桥梁抗震设计与新技术应用的研究

卢旭

摘 要：文章以某桥梁工程项目实例为依托，对该桥梁抗震设计与新技术应用进行分析论述。结果表明，在工程中对桥梁结构抗震设计期间，需要对设计方案进行合理选择，根据设计方案选取适宜的抗震技术措施，最大限度地发挥出抗震效果，确保桥梁结构的安全性和稳定性，延长使用寿命。

关键词：桥梁;抗震设计;减隔震技术

地震是自然界中破坏力较强的灾害之一，地震发生时，会对桥梁结构产生巨大的冲击，为确保橋梁的稳定性，相关规范要求桥梁工程必须进行合理的抗震设计。在桥梁抗震设计中，应当选择适宜的抗震技术措施，提高桥梁的整体抗震能力，做到小震不坏、大震不倒。

1 工程概况

某桥梁工程为城市立体交叉桥，其中主线桥全长321.55 m，采用的是预应力混凝土连续箱梁，匝道桥与主线桥的结构形式相同。该桥的下部结构为钢混桥墩，钻孔灌注桩基础，桩径1 600 mm。依据现行《JTG/T2231-01-2020公路桥梁抗震设计规范》的规定要求，城市立交项目建设中必须采取合理可行的抗震措施，确保桥梁结构在地震作用下保持稳定。

2 桥梁抗震设计与新技术应用

2.1 抗震设计方案的选择

在本工程中，可以选用的抗震设计方案有以下两种：一种是延性设计，另一种是减隔震设计。

2.1.1 延性方案

该抗震方案需要指定构件的某个部位屈服，同时要形成塑性铰，这样能够达到降低刚度、延长周期的效果。由于塑性铰所具备的滞回特性，可以为结构提供耗能，其作用等同于增大阻尼，桥梁抗震选择延性设计方案，应当对如下情况加以充分考虑：任何的延性设计都会对桥墩造成一定程度的损伤，这种情况无法避免。不仅如此，当地震灾害发生之后，延性桥梁的修复工作复杂程度比较高;现行规范规定，桥梁采用延性设计进行抗震时，在E1地震力作用下，必须保持弹性，这对于本工程中的桥墩提出较高的要求;在桥梁延性抗震设计中，需要将基础按照能力保护构件进行设计，但工程造价会随之提升，不符合经济性的原则。

2.1.2 减隔震方案

减隔震是桥梁工程抗震设计中较为有效的技术措施之一，该抗震方案是通过设置减隔震装置，对地震的周期进行延长，借助增大阻尼的方式，达到耗散地震作用力的目的。与延性抗震方案相比，减隔震的优势更加明显，具体体现在如下几个方面：减隔震设计以加装相关装置的方法达到抗震的效果，不会对桥墩造成损伤，当地震灾害发生后，只需要对减隔震装置进行维修或是更换即可，过程简单、方便;桥梁采用减隔震设计，可以使下部结构保持在弹性范围之内，不需要对基础进行能力保护设计，工程造价大幅度降低。综上，经过分析，本工程决定采用减隔震方案，对桥梁进行抗震设计。

2.2 减隔震原理

在桥梁工程抗震设计中，减隔震方案在确认应用之前，要对该技术的原理加以了解和掌握，确保设计的减隔震措施更加合理可行，从而最大限度地发挥出减隔震的作用，减轻地震力对桥梁结构的破坏。减隔震的原理比较简单，通过相应装置的设置，对地震作用力进行分散和抵消，以此来达到减震的目的。它与汽车减震器的原理比较类似，唯一的区别在于，减隔震装置扩散和抵消的是横向运动产生的作用力，这样能够防止桥梁横向位移超限发生失稳的情况。

2.3 减隔震装置

目前，可用于桥梁抗震设计中的减隔震装置有以下几种：板式和铅芯橡胶支座、阻尼器等。

2.3.1 板式橡胶支座

支座是桥梁减隔震设计中，应用较为广泛的一种装置，板式橡胶支座由两个部分组成：一部分是薄钢板，另一部分是橡胶片，将该制作设置在桥梁的相应部位，能够借助橡胶与钢板之间的缓冲作用，达到减震的效果，从而降低地震力对桥梁结构的破坏。板式橡胶支座应用时，减震效果与选用的橡胶性能关系密切，当地震灾害发生时，橡胶会通过自身的变形对地震力进行抵消。实践表明，选择的橡胶变形速度快，且阻尼系数小时，减震效果较好，反之则会导致减震效果下降。

2.3.2 铅芯橡胶支座

这是一种新型的橡胶支座，具体是指在普通的橡胶支座中心部位插入铅芯，通过这种方式，使支座本身的阻尼性能得到改善，可大幅度增强抗震效果。由于铅芯本身具有比较高的力学性能，作为支座应用时，它的屈服剪力比较低，但却具有非常高的剪切刚度，确保了橡胶支座在桥梁抗震设计中的整体性能，地震等级不高时，铅芯能够直接抵消掉地震力对桥梁结构的作用。

2.3.3 阻尼器

阻尼器是一种以提供运动阻力来消耗和减少运动能量的装置，可以通过该装置实现吸能减震的目的。在桥梁抗震设计中，阻尼器的应用较为广泛，该装置本身具有极强的可塑性，确保了抗震效果的发挥。阻尼器的抗震性能良好，造价低，使用寿命长，只要设置的位置正确，便可起到抗震的作用。

2.4 减隔震装置的选择依据

在桥梁抗震设计中，对减隔震技术进行运用的过程中，应当对减隔震装置进行合理选择，以此来达到预期中的抗震效果。具体选择时，应考虑装置的荷载能力及复原能力。

2.4.1 荷载能力

为使减隔震装置在桥梁结构中的抗震作用得以最大限度地发挥，必须对装置进行合理设置，由于桥梁结构所具备的特点，使得装置的设置及后续的装配比较困难。不仅如此，减隔震装置安装后，会与桥梁结构形成一个整体，伴随着桥梁一起服役，在这个时间相对较长。所以，选择减隔震装置时，应当确保所选的装置具有良好的荷载能力。可以采用荷载测试的方法，依据桥梁的荷载要求和需要抵抗的地震等级，对减隔震装置进行合理选择，从而确保装置能够在地震灾害发生时，起到应有的抗震作用，保护桥梁结构的安全性和稳定性。

2.4.2 复原能力

抵抗地震的作用力是减隔震装置在桥梁中的主要应用目的，通过该装置可以抵消大部分地震力，为桥梁结构的稳定性提供保障。故此，要求减隔震装置应当具备一定的复原能力，当受到地震冲击波作用后，能够快速恢复原样，这样才能达到理想中的抗震效果。若是减隔震装置无法复原，则会在一次地震后失效，从而增大运维成本，与经济性原则不符。

2.5 减隔震设计要点

在桥梁减隔震设计中，为达到预期效果，可对需求设计位移进行假定，具体而言，就是对等效阻尼比与有效周期。按照下式，可以对桥梁上部结构在水平方向上的侧向位移进行计算：

根据有效周期，可以对隔震桥梁的有效刚度进行推算，以桥梁的实际情况作为依据，对各个墩柱的有效刚度进行合理分配，由此可以获得减隔震支座与墩柱之间的有效刚度。随后由桥梁墩柱的截面，对墩柱的刚度进行计算，代入相关公式，便可求出各个墩柱上减隔震支座的有效刚度。利用上述计算得到的结果，可求出桥梁各个墩柱减隔震支座的设计位移值，据此便可完成减隔震设计。

3 结论

综上所述，桥梁抗震设计是一项较为复杂且系统的工作，设计时应当选取适宜的抗震技术措施。减隔震作为一种新型的抗震技术，以其自身所具备的诸多特点在桥梁工程中得到广泛应用。通过对减隔震装置的选用，并对减隔震进行合理设计，可使其作用得以最大限度地发挥，从而提高桥梁的抗震性能。

参考文献：

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