桥梁结构设计中的减隔震技术应用

李璐杰　冯海　欧阳慕

摘要：在桥梁结构设计环节应用减隔震技术，主要是通过科学操作方式获得减震或者隔震的效果，保证桥梁结构在地震持续影响下不会出现严重损坏情况。为了最大限度地发挥减隔震技术在桥梁结构中的作用和价值，文章分析了减隔震技术的原理，并结合工程案例探究桥梁结构设计中减隔震技术的应用要点，促使相关设计人员在结构设计环节可以充分掌握减隔震技术应用原则，做好实地考察工作，合理选择减隔震设备，关注细节设计，最大限度地提升桥梁建筑的可靠性与安全性。

关键词：桥梁结构;设计;减隔震技术

0 引言

减隔震技术涵盖了两种内涵，分别是减震和隔震。在桥梁结构设计中应用减隔震技术，主要目的就是最大限度地降低可引发地面破坏的运动对桥梁结构产生的破坏影响，而要实现这一目标，通常会在一定程度上延长结构周期，以避开地震能量相对集中的区域，减小桥梁结构地震力。而为了进一步降低地震作用于桥梁结构当中的能量，需要在设计中合理应用减震支架等，进而有效减少桥梁结构受到的破坏。综合分析，将减隔震技术应用在桥梁结构设计当中，能够使桥梁结构更加可靠和安全，并在此基础上充分发挥桥梁建筑的功能作用。

1 减隔震技术的原理

所谓减隔震技术，主要是对减震、隔震实现综合利用的一种抗震设计方法，也就是通过合理安排结构基础位置，以对地震波的传播进行阻断，对地震能量进行隔离。在实际减隔震设计环节，提倡以附加阻尼形式减少结构受到的地震响应。其中减震技术是以人为形式在桥梁结构合理部位设置耗能、阻尼构件，并在相关构件作用发挥的基础上，有效吸收地震波能量;隔震技术所涉及的结构类型具有一定特殊性，因为它涉及振动周期。在出现地震的时候，桥梁会出现多种破坏形式（见图1），导致交通中断，而应用减隔震技术，有助于桥梁结构输出地震能量，促使桥梁结构对地震能量有一个缓冲，进而保证桥梁结构的安全与稳定。减震和隔震相得益彰，各自发挥作用共同抵抗地震波，对桥梁起到保护作用，使其免受破坏。因为隔震其本质主要是把可造成结构破坏的相应地面运动和结构保持分离状态，所以立足能量守恒角度对任意时刻下减隔震结构涉及的能量变化进行分析，其能量方程为：

2 工程案例

某桥梁结构工程项目的河岸宽度是33 m，河床中心线和桥轴线夹角是65°，该工程所处区域的地震波为高频波，并且能量相对集中。该桥梁结构具有非常高的规范性要求，桥梁工程在开展设计及施工之前，有关施工单位实现了预设点的设置，科学评估了地震运动规律以及具体特点，明确了此桥梁结构适合应用减隔震技术。

3 桥梁结构设计中减隔震技术的应用

3.1 掌握应用原则

为了更合理地在桥梁结构设计环节应用减隔震技术，保证桥梁结构设计的安全性、可靠性、经济性，需要设计人员充分了解减隔震技术相关应用原则：

（1）在应用期间要坚持抗震原则。因为在桥梁结构设计环节应用减隔震技术，最主要的目标即为减少并预防桥梁结构受到来自地震的不良影响，所以在实际应用当中要确保抗震设计性能优良，满足大震不倒、中震可修、小震不坏的要求，从而促使桥梁在实际应用过程中的安全与稳定。

（2）要充分遵循优化原则，促使桥梁结构设计效果达到最优。比如在设计环节，为了有效提升桥梁整体性，确保桥梁延性符合相关标准，需要桥梁设计环节合理选用塑性胶等相关装置，以确保桥梁结构在实际应用中的安全和稳定。

（3）桥梁结构设计环节应用减隔震技术要综合考量各种施工因素，选择与结构设计要求相符的施工技术，并确保所设计结构力学性能优良，可以达到正常使用标准。在桥梁工程持续发展过程中，对桥梁设计提出了越来越高的要求，并且需要应用到多种专业知识，而其中一个非常关键的部分就是结构力学。这种关键性技术直接影响着减隔震效果，因此在设计期间需要精确计算并优化设计，确保结构受力达到相关要求[2]。

3.2 开展实地考察

由于减隔震技术具有一定的应用条件，并非所有桥梁设计方案都适合应用减隔震技术，所以在该桥梁设计环节，有关设计人员需要先到桥梁工程现场进行实地考察和全面分析，掌握施工现场具体的地质条件，如桥梁施工所在地的地基稳定性、土质硬度以及延长结构周期是否会出现共振等问题。在对这些实际情况以及设计影响因素进行全面了解之后，判定减隔震技术适不适合应用到相应桥梁设计当中。设计人员在充分勘查桥梁施工现场之后，要基于减隔震技术原理分析其在结构中的应用实用性。此案例当中的桥梁经过专业人员勘查与分析，判定其结构设计环节适合使用减隔震技术。为此，设计人员要进一步结合勘察数据进行计算，做出详尽分析，以保证此桥梁结构设计当中运用减隔震技术之后可获得预期效果，确保所有应用条件和有关要求达标后，开展桥梁设计工作。

3.3 优化选择减隔震设备

要在桥梁结构设计环节应用减隔震技术，还要优化选择减隔震设备。而目前使用频率较高的减隔震设备有以下几类：

（1）粘滞阻尼器。此減隔震设备是一种能耗性设备，主要是通过设备当中所包含的活塞在做出前后运动期间产生的压力差，促使粘滞流体在压力差作用下进入节流孔当中，进而使减震系统产生一定阻尼力和能耗。地震会给桥梁带来巨大地震作用力，在地震发生时桥梁出现的变形速度非常大，而相应阻尼器也会紧跟地震变形出现变化，以此防止桥梁结构受到巨大的地震作用影响而发生严重变形。若桥梁结构设计环节选用粘滞阻尼器这一结构形式，设计者需要在桥梁边墩中间部位布置相关设备，最好安装在桥梁中间部位，或者在加劲梁和辅助墩中间安装此设备。在设备应用期间，设计人员要对各种技术参数进行科学计算与合理设计，确保整体结构性能符合使用标准。

（2）摆式滑动摩擦支座。在该设备应用中，为了保证桥梁结构具有突出的抗震性能，需要设计人员基于工程实际情况，优选摆式滑动摩擦支座结构。在具体应用中，滑动支座和钟摆保持紧密结合，组合构建出的隔震装置具有非常突出的抗震效果。此减隔震设备主要涵盖有两个曲面结构，桥梁结构受到地震作用之后，可基于该结构的产生的摩擦作用来对地震所造成的一系列不利影响加以预防，减少桥梁结构受到的地震破坏力。

（3）铅芯橡胶支座。在桥梁结构设计中应用此隔震结构，可以使桥梁结构显著提升抗震性能，即便有地震发生，也会比较有效地降低危害程度。铅芯橡胶支座主要是在橡胶支座当中插入若干数量的铅芯结构，并根据设计方案实现分层插入，以组合获得完整的系统性抗震结构[3]。由于铅芯具有非常突出的力学性能，可使橡胶支座也具备优良的抗震效果。同时，铅芯橡胶支座所具备的屈服应力比较小，而其初始剪切应力会比较大，整个结构耐久性突出，弹塑性良好，还具备循环利用特点。

（4）其他减隔震设备。桥梁结构设计中所应用的减隔震技术除了包含上述几类减隔震设备，还涉及一些其他种类的减隔震设备，如滑动摩擦阻尼、金属阻尼等形式的减隔震设备。这就要求设计人员结合具体工程情况，优选减隔震结构形式，以最大限度地提升桥梁减隔震性能。

3.4 关注细节设计

该桥梁工程在桥梁结构设计环节应用减隔震技术，实现减隔震装置选择之后，要在实践应用中充分做好细节设计。比如，在选择减隔震设备期间，除了要考虑桥梁具体使用性能要求，还要尽量兼顾美观性要求，确保设备与桥梁连接性能良好。同时，在设计环节要确保减隔震结构上部中心和水平刚度中心保持重合，以免因二者偏差过大造成桥梁失稳情况发生。另外，减隔震结构应用期间，要最大限度地降低结构竖向刚度对桥梁负载造成的不良影响，且结构要保持灵活的水平位移，切实有效地对外部自然灾害加以抵御[4]。最后，设计中要关注桥梁自身抗负载性能，防止桥梁受到外部作用力影响发生结构破坏等不良问题，充分保证桥梁结构的安全、稳定，全面消除引发坍塌等恶性事件的影响因素。

4 结语

在桥梁结构设计环节合理应用减隔震技术，可以显著提高桥梁抗震性能，即便有地震灾害发生，桥梁结构也不会受到过度损害。为了确保桥梁结构具有突出的安全性和稳定性，在桥梁结构设计环节，相关设计人员需要对桥梁工程现场进行全面勘察和科学分析，若工程符合减隔震技术应用要求，就要结合工程实际情况优化选择减隔震设备，并在设备应用及实践期间做好细节设计，全面发挥减隔震技术的优势，提升桥梁结构的综合性能。

参考文献：

[1]云南网. 云南省采用减隔震技術的重要建筑占全国总量七成[J].时代风采， 2019（2）：30.

[2]王文局.桥梁结构多尺度建模技术及减隔震方案初探[D].邯郸：河北工程大学，2019.

[3]马 楠，陈 砚，朱 锋.采用减隔震支座的桥梁抗震分析[J].灾害学， 2019（1）：170-173.

[4]杨光哲，李心智.减隔震技术在山区桥梁设计中的应用[J].北方交通， 2019（9）：26-30.