张先
武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023
摘要：近年来，随着经济的发展和社会的进步，城市化建设加快，由于桥梁结构具有特殊性，容易产生震动，如果结构设计不当，在地震作用下容易发生震害，因此在桥梁设计中要做好减隔震工作，保证其结构稳定，从而延长桥梁的使用寿命。为此，文章首先分析了桥梁减隔震装置的基本原理，然后结合工程实例，对该工程减隔震装置的选择、减隔震装置的配合、减隔震细节设计进行了较为详细的阐述。通过分析发现，支座的结构形式与减隔震效果关系密切，合理的支座结构能够明显改善桥梁的抗震性能。
关键词：隔震设计；市政桥梁；设计；应用
引言
与公路不同，桥梁的承重结构主要取决于桥梁整体结构，桥梁的结构稳定性和抗震性通常相对较弱。在地震导致的桥梁问题中，公路钢筋混凝土结构桥梁多表现出落梁、拱桥破坏、支座滑动、梁体滑移、碰撞破坏、墩台破坏等问题，而铁路钢结构桥梁则多表现为支座破坏、墩台破坏、落梁等现象。由此可见，在不同的桥梁设计结构中，地震所带来的影响和破坏位置不同，而加强隔震设计不仅有助于提高桥梁的稳定性和安全性，在防震方面也起着很大的作用。
1桥梁隔震设计的重要性
桥梁无论在结构复杂性上还是在整个生命线工程中，均为重要的工程结构类型。基于此，桥梁抗震及其设计得到了很多专家学者的高度重视。抗震设计主要是从结构强度与延性两个方面考虑，确保桥梁整体抗震能力可以承受设计确定的地震荷载。为实现这一目标，要投入大量材料，增加工程造价，而且还很难达到预期抗震效果。近年来，很多国家都进行了桥梁减隔震方面的研究，在隔震技术中引入了相关科研成果。我国是一个地震灾害多发的国家，一旦发生强震，将会引起桥梁震害。桥梁使用功能如果失效，将对整个交通系统造成严重破坏，除了造成重大的经济损失外，还会给之后的抗震救灾带来较大困难，对桥梁进行隔震设计是解决此类问题的关键途径。
2隔震设计在市政桥梁设计中的应用
2.1明确应用原则
在路桥结构设计阶段，为了增强桥梁结构的安全性和经济性，确保减隔震技术的有效应用，应用减隔震技术需要遵循以下两个原则。①抗震原则。应用减隔震技术的最终目的是减轻地震作用对桥梁结构的破坏，因此应用减隔震技术时必须遵循抗震设计原则，即“小震不坏、中震可修，大震不倒”等抗震设计要求。②结构优化设计原则。应用减隔震技术时主要通过优化结构来提升应用效果，因此应用减隔震技术时必须遵循结构优化设计原则，科学、合理优化结构设计，提升抗震设计效果。例如，通过加强桥梁结构的整体延性，在结构的适当位置设置塑性铰，用以提升桥梁结构的稳定性和安全性。
2.2专注于隔震设备的设计
利用隔震设计的装备可以全面改善我国市政桥梁工程的建设，着重于市政桥梁工程的隔震设计，可以稳定桥梁的结构基础。利用隔震设计的装备为市政桥梁的结构稳定性提供了很好的支撑，因此城市桥梁项目的隔震设计必须坚固，以免设备在温度影响下变形。当前，隔震装置主要使用弹性响应谱法，该方法使用绝缘装置的等效刚度和等效阻尼计算，并且根据桥梁设计，隔震工程专家必须掌握桥梁工程的设计原理，结合桥梁的结构选择隔震器，并且设计者必须很好地理解和估计桥梁结构的地震响应程度，使发生振动时，防震器件可立即吸收冲击，从而减少在高频率和高负载下桥梁结构上的变化，避免对整个桥梁工程造成损害。
2.3阻尼器
由耐压缸体、活塞、阻尼孔、黏滞阻尼液等构成的液体黏滞阻尼器主要通过活塞端头压力差推动黏性阻尼液反复流经阻尼孔，产生阻尼力达到耗散地震能量的目的。
此类型阻尼器属于速度黏滞型阻尼，其所产生的阻尼力峰值和结构弹性力峰值之间存在相位差，待阻尼器端头相对位移量达到最大值，相对速度为零时，阻尼器产生的阻尼力也归于零，此时，阻尼器减隔震装置相对运动速度及阻尼力均达到最大值。利用钢、铅等金属材料的弹塑性变形性能吸收地震能量的金属阻尼器减隔震装置主要为利用低屈服点钢材制成的弯曲剪切型阻尼器。
2.4选用可靠稳定的材料
在桥梁中使用的各类隔震装置都是在复杂多变的自然条件下进行工作的，而且还要长时间连续使用，基于此，对隔震装置进行设计时，应使用性能稳定且可靠的材料，对连接机构进行特别设计，同时要便于管理维修，对于容易受损的部分，应使用替换比较容易的构造形式。将隔震装置安装好后，会受到荷载连续作用，而产生一定垂直方向的作用力，一段时间以后可能会使隔震装置出现蠕变变形，导致桥梁上部结构出现整体或局部下沉。为保证桥梁的结构安全及使用性能，对这一蠕变变形进行了严格的规定，理论上是橡胶自身厚度的5%。当外界温度发生变化时，隔震装置性能的发挥应保持稳定，不能受到太大的影响。如果隔震装置自身等效刚度伴随温度产生的变化而明显改变，则会使桥梁自身固有周期也产生明显改变，导致最终的隔震效果无法达到预期。基于此，规定了在-30-+30℃温度范围内，桥梁自身固有周期产生的变化不能超过20%，同时要将等效刚度比值严格控制为1.5左右。作用于隔震装置的实际荷载，不仅要充分考虑地震荷载，还需要对风荷载、行车荷载及制动荷载等进行充分考虑，此类荷载都会产生一定水平方向的作用力，必须在实际的抗震设计过程中予以充分考虑，保证隔震措施的合理性与有效性，使其充分发挥应有的隔震效果。
2.5墩台结构的抗震加固措施
通常情况下，桥梁桥墩的设置都比较高，因而面临很大的危险性。提高结构延性在桥墩抗震设计中是一种比较常见的加固措施，在山区开展高桥墩设计工作时需要充分借助钢混结构并采用空心截面，或者将系梁设置在横向墩柱之间，如此一来能够促进结构之间连接性的不断增加，又或者可以结合受力情况适当地增大柱的直径。另外，为促进结构延性、抗剪性能的进一步提高，可以将加密箍筋增设到桩柱的连接位置和墩柱的端部位置，这对于其抗震能力的提高至关重要。而桥台不仅可以采用与桥墩相同的措施，而且为了缓冲地震作用下所造成的结构变形，还可以将弹性垫块增设到梁与挡块连接处及梁与桥台连接处，为提高其抗剪能力，可以通过增设桩柱的方式，这对于有效规避抗震所造成的风险和促进结构安全性能的提高至关重要。
2.6铅芯橡胶支座
这种减震装饰能够有效提升桥梁结构的抗震性能。铅芯橡胶支座是将铅棒放置于板式橡胶支座的中心位置来改善橡胶支座的阻尼性能的一种支座形式，其主要通过结构物本身的重力以及外力作用使铅芯形成滞后阻尼的塑性变形，从而吸收地震时产生的大量能量；支座的橡胶部分具有弹性，能够为这一减隔震装置提供重新恢复的作用，从而使能量吸收的过程能够持续，最终实现抗震减震的效果。
结语
总之，作为维持城市交通正常运行的重要基础设施，有必要确保市政桥梁建设的安全性和稳定性。地震引发桥梁结构破坏的同时还会带来巨大的经济损失，严重危害人们的生命财产安全，减隔震技术能有效克服传统抗震装置的缺陷，加速桥梁结构内地震力的消散，有效提升结构自身的安全性和稳定性。在市政桥梁设计中，隔震设计是困难而重要的一点，应引起设计师的高度重视。虽然我国桥梁隔震设计的技术水平还有待提升，采用抗震设计来提高桥梁的抗震能力不是很理想，但是，在未来桥梁设计中积极研究国外先进技术并加强自主研究，必然会提高中国城市桥梁的定性设计水平，这将极大地促进中国桥梁事业的发展。
参考文献
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