桥梁抗震设计方法与减隔震技术研究

龚建勇

(四川省成都市核工业西南勘察设计研究院有限公司 61000)

桥梁抗震设计方法与减隔震技术研究

龚建勇

(四川省成都市核工业西南勘察设计研究院有限公司 61000)

随着经济发展，城市化进程不断加快，桥梁建设数量不断增加，为保证桥梁安全，在桥梁设计建造工作中必须加入抗压设计，以保证桥梁工程顺利建成并投入使用，本文主要探究桥梁抗震设计方法并对减隔震技术进行研究，由此证明，随着桥梁抗震设计方法和减隔震技术的发展，桥梁震害将逐渐减少。

桥梁震害；抗震设计；减隔震

桥梁工程作为城市交通枢纽在抗震救灾，危机处理等方面有着极其重要的作用，在地震灾害发生之时，如果桥梁工程受到损害，将严重阻隔地震灾区的交通生命线，使地震的危害性进一步扩大，给抗震救灾和灾后重建造成极大的阻碍。提高桥梁的抗震性能是减轻地震危害、加强区域安全的重要措施之一，根据对以往桥梁震害情况分析，可以将桥梁的主要破坏方式分为上部结构破坏、支座破坏、下部结构破坏和基础破坏四种。

一、桥梁抗震设计方法探讨

（一）基于强度基础上的设计方法

在早期的桥梁抗震设计中，基本上都会采用基于强度基础上的抗震设计方法，将地力作为静荷载进行结构分析，以结构构件的刚度或强度作为判定结构是否失效的准则，目前来说，该种设计方法仍然有较多设计单位使用。

（二）基于延性基础上的设计方法

根据桥梁结构的特点，部分设计人员提出了基于延性基础上的抗震设计方法，此种方法主要是用地震力来修正系数调整弹性分析地震内力和反应谱加速度，以此满足不同结构的延性需求。以美国的AASHTO桥梁设计规范为例，该规范主要针对桥墩、基础、支座等构件，采用不同的R（地震反应修正系数），对弹性地震力进行折减，从而得到地震力设计值[1]。

（三）基于性能基础的抗震设计

基于性能基础上的抗震设计从理论上讲是指抗震结构在受到不同等级地震作用下能实现预期目标的设计方法，基于性能基础的抗震设计方法可以在一定的地震强度以内将人员伤亡、经济损失控制在一定范围之内，使桥梁可以在震后延续使用。此设计方法的特点是将抗震设计从宏观定性过渡到具体量化，将抗震设计的目的从保障人们的生命财产安全转化为满足不同不同地震水平下的性能目标[2]。通过多方位、多层次的抗震设计来保障人民的生命财产安全，满足建筑商所需的安全性能目标。

二、桥梁减隔震技术探究

（一）减隔震技术的概念和发展

减震是指通过人为的手段在桥梁结构的部分位置设置耗能构件和阻尼器，改变桥梁结构的动力性能，将桥梁结构吸收的地震能量进行结构性分散，从而使结构的地震反应降低。隔震主要是指通过对结构自振周期的延长来避开地震卓越周期并减少地震能量输入，从而使结构的地震反应降低。减隔震技术应用于桥梁结构的想法由来已久，自减隔震技术出现开始就受到桥梁施工设计人员的广泛重视。1973年建成的新西兰Motu桥是实际上第一座应用减隔震技术的桥梁，该桥的上不隔震使用滑动支撑的方式，并由U形钢弯曲梁提供阻尼。Motu桥建成后，桥梁建设中的抗震设计基本都采用减隔震技术。1984年美国第一次将减隔震技术应用在Sierra Point bridge的减震加固上，1990年美国新建的Sexton桥是美国第一座采用减隔震技术的桥梁。1990年日本建成第一座采用减隔震技术的桥梁宫川大桥，此桥采用铅芯橡胶支座作为减震构件，是一座3跨连续钢结构桥梁[3]。

（二）常用的减隔震装置

1、分层橡胶支座。分层橡胶支座也被称为板式橡胶支座，其结构构成是由薄钢板与薄橡胶片相互交替结合而成，多采用圆形或矩形构成支座形状。在进行抗震设计时，主要考虑的因素是阻尼作用和水平刚度。橡胶支座通过消耗变形过程中的能量来为支座提供阻尼，橡胶层变形的速度决定了阻尼的大小。一般来说用天然橡胶制作的支座阻尼约为5%-10%，分层橡胶提供的阻尼一般较小，因此在对减隔震桥梁设计过程中，常将分层橡胶支座与阻尼器综合使用[4]。

2、铅芯橡胶支座。在板式橡胶支座的中心或中部垂直压入高纯度铅芯，可以有效高山制作的阻尼性能，这种支座就是铅芯橡胶支座。铅芯的屈服剪力较低，力学特性较好，初始剪切刚度较高，在使用中能够较好的提供静力荷载下的刚度和地震下的耗能能力，因此，铅芯橡胶支座能够良好的满足减隔震的技术要求，在水平力较低的情况下，初始刚度较高，支座变形的幅度较小，当地震发生时，在地震力作用下，铅芯微变形，适当降低刚度，演唱里结构的使用周期，并在一定程度上消耗了地震能量。

3、滑动摩擦型减隔震支座。也可将滑动摩擦型支座称为聚四氟乙烯滑板支座，这种只做主要利用聚四氟乙烯材料与不锈钢之间较低的摩擦系数制作而成的。这种支座的优点十分明显，将其作为桥梁的活动支架十分合适。当地震发生时，在地震力的作用下，上部支座将在摩擦面上经滑动摩擦型支座允许发生滑动摩擦现象，在地震力从上部结构转移到下部结构时，滑动摩擦型支座将地震力限制为支座的最大摩擦力，从而大大消耗地震能量。此类制作的缺点是一旦发生移动，没有自我复位能力，将滑动摩擦型支座用作隔震支座时，支座的可靠性无法预测，所以在使用中，一般讲其与阻尼器与橡胶支座等组合使用[5]。

4、钢阻尼器。钢阻尼器耗能的原理是利用钢材的可塑性。钢阻尼器的优点十分明显，制作简便费用较少，比较耐用，耗能能力大，在选择钢阻尼器时可以根据放置位置、空间、位移及连接结构的不同来选择不同的阻尼器类型。

三、减隔震装置的选择

在进行桥梁减震系统设计时，应使系统满足以下几点要求：1、具备适当的柔软度，使结构使用周期延长，分散地震力，减少地震灾害程度。2、通过耗能装置、阻尼器等耗散地震力，将支撑面处变形控制在一定范围之内。3、有合适的屈服力和刚度，在正常使用时不会产生有害振动和屈服。

在对减隔震进行设计时，应将设计的重点放在分散地震力和提高耗能能力上，结构周期可以延后考虑，在选择减隔震装置时，尽量选择结构简单的装置，并保证其范围在力学性能范围之内。另外选择减隔震装置时考虑其减震耗能能力，并能满足正常荷载要求，因此在进行减隔震装置时还要额外考虑以下几点1、发生不同等级地震减隔震装置都应有良好的竖向荷载支撑能力。2、减隔震装置在厨师水平刚度方面应较高，桥梁在遇到较大风力或外在因素时不会产生有害振动和较大变形。3、当外界温差过大引发上部支架变形时，减隔震装置应产生比较低的抗力。4、减隔震装置在使用中应该具备良好的复原能力，在遇到较大等级的地震时，桥梁的上部结构都能较好的回复到原有的位置。

结语：

随着近几年地震灾害的频发，人们对桥梁抗震的重视程度越来越高，对桥梁抗震性的依赖性越来越强，作为抗震防灾，危机管理系统的桥梁工程在地震中如果受到伤害，将会造成交通瘫痪，给抗震救灾工作造成极大的阻碍，提高桥梁的抗震性是减轻地震损害，加强区域安全的基本措施之一，随着对抗震灾害特性和桥梁工程震害特点的深入认识，桥梁抗震的设计方法也经历了从强度、延伸性到性能的过程，伴随着桥梁减隔震技术的发展和应用，将大大提高桥梁安全性，减轻损害，为灾后重建提供有力保障。

[1]韩鹏，孟哲.浅谈桥梁抗震方法与减隔震技术[J].山西建筑.2010,(16):291-193

[2]杜修力，韩强.桥梁抗震研究若干进展[J].地震工程与工程振动.2014,(4):1-14

[3]孙海鹏.卓卫东.大跨度连续桥梁减震技术综合论述[J].公里交通技术.2010,(5):152-153

[4]曲惠.吴卫东.连续桥梁延性抗震设计与减隔震设计方法对比研究[J].上海建设科技.2011,(5):14-17+29

[5]王岩，王东升，孙志国.中日美桥梁减震设计规范的对比研究[J].地震工程与工程振动.2015,(5):73-79

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1007-6344（2016）02-0097-01