关于桥梁设计中隔震设计的探讨

发表时间:2021/5/31   来源:《基层建设》2021年第3期   作者:万从清 王鸣宇
[导读] 摘要:最近几年来,我国的经济发展迅速,桥梁工程设计行业的发展也有了改善。
        中交第一公路勘察设计研究院有限公司  上海市  200030
        摘要:最近几年来,我国的经济发展迅速,桥梁工程设计行业的发展也有了改善。桥梁的隔震必须重视并做好相关设计,桥梁容易受到地质灾害的影响,容易发生倒塌的安全事故,造成较大损失。桥梁工程设计其中非常重要的一环就是隔震设计,要根据桥梁的使用要求以及具体的施工,来制定相关的隔振措施。
        关键词:桥梁设计;隔震设计;探讨
        引言
        桥梁减隔震技术能确保桥梁遇到地震等地质灾害时不受太大影响,当下甚至以后都是桥梁结构设计中不可忽视的重点。所以采用良好的减震技术可以有效的提高桥梁的抗震能力,确保在地震灾害中不受到巨大损失。设计单位需要不断优化改进减隔震施工技术,完善施工方案,促进减隔震技术应用价值的充分发挥。
        1桥梁隔震设计的重要性
        基于桥梁的结构复杂性,国内外许多学者高度重视桥梁的抗震问题及相关设计。要达到抗震的效果,主要考虑到桥梁的结构强度和延展性,确保在设计振动强度内确保桥梁的整体安全。但是如果要达到抗震的目的,就需要从材料的用料和材料的质量方面进行考虑,这将大大增加成本,而且效果还不一定明显。所以近几年来,各国都另辟蹊径,放弃了单一的抗震方法,采用新的解隔震方法,并开始研而且取得了一定的成果。地震等地质灾害在我国频发,汶川特大地震就给桥梁带来了非常大的破坏。桥梁如果受到破坏。将严重影响到整个交通系统的运行,不仅会带来严重的经济损失,而且会影响后续的抗震救灾,而解决这一类问题的主要方法就是发展桥梁隔震设计。
        2常见的减隔震装置
        桥梁工程减隔震技术发展较为迅猛,与建筑领域减隔震装置相比,桥梁结构减隔震装置种类更多,常见的桥梁减隔震装置主要有铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座、滑动摩擦支座、液体黏滞阻尼器、金属阻尼器等。
        2.1铅芯橡胶支座
        此类减隔震装置由普通叠层橡胶支座和高纯度铅芯组合而成,竖向承载力和水平柔性恢复力主要由普通叠层橡胶提供,利用高纯度铅芯塑性性能吸收并耗散地震能量。高纯度铅芯初始剪切模量较高且弹塑性能较为理想,所以,铅芯橡胶支座减隔震装置能在强震条件下满足能耗要求,并提供正常的刚度要求,具备减震和隔震双重功能。
        2.2高阻尼橡胶支座
        此类减隔震装置主要由添加纤维塑料、石墨等高阻尼橡胶材料制成,其阻尼比是普通叠层橡胶支座的2~4倍。当支座发生剪切变形,材料中的纤维塑料和石墨颗粒便会通过摩擦产生热耗散运动能量,具有与普通支座相同的力学性能以及更高的阻尼比、更突出的减震耗能性能。
        2.3滑动摩擦支座
        聚四氟乙烯滑板支座是当前桥梁结构中最常用的滑动摩擦支座,其主要采用摩擦系数仅为0.06的聚四氟乙烯材料,对中等吨位支座较为适用。如遇地震,当滑动摩擦支座上的支承性梁体遭受到大于摩阻力的惯性时,梁体和支座滑动面便会出现滑移,使桥梁振动周期大幅延长。
        2.4阻尼器
        液压黏滞阻尼器的构成主要分为液压缸体、黏性阻尼液、阻尼孔以及活塞,液体黏滞阻尼器的主要工作原理通过各构件运动产生阻尼力,借此来抵抗和分解地震的能量。液体粘滞阻尼器属速度黏滞型阻尼,当此装置阻尼值达到最大值时,就是阻尼器的端头相对位移量达到最大值的时候。弯曲剪切型阻尼器主要利用的是低屈服点的金属材料产生弹性形变时吸收一部分能量从而达到减震效果。


        3市政桥梁设计中减隔震设计要点
        3.1桥梁减隔震技术
        减震的目的就是为了将桥梁的地面结构和运动进行分离破坏。为了达到减震的目的,我们需要确定桥梁的运动周期,利用力学原理减少地震给桥梁带来的影响。但是若延长了结构周期则会造成结构位移的增大,导致相关设计难度系数的上升。此外若结构具有柔软性则不正常使用时因为荷载作用造成结构发射井不可逆的塑性变形。所以为了能够对有害震动进行有效降低,防止出现结构塑性变形问题,将阻尼设置增加在结构体上能够吸收地震能量从而减小结构塑性变形。基础隔震与地基隔震是主要两种方法,在使用减隔震技术时并不代表任何条件下都能够应用,需要具备一定的保障条件。土质较为松软时需要延长桥梁结构周期,不适合应用隔震技术,若应用的话则可能会发生共振问题。所以在应用隔震技术之前需要对桥梁进行认真判断,保证场地角度、结构角度以及地震波角度等内容,确保其与隔震技术使用条件相符合。
        3.2节点抗震设计
        节点是桥梁整体结构中的一个动力传递构件,具有非常重要的作用角色。由鉴于共同部分可以紧密相连,以确保整体结构得到保证;然而,在一定程度上,接头可能是承载力保护的构件。在市政桥梁技术中,如果承台的刚度与码头的刚度非常接近,地震时横向惯性力会影响结构,从而增加节点区搅拌器的拉力,导致桥梁结构需要的刚度和抗震能力降低,基于性能的抗震设计方法被广泛应用。在桥梁施工中,需要根据性能来确定目标设计性能。定义抗震性能水平。同时还需要针对不同人群完成目标性能等级化,展开目标性能的描述与表达功能,通过目标性能的利用针对结构要求展开相关计划工作。
        3.3加固技术
        现阶段我国很多桥梁均属于钢筋混凝土结构,因此并不是自然条件与地质条件会对其造成不良影响,同时偶然荷载条件与固定荷载条件均会对其造成影响。通常情况下使用年限为数十年,会造成功能老化,无法与防震设计规定以及相关要求相满足,从而对其抗震能力会造成不利影响。如果进行桥梁的拆除与重建,则会造成社会成本以及经济成本投入的显著增加。因此为了能够有效避免上述问题的出现,需要在设计桥梁的初期阶段,认真考量这些因素,为后续改进工作的顺利展开预留空间。当前有多种加固方法,如加铺钢材以及加大截面面积等。随着我国经济迅速发展及社会进步,科学技术不断发展与创新,因此在很多桥梁加固技术中,纤维增强材料得到了较为广泛的应用。其原因主要是纤维增强材料是新型材料,自身重量虽然较轻但是却具有一定强度,在施工条件日趋成熟之后需要深入进行纤维增强材料的推广工作,促进其应用范围的不断增大。国家相关部门应尽快制定和完善相应的法律法规,规范桥梁建设,尤其应对桥梁减隔震装置设计、抗震效果评价等作出具体规定。此外,为进行减隔震技术的选择与科学应用,必须充分掌握各种减隔震技术的适用范围以及了解工程区地震发生强度、地震周期、频率等。通过3D建模,提前将桥梁结构进行建模,然后分析隔震设计,借此确保设计的安全性和科学性。
        结语
        综合上述观点,桥梁工程的隔震设计是全球工程设计行业共同关注的问题。我们目前的工作重点,不是进一步的论证隔震设计的重要性,而是要研究设计出真正有效的隔震设计方案,切实保证桥梁工程的隔震效果。通过几十年的发展,我们在隔震设计方面已经获得了一定的成就,但是这远远不够,因为在以后的发展过程中,还将遇到前所未有的挑战,我们还要不断提高阻尼器的效果,充分利用阻尼器的隔振效果,切实提高桥梁的抗震效果。
        参考文献
        [1]张宏杰.市政桥梁项目减隔震设计要点探微[J].科技创新与应用,2020(15):96-97.
        [2]梁忠华,刘新文.减隔震支座在桥梁优化设计中的应用[J].黑龙江交通科技,2020(5):92-93.
        [3]高永,项敬辉,谢雪峰.高地震烈度区省道桥梁设计重难点分析[J].天津建设科技,2020(2):72-74.
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