桥梁抗震设计要点和减隔震技术的应用

魏周博（甘肃天成道桥勘察设计有限公司,甘肃 兰州 730200）

减隔震技术是近几年桥梁建设中最常用的抗震技术，其不仅具有减震的作用，也具有隔震的作用，能够发挥双重抗震效能，对于桥梁的整体质量安全具有保障作用。通过减隔震技术的应用能够有效避免地面破坏运动对桥梁结构的过度影响，提升桥梁的稳定性能，并且这一技术的应用还有利于延长桥梁的使用年限，确保经济效能。在桥梁设计中，常使用减震支架、阻尼装置等将外部震动对桥梁结构的影响降到最小，控制其震动能量的传递，从而达到较为理想的抗震效果，减少对桥梁稳定、安全结构的不利影响，以增强其在通行使用中的可靠性。

1 桥梁抗震设计要点

1.1 合理选择桥梁施工场地

在桥梁抗震设计中应注意对施工场地的合理选择，这是保证桥梁抗震效果的基础前提。通常而言，在选择施工场地时，要尽可能选择较为坚硬的地基，能够为桥梁提供平稳的平台，在遇到地震情况时不会出现严重垮塌，必须尽量保证地基的有效性。以基岩、碎石、硬黏土等为主的地基类型是较为坚硬的地基，其可以为桥梁提供稳定的基础，可作为施工场地的首选。如果所设计桥梁的地区位置是软弱地基时，应在允许范围内对地基进行强化加固，重点在于要防止地基受震动因素影响而出现变形，以此确保地基地稳定，进而保证桥梁的抗震性能。

1.2 避免梁落问题的发生

桥梁抗震设计中需避免梁落问题的发生，由于地震发生时，其所产生的震动能量会随着桥梁的结构进行蔓延，而导致桥梁出现结构位移、部分坍塌等现象，对桥梁上行驶车辆的安全造成严重危害影响，对此则需要采取措施加强桥梁结构的连接固定性，增加其震动的弹性，在一定范围内允许其能够发生位移，而避免梁落。此外，当桥梁的主梁与墩台缝隙加大时，也容易导致梁落问题的出现，对此可以对桥梁中未连续的位置进行加固，强化其间的联系，而达到防止桥落地目的。

1.3 加强墩柱设计控制

墩柱是桥梁施工建设中的重点所在，其不仅起到支撑桥梁结构的作用，而且对于减震和隔震也发挥着关键作用，因此墩柱也是抗震设计的要点之一。对于墩柱设计需加强质量控制，从两个方面进行考虑和选择，一是根据可能发生震动的实际强度确定墩柱是否能够承受得住，而依此优化墩柱的结构体系，确保其抗震性能；二是对墩柱配筋的选择，应严格控制其质量，让墩柱配筋的强度与承受力相匹配，增强墩柱配筋的稳定性，切实发挥出抗震效果。

2 桥梁减隔震技术的应用

2.1 减隔震技术的概念

减隔震技术主要包括两个方面的内涵，即减震和隔震，在整个桥梁抗震结构的设计中，对于减隔震技术的应用也是分别基于这两点进行的。减震是通过对阻尼装置与耗能装置的应用改变桥梁结构的动力学，一旦发生地震等威胁桥梁结构稳定性的问题时，减震装置可以发挥作用将地震力吸收、转移，以达到减震的目的。隔震是通过对结构设计的调整与优化，借助震动周期将震动所产生的能量的冲击力降低，分散其能量，进而阻隔震动对桥梁结构稳定性的影响。

2.2 减隔震技术的原理

减隔震技术是通过减震装置在桥梁结构中的应用而发挥作用的，在桥梁结构设计中将减隔震装置安装其中，达到减震和隔震的目的。减隔震装置不仅具有技术性的特点，而且在其效能的发挥必须与桥梁整体结构的设计相配合，从而在地震情况发生时，才能够将地面运动对桥梁结构体系的力量分散和阻隔，起到保护桥梁结构稳定性的作用。减隔震技术中同时也涉及动力学的应用，其根据动力学原理合理设计减隔震装置的具体运用位置，确定其装置的强度大小，以达到更好的减震、隔震效果。

2.3 减隔震技术的具体应用

2.3.1 黏滞阻尼器的应用

黏滞阻尼器（图1 所示）属于减隔震装置中的耗能装置，其通过借助液体的黏性而发挥阻尼效果，进而可以将震动力带来的能量直接消耗，避免对桥梁结构产生振动影响。黏滞阻尼器主要构造包括缸筒、导杆、黏滞流体以及活塞等，当震动力发生且对其产生作用之后，黏滞阻尼器中的活塞就会在缸筒中进行相对运动，而黏滞流体则会沿着缸筒空隙流动，这一过程中就会形成阻尼力，所出现的震动力随着这一动作过程也会逐渐被消耗，进而实现了减震效果。在桥梁结构设计中，通过将其安装设置在地塔梁之中，主要目的在于避免桥墩出现变形问题，有效提升桥梁整体结构的稳定性能，也发挥出较强的抗震效用。我国现有的桥梁工程中运用此装置最多的是重庆的大桥。

图1 粘滞阻尼器示意图

2.3.2 高阻尼支座的应用

支座在桥梁结构中是非常重要的结构部件，其主要作用是连接桥梁的上下部位结构，同时发挥竖向荷载的作用，刚度较强。因此其水平方向的刚度就相对较弱，当地震发生后，所形成的荷载作用使得桥梁结构的震动周期扩大，由此可以降低震动对结构产生的影响。为了进一步强化桥梁支座的减隔震效果，在桥梁结构设计中通常选择运用高阻尼支座，较为常见的有铅芯橡胶支座和高阻尼支座。其中铅芯橡胶支座（如图2所示）指的是在板式橡胶支座中心处直接压入铅芯，重构橡胶支座原本的阻尼性能，由此形成的铅芯橡胶支座具有较强的阻尼性能。由于铅芯的屈服剪力小，力学性能好，剪切刚度高，因此对该种支座进行应用时，可以极大程度上消耗大量的地震力能量，减少对桥梁结构的影响作用，从而实现提升桥梁结构性能的作用。同时，铅芯的刚度较高，不易发生变形，因此即使面对地震力时其依然可以保持较为稳定的形态，而且也能够弹性调整自身的刚性，以进一步规避变形问题的产生，增加桥梁结构使用寿命，防止桥梁遭受过度破坏。但由于铅芯本身的成本较高，将其压入板式支座后所形成的铅芯橡胶支座在施工时规模也比较大，因而许多桥梁工程施工过程中为控制成本支出很少运用此种类型的支座。

图2 铅芯橡胶支座结构剖面图

2.3.3 摆式滑动摩擦支座的应用

摆式滑动摩擦支座也是桥梁结构设计中经常使用的减隔震装置之一，其构件包括钟摆装置和滑动摩擦装置两部分，应用原理是基于钟摆原理而实现的减隔震目的。一方面球面的钟摆式运动能够将桥梁结构的运动周期实现进一步延长，进而可以达到隔震效果；另一方面支座在滑动界面中进行滑动时，会产生摩擦，而摩擦可以有效减震，降低震动的强度。由于支座的滑动线路并不是直线形式的，而是具有弧度的滑动界面，也可以促使桥梁结构的运动周期得到延长，因而更能够将地震力的冲击力进行缓解，减轻地震力的影响，有效增强桥梁结构的抗震性能。由于地震发生后，会导致桥梁发生位移现象，位移的过程中会导致支座平面受到磨损，因此需进行定期的维护和保养。

2.3.4 分层橡胶支座的应用

桥梁与桥墩之间的支座装置是增强桥梁安全性、稳定性和可靠性的关键，能够有效减轻地震力对桥梁结构的冲击影响，因此；在桥梁抗震设计中支座是重点考虑的内容。分层橡胶支座在桥梁结构设计中也是应用较为广泛的构件，其由薄层钢板和橡胶片构成，通过层层交替叠加形成矩形状或者圆柱形状，由此在钢板与橡胶的双重作用下能够获得较好的减隔震效果。分层橡胶支座中发挥关键减震作用的是橡胶，其易变形，因而阻尼系数不高，能够更好地减震和隔震。

3 结语

综上所述，桥梁工程是我国基建施工中最常见的工程，其建设的安全质量和整体结构稳定性是其工程的关键所在。因此，在桥梁结构设计工作中应加强抗震性能的控制，重视对减隔震技术的应用，如合理应用黏滞阻尼器、高阻尼支座、摆式滑动摩擦支座等，发挥减隔震装置的减隔震作用，提高桥梁结构的稳定性，减少地震对其产生的破坏，从而确保桥梁结构整体稳定。