桥梁结构设计中减隔震技术及实践要点

王 兆 斌

(山西省孝义公路管理段，山西 孝义 032300)

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桥梁结构设计中减隔震技术及实践要点

王 兆 斌

(山西省孝义公路管理段，山西 孝义 032300)

介绍了桥梁结构设计中减隔震技术的原理，通过分析减隔震技术的类型，对粘滞阻尼器、铅芯橡胶支座、摆式滑动摩擦支座等减隔震技术在桥梁结构设计中的应用进行了研究，使桥梁的设计施工更加安全、便利、实用。

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科技的不断发展与创新过程中，各个行业的技术水平都得到了快速的提升。在桥梁工程中，减隔震技术在桥梁结构设计上的应用已经十分普遍，使用这种技术能够令桥梁在面对地震产生时不至丧失工作的能力。当前各种设备都在不断地更新与完善，使得减隔震技术在桥梁工程中的应用也逐渐得到了重视。

1 减隔震技术原理

所谓隔震就是令能够导致桥梁结构遭到破坏的地面运动同桥梁结构之间尽可能的实现分隔。为了令这个目标得以实现，设计人员会通过延长桥梁结构周期的形式，使其同地震的卓越周期不会重叠，这样就会有效的避免或者是减少桥梁结构中传入的地震能量。但是当桥梁结构的周期被设计人员延长之后，桥梁结构就会在位移反应上形成增加的可能，就会导致桥梁结构在设计上极易出现难度增加的问题。此外，假若桥梁的结构比较柔弱的话，面对正常的荷载作用，桥梁结构甚至会产生有害的振动。对此，桥梁结构设计人员可以通过对桥梁结构在阻尼上实施增加的方式令地震反应的程度降低，进而对桥梁结构实施有效地控制。

可以通过能量方程对减震原理加以理解。Ein=EveEeEpEi是减隔震原理的能量方程，此方程式中的Ein是指桥梁结构或者地震传入的总能量；Eve指的是桥梁结构中动能与弹性势能的总和；Ee指的是桥梁结构自身阻尼所消耗的能量；Ep指的是桥梁结构因为出现了弹塑性的变形进而产生的能量消耗；而Ei指的是减隔震设备自身消耗的能量。如此，可以看出减隔震的原理指的就是令减隔震设备首先进入到塑性阶段，随之通过设备自身实现更多能量的消耗，使桥梁结构在耗能与塑性耗能方面能够减少，进而使桥梁结构能够实现破坏程度的降低。

2 减隔震技术的类型

当前我国在桥梁工程中投入使用的减隔震技术主要划分成两个类别，其中之一是粘滞阻尼器，通过粘滞阻尼器的有效应用能够使地震中产生的很多能量得以消耗，进而令桥梁结构中某些关键性的位置可以得到抗震安全性能的提升；而另外一种减隔震技术设备使用的是铅芯橡胶隔震支座与摆式滑动摩擦支座，这种技术实现减隔震的原理就是当设计人员在对桥梁结构周期进行延长的同时，对这两种设备进行有效地应用，进而实现地震能量的消耗，最终令桥梁结构能够得到抗震安全性能的极大提升。

3 减隔震技术在桥梁结构设计中的应用

3.1 粘滞阻尼器在桥梁结构设计中的应用

在对桥梁的结构进行设计的过程中，设计人员需要对怎样使粘滞阻尼器能够在提升桥梁结构抗震安全性能方面得到有效地应用进行充分的思考。使用粘滞阻尼器实际上是有着其本身的独特优势的，首先需要知道的就是摩擦阻尼装置或者是弹性阻尼装置在摩擦力与屈服力方面都是常值，而面临桥墩出现了最大化的变形时，摩擦力与屈服力能够同时达到常值；若阻尼器的参数是1时，能够导致桥墩出现最大化的变形，阻尼力却停留在最小值上；而当阻尼器的参数是0时，会令粘滞阻尼器产生的阻尼力达到最大值，此时桥墩产生的变形程度是最小的。此外，当温度发生了变化以后，两种阻尼装置必须在克服了摩擦力与屈服力的条件下才能实现自由的变形；当粘滞阻尼器在蠕变发展的时候，几乎不会产生抗震力，可见使用粘滞阻尼器对桥梁结构的功能并不会产生影响。在桥梁结构中使用粘滞阻尼器，通常都会在塔梁中间、加劲梁与辅助墩中间以及桥边墩中间等这些位置进行粘滞阻尼器的设置。

3.2 铅芯橡胶支座在桥梁结构设计中的应用

在对桥梁的结构进行设计的过程中，设计人员需要对怎样使铅芯橡胶支座能够在提升桥梁结构抗震安全性能方面得到有效地应用进行充分的思考。之所以称作是铅芯橡胶隔震支座，就是指在分层橡胶支座中将一些铅芯加入了进来，进而构成了一种具有减隔震功能的装置。因为铅芯在力学方面能够展现出良好的性能，同分层橡胶能够实现高效的结合，因此，在减隔震材料的选择上铅芯是十分恰当的。此外，铅芯橡胶支座在屈服剪应力方面会呈现出相对较低的现状，而初始情况下展现出的剪力刚度是较高的，有着较强的弹塑性，同时塑性循环在耐疲劳性能方面也能展现出较强的效果。之所以铅芯橡胶支座能够在桥梁结构抗震设计中得到广泛的应用就是因为其展现出的屈服刚度与强度均十分良好，同抗震系统提出的要求相符合。

3.3 摆式滑动摩擦支座在桥梁结构设计中的应用

在对桥梁的结构进行设计的过程中，设计人员需要对怎样使摆式滑动摩擦支座能够在提升桥梁结构抗震安全性能方面得到有效地应用进行充分的思考。摆式滑动摩擦支座的设计将钟摆概念与滑动摩擦支座进行了很好的结合，进而构造形成了一种十分有效的减隔震装置，摆式滑动摩擦支座存在一个曲面形式的滑动面，地震能量能够从曲面滑动摩擦中得到尽可能多的消耗，使得桥梁结构能够在自重上得到十分重要的自复位能力，进而使桥梁结构在振动周期上可以通过钟摆机理得到有效地延长。因为支座在平面上的尺寸会因为球面曲率的半径以及地震位移的大小受到一定的影响，所以支座平面在尺寸的设置上通常较大。

4 结语

面对近年来频发的地震灾害，桥梁工程对减隔震技术进行了不断的研究与完善。随着科学技术的不断更新与发展，减隔震技术在桥梁结构设计上已经得到了广泛的应用，粘滞阻尼器、铅芯橡胶隔震支座以及摆式滑动摩擦支座是减隔震技术中经常使用的三种装置，通过对桥梁结构振动周期的延长，能够使桥梁获得安全抗震性能的提升。

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Seismic isolation and reduction technology and practical points in bridge structure design

Wang Zhaobin

(ShanxiXiaoyiHighwayAdministrationSection,Xiaoyi032300,China)

The thesis introduces seismic reduction and isolation technology principles in bridge structure design, analyzes seismic reduction and isolation technology types, and studies the application of viscous damper, lead-rubber bearing, sliding friction bearing and other seismic reduction and isolation technology in bridge structure design, with a view to make the bridge design safe, convenient and applicable.

bridge, structure, seismic isolation and reduction technology, application

2015-06-24

王兆斌(1973- )，男，工程师

1009-6825(2015)25-0161-02

U441.3

A