如何在立交桥结构设计中运用减隔震技术

2018-03-16王强

中华建设 2018年2期

王强

近几年，我国地震发生较为频繁。国内外专家提出了有关抗震设计的一些原则，桥梁的结构设计要可以承受中等强度以下地震，同时还需要保证桥梁在强震的情况下，不会发生倾倒、坍塌等各种问题。在我国桥梁设计整体规划中必须遵守这一原则。桥梁抗震设计中规定，在一些小型地震中，桥梁结构出现一些轻微损坏，桥梁依然可以正常使用，则此时的桥梁结构为弹性阶段；在经过中震后，桥梁结构出现了一定程度的破损，通过修缮之后其功能依然存在，则这时桥梁结构属于非弹性阶段；当强震之后，桥梁结构出现了大幅度的破损，但桥梁的整体结构不会坍塌，经过相应的修补之后，桥梁的部分功能可以随之恢复，则这时的桥梁结构属于弹塑性阶段。在河南省郑东新区北三环-龙湖中环路东立交桥工程中，笔者进行了这方面的有益尝试。

一、减隔震技术原理

1.延性设计

所谓桥梁结构延性设计是指结合桥梁结构的受力点，选择最合适的地方设置塑性铰，完成细部结构的整体构造。该设计最根本的目的是，当地震发生的时候，减低地震能量对桥梁结构造成的冲击，从而确保桥梁结构的完整性、稳定性。在发生的地震级别非常高的时候，该设计还可以防止桥梁结构出现坍塌、大面积损坏等。但是，需要注意的关键点是，在桥梁设计中使用该方法，会大大加剧桥梁结构损坏的可能性。结合相关实践研究表明，使用隔震防范措施，会使桥梁单质量剪力变小。

2.结构控制

要做好桥梁结构控制工作，涵盖的内容十分广泛，技术方式也十分复杂。被运用得最为普遍的方法有三种∶主动控制技术、被动控制技术、混合控制技术。减震技术主要被运用在被动控制相关理论中。对桥梁的整体结构进行科学、合理安排，一旦发生地震可以降低桥梁结构的损坏。

3.减隔震设备分类

目前，在我国桥梁工程设计中主要有两种减隔震设备，即粘滞阻尼器、支座类减隔震设备。不管是哪种类型的减隔震技术都是通过将桥梁结构的周期延长，消耗地震能耗的方式达到减隔震效果。其中粘滞阻尼器是将桥梁结构耗能减少，从而达到减隔震效果。同时，支座类减隔震设备包含摆式以及铅芯隔震两种。在桥梁结构设计中科学、合理地使用减隔震技术可以最大程度地减少桥梁结构在地震发生阶段自身耗能，从而可以让桥梁结构安全可靠。

二、减隔震技术在桥梁结构设计中的应用

在郑东新区北三环-龙湖中环路东立交桥工程的具体施工设计中，为增强桥梁结构的抗震能力，确保桥梁结构的安全，该项技术得到了科学、有效的运用。具体如下：

1.粘滞阻尼器的应用

在桥梁减隔震设计中，粘滞阻尼力器占据一定的优势。第一，相比于弹性和摩擦阻尼装置，粘滞阻尼器优势大，若在阻尼器参数为零的情况下，粘滞阻尼器的阻尼值就会出现最大值，桥梁结构变形会处于最小状态，而对于弹性和摩擦阻尼器来说，它们的阻尼值就会出现最小值，桥梁结构变形程度会最大。第二，在温度出现变化的时候，弹性和摩擦阻尼装置想要自由变形，就要克服相应的力，在此期间，会对桥梁结构出现应力，使桥梁结构的稳定性受到损坏。但是使用粘滞装置，在其自由变化的过程中，所出现的抗震力几乎为零，不会破坏桥梁结构的稳定性。

粘滞阻尼器在具体运用的过程中，会将其设置在桥梁的关键位置上。在郑东新区北三环-龙湖中环路东立交桥工程中，主要应用的是粘滞阻尼器，将各阻尼器放置在桥梁的伸缩结构中，从而提升了桥梁结构的抗震性。

2.铅芯橡胶支座的应用

在桥梁抗震结构设计中，铅芯橡胶支座被运用得也非常广泛。该抗震装置主要是将铅芯材料添加到橡胶支座中，从而达到减隔震作用。从某种程度上来看，铅芯结构有着很好的力学性能，铅芯橡胶支座具有较低的屈服剪应力，弹塑性很强，且具备良好的抗疲劳性能，可以保持长时间的稳定。基于这些优势，在桥梁抗震结构设计中该装置被运用得非常普遍。在郑东新区北三环-龙湖中环路东立交桥工程中，支座采用铅芯橡胶支座。

3.桥梁减隔震设计流程

隔震桥梁的设计方法有别于传统的设计步骤，须事先假定隔震桥梁的需求设计位移，即先假定隔震桥梁整体等效阻尼比与有效周期，则隔震桥梁的需求设计位移即可确认，其具体步骤如下：

三、减隔震技术在桥梁结构设计中的不足之处

1.减隔震技术应用规范尚不完善

在郑东新区北三环-龙湖中环路东立交桥工程的实施过程中，笔者发现，从我国的实际情况来看，将减隔震技术运用到桥梁结构设计中的时间不长，所以，同发达国家比较，我国的减隔震技术还存在着一定的差距。其中非常突出的一点是，我国在减隔震技术运用上规范不完善，理论以及相关的实践经验不足。在减隔震技术的应用过程中，最重要的一点在于对细节的构造，如果细节构造不科学合理，抗震效果就会受到影响。目前我国抗震技术并未进行统一规范，检测标准不明确，使该项技术的运用受到影响。除此之外，我国桥梁整体结构本身就存在着很严重的质量问题，即使在桥梁结构中使用减隔震技术，也会造成很大的损坏。