隔震设计在市政桥梁设计中的应用分析

马丰民

（江苏华新城市规划市政设计研究院有限公司，江苏 连云港 222000）

与公路不同，桥梁的承重结构主要取决于桥梁整体结构，桥梁的结构稳定性和抗震性通常相对较弱。在地震导致的桥梁问题中，公路钢筋混凝土结构桥梁多表现出落梁、拱桥破坏、支座滑动、梁体滑移、碰撞破坏、墩台破坏等问题，而铁路钢结构桥梁则多表现为支座破坏、墩台破坏、落梁等现象。由此可见，在不同的桥梁设计结构中，地震所带来的影响和破坏位置不同，而加强隔震设计不仅有助于提高桥梁的稳定性和安全性，在防震方面也起着很大的作用。

1 市政桥梁隔震设计的重要性和作用

在设计市政桥梁时，必须充分考虑其承载力、强度、刚度、抗震性能和绝缘设计。隔震设计不仅能有效地改善桥梁的扭转平衡，而且能解决桥梁设计过大所引起的各种问题。增强隔震设计只需要在设计阶段稍微调整桥梁的施工计划即可，并且，在施工过程中安装一定的隔震装置不会增加工程成本或影响工期，不仅可以显著改善桥梁的承载能力、抗应变能力和抗震性能，提高桥梁应用质量，而且后续还能减少维护难度并延长桥梁的使用寿命，从而有利于维护桥梁的发展。

（1）提高市政桥梁的建设价值。在当前的社会经济发展中，随着交通工程项目的增多和经济往来种类的增加，市政桥梁的隔震设计在促进和保护市政桥梁建设中发挥了积极作用。隔震设计不仅可以防止地震带来的危害，而且能帮助保持交通的全面性，保护人们的生命和财产安全。另外，桥梁的隔震设计主要是通过绝缘和有效的减震或施工装置来实现的。这种隔震设计可以在桥梁工程中提高施工质量和稳定性，进而减少自然地震带来的消极影响，并确保桥梁工程的正常使用。因此，隔震设计可确保市政桥梁的施工具有一定的适用性，一方面可以推动经济的建设和发展，另一方面又具有实际的施工价值。

（2）改善桥梁工程的坚固性。隔震设计是桥梁工程坚固性的基础。这是因为隔震设计可以通过降低地震影响来保护桥梁结构，并提高桥梁的抗震能力及桥梁工程的整体强度。此外，桥梁隔震设计的最大特点是运动功能，通过引入一种灵活的设计，可提升桥梁的重要结构部件的稳定性，在一定程度上降低其与水平地面运动的相关性，因此，地震不会使其遭受重大损失。另外，目前的隔震设计采用了更加科学合理的电阻设计，即当振动能量通过隔震结构传递到桥梁的上部时可以降低，这对提高桥梁工程的坚固性是有效的。

因此，市政桥梁设计应采用隔震设计。但由于技术水平的限制，目前我国市政桥梁设计中的隔震设计水平不是很高，需要进一步完善。

2 隔震设计的原理及应用

2.1 隔震设计的原理

隔震技术是使用振动隔离装置来扩展建筑结构，消耗动能并减少地震后的结构破坏和变化，因此桥梁工程可以使用隔震技术有效地保护桥梁。桥梁工程的工程设计、施工及隔震设计具有比现有的土木工程抗震设计更高的性能，因此可以有效地保护桥墩柱，降低桥墩柱的延性要求。隔震技术是未来各种建设项目的主要发展趋势，主要的设计技术原理是通过减小地震源的振动功率来增加作用点。在桥梁工程的上层建筑中加入柔性装置的设计可以有效减少或消除桥梁重要结构构件与水平地面之间的摩擦，充分消耗地震产生的能量，从而使桥梁的主要部分避免受到严重的非弹性变形。

桥梁设计的基本原则是坚固性、适用性和安全性。要根据桥梁工程的实际情况来进行隔震设计和施工，避免设计的盲目性。在检查桥梁附近的地质环境时，必须进行桥梁知识方面的科学研究和探索，因为桥梁的隔震设计和施工必须具有相对较强的地质条件。目前的桥梁隔震设计中主要涉及等效刚度计算、等效阻尼计算以及桥梁中绝缘装置的变形程度计算，计算结果对于提高桥梁抗震性能有着重要作用。等效阻尼系数的计算公式为

式中：h为阻尼系数的负载；W为总承载能力；2为重量百分比。

设计人员需要应用计算公式准确计算所需的重力荷载，以确保隔震材料具有良好的隔震性能。

桥梁隔震设计中最重要的两个方面是隔震装置的设计和其他相关结构的优化设计，前者是隔震的设计中心。当前，弹性响应谱法越来越多地被日本、法国、美国和中国等大多数国家的桥梁隔震设计采用，但是由于设计规格略有不同，隔震装置的等效阻尼计算和等效刚度计算所使用的计算公式也有所不同。对于一些结构复杂且不规则的桥梁，现阶段普遍采用的是时间记录法。

现阶段弹性响应谱法能够在桥梁隔震设计中得到广泛应用的一个原因主要是弹性响应谱法的计算较简单，并且该方法的计算和现有的标准计算方法比较接近，因此易于计算。另外，在设计隔震时，要确保隔震装置的最大应变与隔震装置的等效阻尼和等效刚度密切相关，同时还必须考虑地震感应隔震装置的有效性。基于此，可以看到桥梁变形与地震反应之间的关系。但是中国的桥梁隔震设计还处于起步阶段，因此使用弹性响应谱法进行桥梁隔震设计时，需要不断改进和总结与国外案例有关的相关数据，但是如上所述，计算方法因国家和地区而异，因此目前无法深入学习，只能参考外部设计思路。此外，隔震设计还有助于预测地震后桥梁结构的地震响应程度。可以找到一些在设计方面有更多经验的设计师，通过一系列过程分析来检查隔震设计的合理性，确保隔震设计的效果。

2.2 隔震设计的应用

由于隔震设计通常位于建筑结构的一楼以下，因此有必要通过科学实验确认隔震设计的位置，以获取准确的数据。市政桥梁技术的主要选择是橡胶隔震技术，橡胶层的厚度是根据桥梁工程的直径和桥梁基础的最大建筑面积选择的，因此桥梁的隔震设计是科学的。橡胶轴承、叠层橡胶轴承和滑动摩擦隔震的应用使桥梁阻尼值控制在合理范围内，因此当前桥梁工程的隔震设计是科学有效的，越来越多的桥梁工程中采用了隔震设计。

2.3 桥梁隔震设计注意事项

在市政桥梁的初始抗震设计中，大多数抗震设计都采用了抗震措施，以达到保持桥梁结构抗震性能的效果。在设计和施工中主要采取一些措施来提高桥梁的整体强度，以确保地震时桥梁的稳定性。在桥梁设计过程中，设计师不可以盲目进行隔震设计、建造隔震装置，避免地震期间装置之间相互干预造成更大的破坏，合理进行隔震设计，才能更好地保护桥梁的安全。

隔震设计的主要目的是显著提高桥梁的抗震性能，在设计中要注意：首先，应在桥梁设计的初期就注意隔震设计，在设计中要注意隔震装置的安装方法和预算，并以最小的成本达到最佳的隔震效果。其次，在隔震设计之前，应仔细分析桥梁附近的地质环境，做好桥梁施工现场的基础调查，并根据数据报告综合考虑，依据桥梁施工所在地的实际地质条件来提高隔震性能设计的质量。另外，在选择隔震装置时，需要尽可能选择隔震性能良好的装置，提高桥梁在地震中的抗震效果，减少地震对桥梁的伤害和影响。

桥梁的辅助结构由防坠梁装置、伸缩缝和限位装置组成，通过大量的地震调查和动态过程分析可看出，这些结构在桥梁的隔震设计中起着非常重要的作用。这些结构是桥梁结构动力响应和隔振效果的主要组成部分，但是由于计算辅助结构的方法过于复杂导致许多设计人员忘记或忽略了这些结构。因此设计人员需要注意并加强结构的设计，以便提高桥梁的抗震性能。

3 隔震设计在市政桥梁设计中的应用方法

3.1 专注于隔震设备的设计

利用隔震设计的装备可以全面改善我国市政桥梁工程的建设，着重于市政桥梁工程的隔震设计，可以稳定桥梁的结构基础。利用隔震设计的装备为市政桥梁的结构稳定性提供了很好的支撑，因此城市桥梁项目的隔震设计必须坚固，以免设备在温度影响下变形。当前，隔震装置主要使用弹性响应谱法，该方法使用绝缘装置的等效刚度和等效阻尼计算，并且根据桥梁设计，隔震工程专家必须掌握桥梁工程的设计原理，结合桥梁的结构选择隔震器，并且设计者必须很好地理解和估计桥梁结构的地震响应程度，使发生振动时，防震器件可立即吸收冲击，从而减少在高频率和高负载下桥梁结构上的变化，避免对整个桥梁工程造成损害。

3.2 注重细节的设计

在桥梁工程中，桥梁结构刚度的部分在桥梁工程中起着重要作用，在桥梁边界装置、伸缩缝和防溢装置中，桥梁结构构件主要起保护作用。要对桥梁绝缘保护的连续性进行调整，更重要的是对绝缘装置的详细结构进行调整，例如桥面与桥架之间的连接处，桥与桥柱之间的连接等。作为设计的基础，桥梁工程隔震设计可以在注重细节的情况下科学、实用地开发和施工。

3.3 全面解决桥梁设计中的隔震设计问题

市政桥梁设计中的保温设计应注意与整个桥梁工程的协调性和色调的配合性，在建造具有隔震性的市政桥梁时要全面处理保温的细节；应综合相关领域科学技术的发展，结合现有桥梁工程的隔震设计和抗震设计，推动桥梁隔震设计及隔震技术的发展。另外，在进一步选择和分析隔震装置时，应对隔震设计的各种材料进行分类，并结合隔震桥梁的设计要求全面保证隔震设计的有效性。并且隔震桥梁的设计应从细节上保证隔震设计的合理性，进而有效地解决隔震设计的问题。

4 结束语

总之，作为维持城市交通正常运行的重要基础设施，有必要确保市政桥梁建设的安全性和稳定性。在市政桥梁设计中，隔震设计是困难而重要的一点，应引起设计师的高度重视。虽然我国桥梁隔震设计的技术水平还有待提升，采用抗震设计来提高桥梁的抗震能力不是很理想，但是，在未来桥梁设计中积极研究国外先进技术并加强自主研究，必然会提高中国城市桥梁的定性设计水平，这将极大地促进中国桥梁事业的发展。