充分的保证其连续性。
  3.实例探讨某市政桥梁中的隔震设计
  某3跨预应力混凝土连续桥梁跨度为(76+120+72)m,是一座跨河主桥,该大桥位于地震带内,属于强地震活动区,抗震设防烈度达8.5度,该桥梁工程主要通过隔震装置实现桥梁的隔震设计:
  隔震的装置种类较多,常用的又叠层橡胶支座、铅芯橡胶支座、滑动摩擦支座等,滑动摩擦支座相比之下在耗能方面占有很大的优势,为此该桥梁工程采用具有自恢复力的摩擦摆支座进行隔震设计。
  由于支座的摩擦力和摆回复力方向相同,支座总的剪力为:
  F=Fd(t)+FP(t)=-Pμz-Rd
  式中,P为支座轴向压力;μ为摩擦系数;z为反映摩擦滞后效应的内部参数;R为摆支座球面曲线半径;d为支座的水平位移。
  摩擦摆支座的2个主要设计参数为滑动曲面半径R 和摩擦面滑动摩擦系数μ,Park利用几条具有代表性的地震波分析了采用滑动摩擦支座隔震的桥梁,归纳出隔震桥梁一阶自振周期T1和滑动摩擦系数等参数与桥梁峰值反应的关系,指出在一般情况下,隔震桥梁的位移峰值反应随摩擦系数μ增大而减小,墩底倾覆弯矩随μ增大而增大;该工程在每个主墩上设置2个摩擦摆支座,过渡墩上设置普通滑动支座。由于隔震桥梁一阶振动周期和隔震支座自振周期有很大的相关性,因此本文利用非线性时程分析方法针对滑动曲面半径R和摩擦面滑动摩擦系数μ进行了分析。可以看出曲面半径对结构地震反应具有显著的影响,随着曲面半径的增大支座峰值位移增大,墩底截面弯矩减小。随着摩擦系数增大,支座峰值位移下降而墩底倾覆弯矩增大。此外,桥梁纵横2个方向,桥墩对上部结构的约束刚度不同,主要受到桥墩截面形式的影响,纵向约束刚度比横向约束刚度要小,因此横向地震作用下,支座位移和桥墩倾覆弯矩随摩擦系数μ变化的趋势更加平直,而纵向地震作用下,该趋势受到桥墩刚度等其他因素的影响较大。
  结论:该工程中采用摩擦摆支座对大跨混凝土连续梁桥进行隔震设计可以取得很好的效果。结构反应随滑动曲面半径和摩擦系数变化的趋势较为明确,易于隔震装置的设计。
  结束语:总之,隔震设计是市政桥梁设计的核心项目,保障市政桥梁的安全性与稳固性,我国市政桥梁设计中积极推行隔震设计,促使其朝向成熟化的方向发展,以此来完善市政桥梁的实践设计。隔震设计强调了市政桥梁工程中的安全性能,通过隔震设计降低市政桥梁的风险力度,确保市政桥梁工程的安全应用,规避潜在的风险隐患。
  参考文献
  [1]杨大林.浅论桥梁设计中隔震设计的重要性[J].科技创业家.2013.
  [2]陈华斌.隔震设计在市政桥梁设计中的应用[J].珠江水运.2014.
  [3]王雪峰.市政桥梁工程中的隔震设计技术[J].科技传播.2014.
  [4]王萍.关于桥梁设计中隔震设计的分析[J].中国新技术新产品.2014.
  

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