山区桥梁设计中减隔震技术运用研究

文 / 中都工程设计有限公司华南分公司 钟卓成

减隔震技术的有效运用对提高山区桥梁抗震性能，保障山区桥梁长久稳定使用有着重要影响。因此，有必要加强山区桥梁减隔震设计研究，以保证其应用技术科学、有效、合理。本研究从理论与实际两方面出发，就减隔震技术基本概念、常见类型、适用条件以及实践应用进行简要分析，以为同类型工程设计提供理论参考，促进山区桥梁减隔震性能提高。

引言

基于近些年我国交通运输事业的高速发展对交通运输基础设施建设提出的更高要求，山区桥梁作为交通运输基础设施体系的重要组成部分，由于其地理位置特殊，施工条件复杂，地质灾害风险较高，因而对自身设计，尤其是减隔震技术应用设计，具有较高要求。

减隔震技术是一系列应用于建筑结构中提高建筑减隔震性能，满足建筑抗震需求的技术，其应用的科学性、合理性、有效性对建筑质量与安全有着直接影响。以下由于笔者对减隔震技术及其在山区桥梁设计中运用谈几点体会，意在抛砖引玉。

减隔震技术理论分析

减隔震技术基本概念

减隔震技术是对减震技术与隔震技术的统称，是提高建筑结构抗震性能，保证建筑物使用稳定、安全、可靠的重要手段。

在山区桥梁设计中，减隔震技术有效运用不仅能够满足山区桥梁抗震需求，也能够进一步提高山区桥梁结构稳定性，减轻自然灾害对山区桥梁的损害，从而延长山区桥梁使用寿命，节约山区桥梁维修养护成本，促进山区交通运输事业发展。

减隔震技术中减震技术主要是通过阻尼、耗能装置等合理配备，使建筑物能够在地震发生时对震波能量进行有效吸收、消耗，减少地震灾害的影响，其主要是借助柔性支撑结构延长结构自振周期，减少结构位移，或在建筑上部结构合理设置隔离层，让建筑物拥有较为完善隔震体系，提高建筑结构稳定性，减少地震灾害对建筑结构的破坏。

减隔震技术常见类型

目前，山区桥梁设计中较为常见的减隔震技术主要有以下几种：

1.粘滞阻尼减隔震技术

即在山区桥梁设计中将粘滞阻尼减隔震装置合理安置在桥梁边墩、桥梁加劲梁、桥梁辅助墩等位置，借助该装置活塞前后运动产生的压力差，提高桥梁减隔震系统阻尼力，增加桥梁减隔震系统对地震波能量消耗量，从而减轻地震对建筑结构的破坏程度，达到良好减震抗震效果。

2.高阻尼支座技术

即在山区桥梁设计中将高阻尼铅芯隔震橡胶支座或高阻尼隔震橡胶支座合理配备在桥梁上、下部结构连接位置，借助高阻尼支座水平变位能力强、阻尼效果好、地震能量吸收能力强等优势，使桥梁能够在地震中延长结构自振周期，隔离桥梁下部结构与上部结构地震响应，从而改善桥梁结构受力情况，增强桥梁结构稳定性。

3.弹塑性钢挡块技术

即在山区桥梁设计中将弹塑性钢挡块合理配备在桥梁结构中，地震时借助该装置的塑性变形进行耗能，产生减震效果或增加结构自振周期，产生隔震效果。研究表示，塑性钢挡块应用到桥墩或桥梁上部与下部连接位置，能够在一定程度上促进墩梁间相对位移、桥墩弯矩等减少，提高桥梁抗震性能。

4.摩擦摆式减隔震支座技术

即在山区桥梁设计中将摩擦摆式减隔震支座合理安装到桥梁结构连接位置，借助支座摩擦耗能作用、自振周期延长作用等，产生减震隔震效果。

减隔震技术适用条件

在山区桥梁设计中，要想保证减隔震技术运用作用的有效发挥，应综合考虑以下适用条件：

1.山区桥梁地质、水文条件复杂，导致桥梁使用受地质水文环境影响较大。故在抗震设计时，应充分考虑地质水平条件对减隔震技术运用存在的影响，以保证地震灾害发生时，所运用技术能够发挥减隔震效果。

2.山区桥梁设计中，减隔震装置多配备在桥墩位置，这就需要加强桥墩适应性审查力度，保证减隔震装置的应用不会影响桥梁整体结构稳定，不会对桥墩其他性能产生不利影响。

3.减隔震技术运用的关键在于，减少地震灾害对山区桥梁的破坏，故在设计时，应坚持最优化原则，制定高质量桥梁设计方案。在此过程中，需要综合考虑地震等级、地震频次、施工条件、工程造价等多因素影响。

减隔震技术实践分析

山区桥梁工程概述

工程项目为某山区高速公路桥梁。公路全长超过48km，设有桥梁41座，包括3座互通式立交桥。由于工程项目位于区域内地震活动带，地震烈度9度，故对桥梁抗震性能具有较高要求。本研究以其中某座先简支后结构连续桥梁为例，分析山区桥梁减隔震设计。已知桥梁跨径2m×40m+3m×40m+3m×40m，最大桥墩高度45.29m。

山区桥梁工程设计

在全面掌握工程项目地质水文条件、抗震设计需求等信息基础上，确定桥梁减隔震技术应用目标，并结合桥梁结构形式、施工工艺水平、减隔震技术应用要求等，制定减隔震技术应用方案。

考虑到桥梁工程项目抗震要求较高，故需要保证桥梁在震中能够处于弹性状态，且面对罕见地震时，桥梁结构潜在塑性区能够受地震力作用进行塑性，桥梁上部结构、下部结构相对稳定。

本次拟设计三种方案：方案一采用高阻尼支座技术进行减隔震；方案二采用摩擦摆支座技术进行减隔震；方案三采用弹塑性钢挡块技术进行减隔震。

技术应用效果分析

根据三种设计方案构建有限元模型评价三种减隔震技术应用效果。

由表1结构自振周期结果可知，方案二结构自振周期明显高于方案一、方案三，说明摩擦摆支座技术在本工程中的有效应用能够更好延长结构自振周期，减少地震对桥梁的损害。

表1 结构自振周期情况

方案三与普通支座结构自振周期差异不大，说明普通支座具备一定减隔震功能，在普通支座应用基础上配备弹塑性钢挡块，虽然能够在一定程度上延长结构自振周期，但增幅较小。

统计三种设计方案最高墩支座变形情况，结果显示：方案一最高墩支座纵向最大变形0.48m，横向最大变形0.54m；方案二最高墩支座纵向最大变形1.06m，横向最大变形0.56m；方案三最高墩支座纵向最大变形0.51m，横向最大变形0.37m。可见方案一、方案二制作位移较大。

此外，对比各方案下顺桥向与横桥向墩底截面弯矩与剪力，发现三种方案下顺桥向受地震响应影响较小，横桥向方案一与方案二要好于方案三。可见，不同设计方案具有不同优缺点，综合考虑本工程方案一、方案二减隔震效果更好。

结论

山区特性（如地质气候条件复杂、自然灾害频发等）决定山区桥梁，尤其是处于地震带区域的桥梁对抗震性能具有较高要求。因此，在发展山区桥梁工程项目时，做好山区桥梁抗震设计工作，保证山区桥梁能够稳定、安全、长久使用至关重要。

有上述分析可知，减隔震技术是提高山区桥梁抗震性能的重要手段，在实际使用中需要坚持因地制宜原则，根据工程项目实际情况与需求科学设计，以保证所应用技术的合理性、正确性、有效性，从而促进减震、隔震作用最大程度发挥。