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桥梁工程设计中的隔震设计要点分析渠龙军

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：渠龙军

[导读] 摘要：桥梁工程是道路工程的核心组成部分，对其抗震性能有着极高的要求。

        中交二公院国际事业部湖北武汉 430000
        摘要：桥梁工程是道路工程的核心组成部分，对其抗震性能有着极高的要求。因此，在桥梁设计过程之中，设计师需要展开有效的隔震设计，以减少地震造成的经济损失及可能产生的人员伤亡，而桥梁设计和隔震设计应考量多种因素，因此就需要对其中的多个要点进行分析与探讨。在对其进行探讨的过程中不断进行理论结合实践，以得到合适的抗震理论。
        关键词：桥梁工程；设计；抗震设计；
        1 桥梁设计过程中隔震设计的必要性
        在桥梁设计中进行隔震设计能充分提升桥梁的减震效果，使地震发生时能将地震破坏降到最低。近年来，欧美等许多发达国家对隔震设计展开了研究和实验，并获得了一定的成果。但中国在这方面还与其他国家存在一定的差距，目前的设计方法就是汲取国外的研究经验。而桥梁隔震设计的目的是桥梁的隔震设计可以减少地震所带来的损失。可一定程度上提高桥梁结构的稳定性，从而保障桥梁结构达到预期抗震效果。另外，在隔震设计工作进行的过程中，设计师也可克服桥梁结构不均衡的问题，即减少了地震对桥梁的冲击。与一般抗震设计相比，隔震设计的抗震效果显著提升较高，而在不大幅提高造价的前提之下，使桥梁的整体质量获得了充分保证。在隔震设计之中使用隔震支座之后，受外界因素的影响显著降低，而地震之后可以对隔震装置进行替换，从而提高了桥梁的安全性。
        2 桥梁设计中常用减隔震技术
        2.1 高阻尼支座
        对于高阻尼支座，它可以分成以下两种，其一，铅锌橡胶支座；其二，高阻尼支座。支座是对桥梁上部结构和下部结构进行连接的重要构件，支座受竖向荷载作用后依然十分坚固，并且还有很大的竖向刚度。然而，在水平方向上，往往刚度不足，较为柔软。受地震荷载作用后，支座能使结构振动周期明显增大，起到减小地震响应的重要作用。与此同时，因支座中的铅芯和钢板或橡胶和钢板存在相互作用，所以能提供一定阻尼比，使桥梁自身地震响应进一步减小。但与常用板式支座等对比，这种支座的高度相对较大，成本偏高，如果在桥梁工程中大量使用，无疑会增加建设成本。
        2.2 摩擦摆支座
        与常规支座有所不同，这种支座主要根据单摆的原理来设计。受地震荷载持续作用后，该支座中的限位装置将被破坏，在球形表面发生运动，使桥梁的上部结构开始单摆运动，结构所受水平方向上的力将由耐磨板和球冠之间的摩擦来传递。这样一来，可以增大结构自身振动周期，减小地震响应。另外，采用摩擦作用来耗能，还能更有效的减小地震响应。但是，因这种支座主要根据单摆的原理来设计，所以只有上部结构具有很大恒载才可以发挥理想效果。基于此，该支座目前主要使用在现浇及大跨径桥梁中。此外，对支座进行安装时，因梁底空间十分有限，所以要通过特殊设计才能将支座安装好。
        3 桥梁工程隔震技术的设计原理
        在现代桥梁工程中，隔震设计技术的原理主要是使用科学合理的抗震措施，从而对桥梁结构进行有效的隔震。使地震发生时，能在一定程度上减少内部结构相互碰撞和损伤的问题。而构建这一设计要求的主要方法是通过科学计算和研究，调整桥梁结构周期，使其周期与地震周期避免发生共振的基础上达到其抗震能力的目的。而另一方面，有关设计人员在展开桥梁工程抗震设计时，应遵从下列设计原则：首先，设计人员应根据场地地质条件、地震周期和桥梁等级，科学合理的设置桥梁的隔震等级和隔震装置。第二，设计人员需对建立模型对隔震装置与桥梁主体结构进行模拟分析，选择合理的计算理论模型，以期精确计算结构实际受力状态，保证工程的安全性。

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        4 桥梁工程中的隔震设计要点研究
        4.1 隔震装置的设计措施
        当前，国内主要采用的隔震装置设计方法为弹性反应谱法，不但应用最为广泛，而且也取得了最为理想的应用效果。究其原因，是因为弹性反应谱法中，隔震装置设计使用的计算理念和方法简单易懂、并且严格按照行业标准来制定约束规范，因此设计精度能够得到保障。设计完善的隔震装置主体，能够降低隔震在承受外来的地震冲击后所受到的震荡变形影响。
        隔震装置从设计到施工再到运行检测，每一个环节都需要隔震装置的参与。隔震设计技术的提高，就是强化桥梁工程整体隔震能力的重要途径。桥梁工程设计人员应当认真研究隔震装置的设计，找准相应的隔震原理、隔震周期、安装位置等，有效设计整体桥梁工程的抗震性能，提升抗震能力和安全性能。
        在具体计算工作之中，现有的计算公式往往误差会比较大。因此，设计人员应能准确计算整个桥梁结构的地震反应程度，可根据以往的经验制订有针对性的设计方案，从而提高桥梁设计的科学合理性。
        4.2 桥梁工程设计之中的隔震设计原则
        在桥梁工程的设计中桥梁隔震设计是提升桥梁抗震性能的关键措施。为了能有效的提升桥梁的抗震性能，隔震设计应遵从下列原则，第一，应当考察桥梁是否适宜采用隔震设计，并分析该桥的隔震设计是否适当，并以该体系如何提升震后的能量吸取能力为判断标准。若采用了隔震措施，应当尽可能采用结构简单且同时符合所需隔震性能的装置。第二，就是尽量使用对称性结构，防止结构在地震作用之下的不平衡力过大而引起桥梁的坍塌。在实行隔震措施之后，改变结构周期，防止了地震时的共振，降低了桥梁所受到的地震力，起到一定的防震效果，提高其稳定性。
        4.3 隔震设计中所需要的方法
        在桥梁结构抗震性能设计之中使用桥梁延性控制方法是一种重要途径，对于地震发生概率极少的抗震结构，延性结构是一种经济的方法。但该方法在实际应用之中是有一定的局限性，由于地震的影响和桥梁的抗震能力是不明的，当地震发生时，桥梁结构构件可能不足以承受地震所带来的巨大能量，导致桥梁结构失效，甚至垮塌。
        在抗震设计之中应用减隔震技术是一个能很好地强化桥梁的抗震性能的方法。在地震作用下，隔震支座和阻尼器能够消耗地震能量，减弱桥梁上部结构响应，从而达到提升桥梁结构抗震性能的目的。例如使用滑动摩擦型减隔震支座，它是利用不锈钢与聚四氟乙烯材料之间较低的滑动摩擦系数制成的。在水平地震作用下，上部结构在摩擦面上发生滑动，支座间为滑动摩擦，所以将上部结构传递到下部结构的最大地震力即为支座的最大摩擦力，通过支座位移大大降低了上部结构的外力，同时又通过材料之间的摩擦消耗了一部分地震能量。但这类支座没有自我复位能力，而且上下部结构相对位移较大，支座响应的可预测性和可靠性又难以预测，所以常与阻尼器和其他支座等一起使用。
        5 结束语
        总而言之，广大桥梁从业人员必须认识到对隔震设计在桥梁设计中的重要性及隔震设计理论在桥梁设计之中的作用。在中国社会主义市场经济体制逐步完备的新形势下，城市道路交通转型十分迅速，桥梁工程是城市现代化设施的关键组成部分，为了充分保证桥梁结构的整体质量，设计师必须根据桥梁的场地、等级、结构特性进行隔震设计，以提高桥梁的抗震性能及稳定性，从而保证道桥工程的飞速发展和其功能得以发挥。
        参考文献：
        [1]黄鸣.市政桥梁设计中隔震设计要点研究[J].四川水泥，2019（1）：60.
        [2]魏猛.桥梁结构设计中减隔震技术的应用[J].黑龙江交通科技，2019，42（2）：146-147.
        [3]凌晨.桥梁设计中隔震设计的重要性研究[J].建筑•建材•装饰，2018（19）：57.