桥梁抗震设计研究与新技术应用

张世杰

山东通惠交通工程咨询有限公司 山东济南 250100

工程概况：某公路段，介于东经95°07′56～95°49′12″，北纬40°32′35～41°47′27″之间。段路基宽12m，路面宽9m，沥青路面，桥涵荷载标准为汽-13、挂-60或汽-20、挂-100。2009年改公路工程建设，采用新建一幅，利用原国道312线空间改建一幅的方案，因此国道312线基本被完全占用。对本项目进行全面改建，不仅对于完善路网结构、提高道路服务水平、加快社会经济发展发挥重要的作用，而且对于方便沿线群众生产生活具有十分重要的意义。

1 桥梁抗震设计研究

1.1 桥面结构支座设计

桥梁结构的设计需要加强桥床板的连续结构。为了在位移发生时不使主梁落梁，需要设定充分的加固宽度。另外，应适当地扩展盖梁和支座的宽度，追加位移防护装置。在没有固定支座的情况下，通过设置移角钢或者挡块的加设方式增加抗震设计。

1.2 基于桥梁材料延性的设计方法

桥梁工程施工主要由以下几部分组成，分别是混凝土钢结构、锚固件、钢索结构、桥墩结构、支座、桥梁等，核心施工材料是混凝土与各种类型的金属材料。在桥梁抗震设计过程中，从施工材料延性与桥梁结构特征进行分析与设计，保证桥梁抗震性能得到更好提升。设计人员可以假设模拟地震力，采用材料更换方法，综合对比相同地震力作用下桥梁工程的可靠性，并根据桥梁工程结构特征，开展抗震设计工作。

1.3 桥梁结构跨度设计控制

在地震区域进行建设的过程中，要不断的加强桥面的连续结构。桥梁的跨度不均匀时，墩身的刚性不等，特别容易受到损伤。此时，可调整各墩的刚性，以便通过在墩顶的支承力的大小进行调整，使得刚性能够得到进一步的保证。地震区域的跨度不应该太长。跨度越大，墩柱受到的轴力越大，最终桥墩的延展力就越小[1]。

1.4 基于不倒塌的桥梁抗震设计方法

该设计方法重点介绍以下两种规范，AASHTO—LRFD提出的设计规范与Caltrans桥梁设计规范。规范中明确指出，水平荷载为水平力效应，是弹性地震反应系数与桥梁上部结构的等效重量的乘积。AASHTO—LRFD设计方法，设计人员需要明确AASHTO—LRFD场地系数，可以根据桥梁土剖面类型，确定最终的场地设计系数。

2 桥梁抗震设计新技术的具体应用

2.1 H D R高阻尼隔震橡胶支座的具体应用

HDR高阻尼隔震橡胶支座能够有效简化成双线性恢复力学模型，桥梁抗震设计人员运用有限元分析软件构建相应的桥梁空间有限元模型。其中，工程中的主梁与桥墩全部采用三维梁单元，横向隔板的荷载与二期恒荷载为桥梁单元附加重量，采用有限元软件分析方法，构建桩基模型。当地震作用比较强烈时，桥梁结构会直接进入到弹塑性状态，发生弹塑性变形，地震作用力主要破坏桥梁墩柱。因此，桥梁结构的抗震性能和墩柱的延性变形有密切联系。运用HDR高阻尼隔震橡胶支座之后，通过在桥梁下部结构与上部结构分别设置隔震层，如果发生地震，桥梁的上部结构与下部结构处于隔离状态，隔震支座滞回效能的发挥，使得桥墩承受的剪力与弯矩不断减小，桥墩顶部的纵向位移与横向位移减小，具有良好的减隔震效果[2]。

2.2 减隔震技术应用方法

2.2.1 地基减隔震技术

地基减隔震技术就是针对桥梁地基结构来进行防护的技术，主要存在两种类型，即屏蔽隔震和绝缘隔震。屏蔽隔震是在桥梁结构的周边地带进行开槽，之后将屏蔽板埋入槽内即可，原理上可以有效阻隔部分地震力学波，尤其适用于周期较长的地震条件下；绝缘隔震是依靠刚度较高或者质地柔软的地基来抵消建筑地基的输入波，以此起到减隔震作用，原理上为“逸散衰减”。目前，两种地基减隔震技术中，最常用的方法为屏蔽隔震，但是此方法存在一个缺点，即在直下型输入波条件下，无法发挥任何功能，说明该方法的局限性[3]。

2.2.2 钢阻尼器设计与应用

桥梁减震设计当中，钢阻尼器的应用广泛，由于钢阻尼器的可塑性，可以达到应有的减震效果，具有较高的可操作性能，并且施工成本低、耐用性好。因为刚阻尼器具有较好的可塑性，在不同类型的桥梁工程中均取得良好应用效果。对于桥梁抗震设计人员来讲，要明确钢阻尼器的安装位置，结合桥梁空间的差异性，最终确定钢阻尼器安装位置。

2.2.3 上部结构减隔震技术

上部结构减隔震技术作用于桥梁基础上方所有结构，主要由隔震装置来实现。应用当中，将隔震装置安装在桥梁上部结构下方（上部结构以基础之间）即可，根据隔震装置产品种类，此应用方式可以分为附加振动隔震方式、能量吸收隔震方式两种，附加振动隔震方式主要在振动结构周边，附加建设一个与桥梁本身载荷无关的振动体，此时当振动结构出现振动后，应力会被转移到附加振动体上，可以抵消部分地震影响。能量吸收隔震方式原理与上述基础减隔震技术相同，因此不多加赘述，但两者的区别在于，此处能量吸收隔震方式的实现主要通过阻尼装置来实现[4]。

3 结语

综上，通过提升桥梁工程抗震设计水平，妥善运用新技术，本桥梁工程抗震设计已经顺利完成，经过全面检测之后，工程的各项技术指标均符合相关规定，桥梁工程质量达标，能够为后续施工提供良好条件，说明以上的设计理念与新技术科学可行，可以为相关工程提供有效参考，保证桥梁施工质量得到更好提升。