浅谈桥梁设计中隔震设计的重要性

2019-04-12孙伊圣陈浩威

中国新技术新产品 2019年2期

孙伊圣陈浩威

（1.重庆市轨道交通设计研究院有限责任公司，重庆 401122；2.重庆市市政设计研究院，重庆 400020）

0 前言

桥梁建设是交通工程建设中的重点内容，桥梁工程的质量和性能直接影响交通的稳定性和安全性，人们对桥梁工程的质量也越来越关注。为了保证桥梁具有良好的质量和性能，就需要桥梁具有良好的设计，隔震设计是桥梁设计中的重点，也是桥梁设计中的核心内容，而桥梁设计中如何进行隔震设计，就是该文主要研究的内容。

1 桥梁隔震设计原理及技术特点

1.1 桥梁隔震设计原理

桥梁隔震主要是通过隔震装置来对桥梁结构自振的周期进行延长，对桥梁结构阻尼特性进行大幅度的增加，降低桥墩顶部在地震中位移的反应，同时也有效减小其上部结构具有加速度的反应，使地震力能够均匀地分布在各桥墩，有效防止地震力在某个桥墩过于集中，实现对桥梁的保护作用。桥梁隔震设计引入柔性装置，使桥梁重要的结构构件和水平地面的运动关联性减少，桥梁重要的构件在地震中不会出现破坏性损伤的情况，这就使桥梁结构反应的加速度和地面加速度相比是小的，通过阻尼设计形式，地震产生能量会得到有效地消耗，地震能量在传到桥梁的上部和隔震的结构中时，其作用力已经得到了明显的削弱，如图1所示。

1.2 桥梁隔震设计技术特点

桥梁隔震设计能够有效地提高桥梁结构的延展性以及柔性，在发生地震的情况下，有地震产生的地震力在到达桥梁上层结构前就会被隔振设备消耗，从而减弱了地震对桥梁结构产生的破坏效果。在隔震装置设计中，一定要遵循科学性和合理性，保证桥梁结构具有良好的韧性以及可塑性，桥梁隔震设计能够有效地减少工程造价的减少，避免后期工程维护成本的增加，同时还能够有效提升桥梁的性能，比常规抗震的设计具有更高的抗震性，实现对桥梁墩柱的有效保护。与未采用隔震设计的桥梁比较，通过隔震设计的桥梁在地震后，只需要进行隔震装置的更换和维护，就能够恢复使用桥梁，其施工比较简单、维修的时间比较短，且维修的费用也比较低。

2 桥梁设计中隔震设计的重要性

桥梁隔震的目的主要是把桥梁结构和可能会对桥梁结构产生破坏的地面运动实现尽可能隔离，从而达到对桥梁稳定性保护的效果。在桥梁结构的设计中，为了实现隔震效果，设计人员通过延长桥梁的结构周期，避开地震卓越周期，从而有效减弱地震能量在桥梁结构的传入。通过桥梁隔震设计，能够有效地改善地震力量于桥梁的下部结构中各支座间分布的情况，对桥梁基础、桥台和桥墩等实现保护；对桥梁结构横向的地震反应中通过隔震设计，能对桥梁横向的刚度进行调节，从而保证桥梁结构扭转的平衡，实现对地震力的降低；桥梁上部结构的隔震设计，能够有效减少和消除地震中上下部的结构超出其弹性范围的现象，难以检查以及修复位置，对桥墩和基础进行一定的埋置，还能够有效避免此部位出现非弹性的变形；另外，隔震支座的使用，在温度和收缩等变形中引起抗力是很小的，这对城市的高架桥梁超多跨的连续梁桥建设中，伸缩缝的减小具有积极意义。

3 桥梁设计中隔震设计方法

3.1 隔震装置设计

图1 加速度反应谱和位移反应谱图

桥梁隔震装置以及其他构件的设计是桥梁设计中的重点部分，也是桥梁隔震设计中的关键与核心。在现阶段的桥梁隔震设计中，主要采用弹性反应谱的设计法，所谓弹性反应谱设计法，在不同的国家有着不同的规范，主要的区别就是其计算公式的不同，通过计算公式能够计算出隔震装置等效阻尼以及等效的刚度，因为桥梁地震响应和隔震装置的振幅具有密切联系，在进行计算时，就需要对隔震装置最大的振幅进行考虑。而对于不规则以及结构比较复杂的桥梁往往使用时程的分析法，时程法进行隔震的设计需要对弹性装置应用的范围进行考虑，计算出弹性性能来保证弹性装置的合理设置。弹性反应谱设计法比时程法的应用更加广泛，施工的计算也更为简单，和现阶段计算的规范要求比较接近，同时由于隔震装置等效阻尼以及等效刚度的计算和地震隔震装置最大的变形有关，且隔震装置的变形直接影响桥梁对地震的响应，因此在桥梁的隔震装置设计中常用反应谱法。在进行实际的计算中，是没有相应公式直接进行套用的，需要设计人员掌握和估算出桥梁地震的响应情况，工程师要根据自身长期工作积累的经验进行初步的设计方案制定，在进行方案的制定完成后，再借助时程的分析法进行隔震设计合理性的验证。

3.2 细部构造设计

桥梁的附属构造设计在桥梁的设计中也具有重要的作用，桥梁的附属构造构件主要有防落梁的装置、限位的装置以及伸缩缝等，经过对多种地震的危害以及时程进行分析，掌握附属构造内细部构造会对桥梁的结构隔震效果以及动力响应产生的影响，但目前桥梁设计中，相关设计人员对细部构造的设计重要性并没有充分认识，同时由于在进行桥梁结构地震的响应计算时，附属结构的动力响应方法是十分复杂的，这也导致设计人员对细部构造的设计出现规避情况。在进行桥梁细部的构造设计中，一定要充分认识到此部分设计的重要性，保证其具有良好的连续性。