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摘要：本文从实践角度出发，就市政桥梁结构设计中的隔减震技术展开探究，介绍了桥梁隔减震的基本原理，阐述了隔减震技术在桥梁设计中的应用，指出了隔减震技术在桥梁加固中的优势，为隔减震技术在桥梁工程中的进一步广泛应用提供参考。
关键词：桥梁工程；抗震技术；隔减震技术
近年来我国城市交通事业迅猛发展，其中，市政桥梁是我国城市交通系统的重要组成部分，其质量的好坏直接关系到行车的安全与舒适。因此，客观上要求桥梁抗震效能的增强与改善。同时，在近几十年的发展中，传统抗震技术得到了明显的提高，也不断出现一些新的抗震技术，隔减震技术便是在这样的背景下发展起来的，并在现在的桥梁设计及加固中广泛应用。
1.桥梁隔减震的基本原理
传统的结构抗震是指结构抵抗地震作用的能力，即需要结构自身去抵抗地震作用输入的所有能量。隔震结构是通过设置的隔震层来隔离大部分能量向上部结构传递，同时将该部分地震能量吸收消耗掉，可以从两个方面来理解：首先，隔震层通常具有较大的阻尼，使得原结构所受地震作用较非隔震结构有较大的衰减；其次，隔震层具有很小的水平向刚度，大大延长了原结构的自振周期，大大降低了原结构的加速度反应，不过位移反应在一定程度上有所增加，其基本原理见图1。
减震结构则是直接采用耗能装置来吸收已传入结构中的能量，从而减轻结构的振动。从能量平衡的观点看，某次具体的地震输入给某结构的能量是一定的；因此，耗能构件耗散的能量越多，则原结构本身需要消耗的能量就越少，结构的地震反应也就越小。从动力学的观点看，耗能构件的作用增大了原结构的阻尼，从而减少了结构的地震反应，其基本原理如图1所示。
图1 隔减震基本原理反应谱曲线示意图
1.1 隔震基本原理
通过隔震加固后的建筑能够在很大程度上减小水平向的地震作用，根据2010版抗规第12.2.5条规定，隔震后水平地震影响系数最大值可按式（1）计算：
αmax1=βαmax/ψ （1）
式中，αmax1为隔震后的水平地震影响系数最大值；αmax为非隔震的水平地震影响系数最大值；β为水平向减震系数；ψ为调整系数，一般橡胶支座取0.80。若令η1=β/ψ为水平地震作用调整系数，则式（1）可写为：
αmax1=η1αmax （2）
1.2 减震基本原理
目前依据弹性反应谱设计的方法在各国规范中仍被广泛地应用，根据我国2010版抗规第5.1.5条的规定，阻尼调整系数η2的取值大于等于0.55，其定义如式（3）所示：
η2=1+
（3）
式中，η2为阻尼调整系数；ζ为阻尼比。由此可得采用减震技术后结构水平地震影响系数最大值为：
αmax2=η2αmax （4）
式中，αmax2为减震后的水平地震影响系数最大值；αmax为非减震水平地震影响系数最大值。
对隔震和减震的调整系数有如表1所示。由此可见，隔震和减震技术实质上都是通过一定的装置或设备来隔离或吸收大部分地震输入的能量，从而保护主体结构不受或少受地震作用的伤害。故隔减震技术在新建桥梁的设计和已有桥梁加固中有着十分美好的应用前景。
表1 调整系数η1和η2取值
2.隔减震技术在桥梁设计中的应用
传统的抗震设计主要是通过提高结构自身的强度、延性等来抗震，设计是通过增加结构、构件强度和延性来实现。这就会容许较大的地震能量传递给结构，而这些能量需要结构自身来抵抗，即所谓的“硬抗”。其设计原则主要依据设防水准和预期性能目标进行全延性或有限延性体系来设计，同时应该对结构可能出现塑性铰的部位进行专门的延性设计。不管是“硬抗”还是延性设计都是以结构构件自身的损伤为代价的，这不是我们想要的结果。
桥梁的隔震是在桥梁建筑或地基中通过设置橡胶隔震支座的办法，隔离掉大部分由于地震作用而带来的巨大能量，从而大大降低桥梁结构的反应。实际工程中，应用较多的方式是将橡胶支座安装在桥梁上部结构与下部结构之间的支座处，而且在一个桥墩上往往需要安装若干个支座。另外，该支座还有减少由于汽车动荷载引起的桥梁上部结构之间的冲击作用。橡胶隔震支座是由钢板和橡胶一层一层叠合而成的，因而也叫叠层橡胶支座，其竖向有足够的承载力及竖向刚度；但其水平刚度较上部结构的刚度小很多，因而在水平方向有足够的变形，能够起到隔离大部分地震能量的作用。隔震支座的参数需要根据桥梁设计的要求进行具体的设计，并尽量选取较优的隔震支座参数，以便更好的满足桥梁的设计和使用要求。
桥梁的减震是在结构的梁与梁之间或者梁与桥墩之间设置能够耗散能量的消能减震装置，以此来耗散掉部分原本要被桥梁结构构件自身消耗掉的能量，从而保护了桥梁结构。减震装置即我们常说的消能器，主要包括位移相关型消能器、速度相关型消能器以及混合型消能器。位移相关型消能器主要有防屈曲约束支撑（BRB）、剪切型消能器、弯曲型消能器和摩擦消能器等金属消能器；速度型消能器主要有黏滞流体阻尼器和黏滞阻尼墙等，其中黏滞流体阻尼器又分为线性黏滞阻尼器和非线性黏滞阻尼器。近40年来，美国Tyler公司生产的黏滞阻尼器已经应用在我国上百座桥梁设计中，对于采用线性阻尼器还是非线性阻尼器，也需要根据桥梁设计的要求选择不同类型的阻尼器或者不同阻尼指数的非线性阻尼器，以期达到更优的设计。已有研究表明，对于不同的桥梁结构，采用非线性阻尼器时其最优阻尼指数是不同的。
因而，在现代桥梁设计中常常采用减震技术、隔震技术或者隔减震联合的技术，以便能够达到比传统桥梁抗震更好的效果。这些都充分说明了隔减震技术在桥梁设计中的重要性。
3.隔减震技术在桥梁加固中的应用
传统的桥梁抗震加固是“以刚补刚”的原理，而采用隔震支座和减震消能器改造既有桥梁的技术则属于“以柔克刚”，已有的实践表明，无论从加固原理和工程实践上隔减震技术加固均优于传统抗震加固技术。对于本文更为关心的市政桥梁，在过去二三十年前的城市进程化的过程中，多数桥梁仍然采用的是传统的抗震技术；而在过去的十年到现在以及近期的将来，采用隔减震技术的桥梁数量越来越多，而且这一趋势还在不断加强。但是，随着我国城市现代化建设的不断完善，城市中新建的市政桥梁将会逐渐减少，而出于经济性的考虑，可能更多的会是对于已有桥梁的加固。因此，这将很可能会是将来市政桥梁所必须面临的问题。
另外，我国现有公路桥梁有很多是根据20世纪70年代或80年代初期颁布的设计标准建造的，其设计荷载均较低。随着各种重型车辆，尤其是工程用重型运输车的不断出现，公路桥梁负荷日趋加重，加之旧桥部分老化，破损或受原设计标准的限制，己不能适应现代交通运输的要求。很多资料都表明，当前有些交通发达的国家桥梁建设的重点已放到了旧桥的加固与改造方面，而新建桥梁已降为次要地位。
由此可见，在桥梁的加固过程中，隔减震技术的应用不仅能提高桥梁加固的经济性，更能保证桥梁结构使用的安全性。
4.结语
综上所述，桥梁结构设计中的抗震设计极为关键，隔减震技术在市政桥梁结构设计中的应用价值尤为显著，其技术应用将会越来越广泛。因此，要求我们加大对其研究的力度，不断鼓励技术创新，在该领域取得不断的突破。笔者相信，通过社会各界的共同努力，技术的保障会有朝一日使得人们能够在地震面前没有恐慌，没有畏惧。
参考文献
[1]马杰.桥梁设计中隔震设计研究[J].建材与装饰,2017(43).
[2]张雪峰.市政桥梁设计中隔震设计的探讨[J].科学技术创新,2013(9):291-291.
[3]罗凌霄.浅谈当前建筑结构设计的抗震方法[J].中国新技术新产品，2014，（10）.
[4]尤君鑫.探讨隔震设计在市政桥梁设计中的应用[C]//2015科技产业发展与建设成就研讨会.2015.
论文作者:刘浩明
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/25
标签：桥梁论文; 结构论文; 技术论文; 支座论文; 系数论文; 能量论文; 阻尼论文; 《基层建设》2018年第12期论文;