李忠朝
浙江佳途勘测设计有限公司
摘要：桥梁工程隔震设计是桥梁抗震设计的重要组成部分，可以减轻构造物的地震破坏，保证人民生命财产的安全和减少经济损失。本文对隔震设计理论及其在桥梁隧道设计中的重要性进行分析，最后对桥梁隧道设计中的隔震设计应用进行了探讨，希望对桥梁隧道项目的设计建设工作能够有所借鉴。
关键词：桥梁隧道设计；隔震设计；重要性
1引言
在桥梁设计过程中，隔震设计起着较大的作用，保障隔震设计的科学性和合理性是提升桥梁安全运行的一道重要环节。在桥梁工程设计中，利用科学的隔震设计和有效的隔震技术措施，才能将桥梁的隔震效果发挥出来，也才能减小地震后的损失。本文正是立足于这一出发点，对隔震设计理论及其在桥梁设计中的重要性进行了分析，最后对桥梁设计中的隔震设计应用进行了探讨，希望对桥梁项目的设计建设工作能够有所借鉴。
2桥梁隔震设计的重要性
纵观我国历年来的地震资料，不难看出地震灾害对我国灾害区域内的桥梁等交通基础设施造成了严重破坏，影响了当地区域社会生产和生活秩序的正常进行，也带来了巨大的经济损失。究其根源，可知这些桥梁工程在抗震设计方面存在缺陷或不足，无法承受地震力的冲击。为了从整体上提升桥梁工程的抗震性能，必须要注意将隔震设计落实在结构设计环节，确保桥梁在地震作用下不出现倒塌，并要便于后续人员进行维修与管理。作为桥梁防震设计中最为基础，最为重要的工作内容，抗震器和防震设备的安装工作质量直接决定着桥梁结构防震性能的高低。比如，为了提升桥梁水平方向支撑作用力，可以将防震器安装在桥梁上，这可以在一定程度上延长桥梁水平周期，提升桥梁抗震性能，必要时可以安装一些阻尼器来提升桥梁阻尼效应，减少其在地震力作用下承受的整体作用力，最大限度地降低地震给人们带来的各种损失。有关研究表明，相较于没有经过抗震设计的桥梁结构，接受隔震设计的桥梁相关设备与材料更换时更加便捷，也可以有效节省设备及构配件维修费用，提高桥梁工程维修人员的工作效率，降低整体桥梁工程维护管理费用。因此，为了进一步促进我国桥梁工程建设，必须要重视加强桥梁隔震设计。
3隔震设计理论分析
桥梁的设计质量对桥梁工程的后续施工及其整体运行质量影响巨大。桥梁设计工作涉及到的内容和因素较多，要确保设计的合理性和有效性，提升隔震设计水平也很关键，这也是现代化桥梁设计的主要内容，需要进行重点分析和研究。
3.1设计原理
减震、隔震技术是简便、经济、先进的工程抗震手段。隔震设计以阻隔地震对桥梁的冲击为目的，以此来减弱地震对桥梁结构的损坏。隔震设计的基本原理是在桥梁结构中增加柔性支柱，减弱桥梁各结构之间的关联性，提高桥梁反应加速度，消耗地震携带的巨大能量，从而达到降低地震对桥梁结构的冲击与破坏目的。与桥梁设计中的阻尼设计目标相同，隔震设计亦是以最大限度消耗地震携带能量，延长构件耐久性为目标，这就要求对桥梁进行隔震设计时，要保证每个构件都具有良好的弹性和可塑性，充分考虑地震后桥梁的结构变形问题。减震是利用特制减震构件或装置，使之在强震时率先进入塑性区，产生大阻尼，大量消耗进入结构体系的能量；而隔震则是利用隔震体系，设法阻止地震能量进入主体结构。在实践中，有时把这两种体系合二为一。结构控制理论的引入，实际上是结构减震、隔震技术的延伸与扩展。通过选择适当的减、隔震装置与设置位置，可以达到控制结构内力分布与大小的目的。
3.2减隔震技术的适用条件
减隔震技术的适用条件适用于以下几点：（1）地震的波频，具有高、中、低的区分，如果桥梁结构处于地震发生的高频阶段，同时能力比较集中，就可以对减隔震技术的使用，以及对桥梁的结构进行有效的防范；（2）对于桥梁结构生命周期比较短，桥梁结构设计比较规范，没有桥梁墩太高太低的情况出现，就可以对减隔震技术进行应用；（3）对于提前计划好的施工地点，需要对地面板块的运动特点进行观察，对于损害因素，确保将其降到最低，从而实施对减隔震技术的应用。对于减隔震技术不适用的条件，主要包含以下几点：（1）桥梁结构的周围的土壤，具有较高的含水量，比较容易发生湿陷的状况，此时地震产生的高能量就容易受到不同程度的损坏；（2）桥梁结构的路基下部具有较大的柔性，同时，桥梁结构自身所具有的周期长，可以使路基与桥梁产生共振；（3）在桥梁的支座中，受力度分布不均匀的情况，出现负反力，以及桥梁结构位移情况较为严重等，都不适合减隔震技术的应用。
3.3设计原则
首先，在进行隔震设计前，要对桥梁项目所在区域的地质和地基等情况进行详细的调研和分析，并在此基础上初步确定隔震设计的技术方案，这也是提升设计有效性的前提和基础；第二，设计人员应对工程项目现场进行全面的实地考察，核实桥梁的服务年限，并结合设计方案确定隔震装置，进而确保隔震设计可以真正发挥其应用的功效；第三，隔震设计完成后，需要提升桥梁的整体抗震性能；第四，抗震装置的选择也是隔震设计的重要内容，要根据桥梁项目的实际情况选择合理的抗震装置，确保所选装置与工程实际具有良好的匹配性，能够满足桥梁结构的力学性能；最后，当采用隔震设计后，如果遭遇地震灾害，那么桥梁的一些结构可能会出现位移情况，所以需要在震后对其结构加以调整以保障运行安全。
4桥梁工程震害问题分析
桥梁发生震动时，将直接会造成桥梁的结构发生不同程度的变化，进而发生安全性事故。上部桥梁结构出现震害问题，不仅会造成桥梁出现位移震害、碰撞性震害以及结构性震害问题，而且严重时将会造成桥面出现裂缝、混凝土脱落及桥梁整体位移等问题。桥梁支座震害，桥梁支座的破坏程度主要分为活动支座脱离、锚固螺栓拔出以及支座位移等几种不同的情况。桥梁下部结构震害问题，造成桥梁的台、墩遭受到不同程度的损伤，造成整个桥梁工程的功能受到不同程度的影响。
5桥梁的隔震设计应用
5.1隔震设计的优势
在进行桥梁设计的过程中必须要进行隔震设计，可以有效的分解并且优化地震的作用力；提升桥梁结构支座的平衡性，加强对桥梁基础部分的保护，加强对桥梁上部结构的有效保护以及支撑。同时，在实际中桥梁设计在进行隔震设计过程中其具有一定的调节结构自身的横向刚度的作用，这样可以有效的解决桥梁结构自身的平衡扭转问题，进而有效的消耗地震自身的作用。在对桥梁的上部结构设计的过程中，隔震设计可以有效的降低震后桥梁结构出现的超出弹性范围问题，进而有效的避免结构局部变形问题。同时在实际隔震设计因为普通的抗震设计效果，在实际中保障了其整体的工程质量，不会额外的增加其施工成本。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆桥梁的隔震设计中虽然其隔震支座会受到温度等相关外界因素的影响，出现一定程度的变形，但是这种变形量响度较小。
5.2隔震装置的设计
在现阶段，应用最为广泛的隔震设计就是弹性反应谱设计方式，弹性反应谱方式的实际规范因国家而异，其主要的区别就是其计算公式，这些计算公式主要就是通过计算隔震装置的等效阻尼以及等效刚度方式对其进行计算。因为桥梁自身的地震响应以及隔震装置的振幅之间存在一定必然性，对此在计算过程中必须要对隔震装置的最大振幅进行综合分析。基于不同规则以及一些结构相对较为复杂的桥梁要通过时程分析方法对其进行计算。时程法在进行隔震设计的时候必须要对应用的具体弹性装置的具体范围、弹性性能等进行计算，进而保障弹性装置设置的合理性。弹性反应谱法应用相对较为普遍，其施工计算较为简单，与实际的计算规范更为接近；同时，在实际中隔震装置自身的等效阻尼以及等效刚度的计算与地震时隔震装置的最大变形有着一定的关系，而隔震装置出现的变形对桥梁自身的地震响应有着较为直接的关系，对此在实际中会通过反应谱法方式进行桥梁隔震装置的设计。在实际的计算过程中，相关设计人员必须要对桥梁的地震响应程度进行系统的分析，基于自身的工作经验设计方案，利用时程分析法对隔震设计的合理性进行设置。
5.3优化设计细部构造
在桥梁抗震装置设计过程中，优化设计细部构造设计，上部结构连续的桥梁，桥墩高度宜相近；刚度大的桥墩处设置结构变形的装置；加强结构塑性铰区域的构造措施；在伸缩逢处采取加大支撑距离，设置限位装置和连续装置等防落梁措施；柱式墩加强横向连接，保证桥墩的延性。在进行时程分析和调查众多地震危害情况的基础上，桥梁细部结构等附属结构自身的质量会影响桥梁整体结构的动力
青山尘不染 2018/05/06 09：01：57
响应效果和抗震性能。但是在实际的桥梁细部结构设计过程中，还没有充分意识到附属结构设计工作的重要性，认为桥梁主体结构设计如果满足设计规范要求即可确保桥梁工程具有良好的抗震性能，同时在对地震响应程度进行计算时，附属结构等桥梁细部结构设计计算流程比较繁杂，工作量较大也是一个原因。桥梁细部结构设计对桥梁隔震设计整体抗震能力影响较大。
5.4聚四氟乙烯滑动支座
聚四氟乙烯滑动支座，也叫PTFE支座。它是一种柔性支座，主要是利用PTFE摩擦系数小的特点，将其粘贴在支座表面上，并在梁底支撑处设置不锈钢板，使其可在支座表面滑动，以满足较大横向位移的要求。这种支座在跨度较大的桥梁结构中应用比较广泛。该支座隔震的优点是对输入地震波频率特性不敏感。PTFE支座能有效地通过聚四氟乙烯和钢板间的摩擦耗能，对减小内力反应有显著的效果，而且其效果对输入地震波的频谱特性不敏感，但由于它不能提供恢复力，常常会使梁体与墩、台之间的相对位移过大。因此，PTFE支座最好能与阻尼器或防止落梁的装置配套使用。为了解决滑动隔震系统上部结构与滑动装置之间位移过大的问题，研制了几种能提供恢复力的滑动支座，如摩擦摆支座、R-FBI支座、TASS支座等。
5.5叠层橡胶支座
叠层橡胶支座主要是由两部分组成：即橡胶片和钢板。由于钢板对橡胶片的横向变形产生了约束作用，从而使叠层橡胶垫具有了较大的竖向刚度。同时因钢板对橡胶的剪切变形影响较小，使橡胶本身所固有的柔韧性得到了保障。相关研究结果表明，橡胶支座的力-位移滞回曲线是狭长的，在具体设计中可用线性来代替。因橡胶支座能够增强桥梁结构的柔性，这样可以进一步延长结构的周期，进而达到减震的效果。但这种支座也存在一定的不足之处，即在减小墩台受地震荷载的同时，增加了梁体与墩台间的相对位移，因此使该装置的应用受到了一定的局限。
5.6合理应用铅芯橡胶支座
桥梁结构进行抗震设计的时候，需要对铅芯橡胶支座的有效应用进行充分的考虑，以此对桥梁结构的安全抗震性能进行有效的提高。铅芯橡胶隔震支座主要的构成是，在分层橡胶支座中加入铅芯，从而形成一种减隔震装置。对于铅芯来说，其具有较好的力学性能，其可以和分层橡胶支座进行有机的结合，因此，铅芯是一种较好的减隔震材料。另外，铅芯橡胶支座的屈服剪应力比较低，在对其刚度进行剪切的时候，具有较强的弹塑能力，同时，塑性循环的耐疲劳性能也比较强。总而言之，铅芯橡胶支座在国内外桥梁结构的隔震设计的时候，是比较广泛的隔震装置，对于桥梁结构的抗震安全性能具有重要的影响。在对需要进行抗震设计的桥梁，应根据桥梁所在区域的地震烈度、地震动峰值加速度和桥梁的结构形式等合理选择相应的减隔震设备。
5.7合理的应用粘滞阻尼器
在对需要进行抗震设计的桥梁结构进行设计时，需要对粘滞阻尼器的有效应用进行充分的考虑，从而使桥梁结构的抗震安全性能得以提高。粘滞阻尼器所具有的优势主要包括以下几点：（1）弹塑性阻尼装置或者是摩擦阻尼装置所具有的较强屈服力或者摩擦力是常值，当桥墩发生最大化的变形的时候，屈服力以及摩擦力的常值会同时达到。但是，当阻尼器的参数为1的时候，桥墩就会发生最大化的变形，而阻尼力反而是最小值。当阻尼器的参数为0的时候，粘滞阻尼器的阻尼力就会达到最大值，而此时桥墩的变形最小。（2）当温度发生改变的时候，弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置需要对屈服力以及摩擦力进行克服，才能够实现相关装置的自由变形。在桥梁中，对粘滞阻尼器进行应用，通常粘滞阻尼器会被设置在桥梁的塔梁中间，也可以是在加劲梁与桥边墩的中间位置，或者是加劲梁与辅助墩的中间位置。
6结束语
在桥梁防护系统之中，隔震系统对于桥梁具有较大的保护作用。当地震出现的时候，桥梁可以借助隔震系统来降低自身受到的影响，不仅可以降低结构安全事故的发生，同时还可以减少经济损失。
参考文献：
[1]何双，赵桂峰，马玉宏，崔杰，谢礼立.基于概率地震需求模型的隔震桥梁易损性对比[J].地震工程与工程振动，2014，34（06）：1-10.
[2]郑明燕. 考虑SSI的减隔震简支桥梁（渡槽）建模及地震动力响应研究[D].中国地质大学，2014.
[3]沈朝勇，周福霖，温留汉·黑沙，马玉宏，陈洋洋.不同桥梁隔震橡胶支座力学性能对比试验研究[J].土木工程学报，2012，45（S1）：233-237.
[4]杨风利，钟铁毅，夏禾.铅芯橡胶桥梁隔震支座屈服比的优化及设计应用[J].中国铁道科学，2010，31（02）：34-39.
[5]袁涌，熊世树，朱昆.橡胶隔震支座对桥梁隔震性能的实时子结构拟动力实验研究[J].华中科技大学学报（城市科学版），2008（01）：35-38+46.
论文作者:李忠朝
论文发表刊物:《防护工程》2018年第11期
论文发表时间:2018/9/29
标签：桥梁论文; 支座论文; 结构论文; 装置论文; 橡胶论文; 阻尼论文; 位移论文; 《防护工程》2018年第11期论文;