桥梁与隔震设计

桥梁与隔震设计

李晓龙

济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司

摘要：桥梁结构相对复杂，其结构的稳定性和可靠性会直接影响桥梁的使用安全，因此，在桥梁工程设计与施工中，要做好隔震设计，确保桥梁结构的强度和延性都能承受一定的地震荷载。我国是一个地震灾害多发的国家，在发生强烈地震时，可能会导致桥梁结构破坏，继而引发交通系统瘫痪，给抗震救灾工作带来较大的难度。由此可知，做好桥梁隔震设计非常重要。

关键词：桥梁设计；桥梁结构；隔震设计

隔震设计就是通过设置隔震装置的方式，为桥梁结构提供水平方向上的应力支撑。安装阻尼器可以增大隔震结构的阻尼效应，提升桥梁的抗震性能，有效降低地震能对桥梁结构的破坏，保证桥梁整体结构的完整性和稳定性。需要明确，隔震设计能降低地震引发的破坏程度，但是无法将地震的影响消除。

在桥梁设计中应用隔震设计，需要满足一定的标准和条件，以完善的隔震系统提升桥梁结构的周期性。隔震设计具备几个比较显著的特征：

1、在竖直方向，结构的强度和刚度必须能很好地支撑桥梁整体上部架构的重量；

2、可以提升桥梁结构的稳定性，确保其在遭遇地震时不会出现严重变形或倒塌；

3、通过有效的隔震设计，能够将经过缓冲后的地震冲力再次分散，进一步降低其对桥梁底部支座的影响，实现对桥墩等基础设施的保护；

4、将隔震设计应用到桥梁横向结构中，能够对结构的平衡和水平方向的刚度进行改善，提升其抗震性能。

一、隔震设计在桥梁设计与施工中的运用

1、明确设计原则

我国相关标准和规范中规定桥梁隔震设计原则有3个：

（1）小震不坏或者轻微损坏，地震过后能够正常使用，桥梁整体结构依然可以保持弹性状态；

（2）中震轻微损坏，经修补后可以在短期内实现正常使用，结构处于非弹性状态；

（3）大震不倒，经过维修后可以满足一定程度的通行需求，结构处于弹塑性状态。

2、隔震系统设计

在对桥梁进行隔震设计的过程中，隔震系统的设计是核心，其必须能够满足一定的刚度要求，才能对地震影响力进行弱化。设计人员可以借助隔震设计减轻桥梁结构惯性的影响，并重视阻尼器和配套器材的设计与采用，例如，可以借助弹性反应谱的方法，对隔震系统进行设计和优化，做好系统力学效应的合理控制。

3、隔震细节处理

隔震设计环节，必须做好地震相关的统计调查工作，认识到桥梁及附属结构功能效应的重要性，有研究表明，在桥梁整体结构动态变化中，桥梁附属结构发挥着非常重要的作用，同时也会对桥梁的隔震效果产生直接影响。而从目前来看，有部分设计人员并没有关注桥梁内部的细节处理，影响了隔震系统的使用效果，因此，需要设计人员及时更新观念认识，推动工作的细节化，促进隔震效果的提高。

4、隔震问题处理

当前，我国在隔震设计方面尚未形成统一规范的标准，实践经验相对欠缺，在细节处理方面不够科学，隔震系统无法充分发挥作用。在这种情况下，一些不符合要求的设备和配件被应用到隔震系统中，如黏滞式阻尼器，一旦其存在性能问题，可能会在桥梁结构中埋下安全隐患。对此，在选择设备和配件时，需要切实做好产品的质量监督，确保其能够符合桥梁抗震设计的要求。另外。桥梁设计与管理部门应制定出规范统一的标准，在保证地震作用下隔震支座效果最大化的同时，确保其具备较好的变形效果，桥梁结构的位移幅度合理，也需要对桥梁伸缩缝进行合理设计，做好梁体掉落等问题的防范工作。

二、桥梁抗震措施与减隔震重要性

1、从桥梁自身入手，提高其抗震性能，如提高桩基的强度和墩身延性。

2、采取有效的减隔震措施，当地震发生时，通过对减隔震设施的应用使从桩基不断传递到上部结构的能量不断耗散，或加装隔震装置来延长结构的自振周期，以减小地震对结构造成的作用及影响。

上述两方面在现在最常见的梁式桥中，对应下列两种体系：其一，受地震作用后，使桥梁的基础、上部结构与连接体系都免遭损伤，依然处于弹性工作范围，并利用墩身塑性铰，随着墩身发生的变形不断耗散地震带来的能量；其二，受地震作用后，在对桥梁结构位移进行严格控制的前提下，使基础和结构免遭损伤，并处于弹性工作范围，利用连接系统对地震带来的能量予以耗散。

三、桥梁设计中常用减隔震技术

1、高阻尼支座

对于高阻尼支座，它可以分成以下两种，其一，铅锌橡胶支座；其二，高阻尼支座。支座是对桥梁上部结构和下部结构进行连接的重要构件，支座受竖向荷载作用后依然十分坚固，并且还有很大的竖向刚度。然而，在水平方向上，往往刚度不足，较为柔软。受地震荷载作用后，支座能使结构振动周期明显增大，起到减小地震响应的重要作用。与此同时，因支座中的铅芯和钢板或橡胶和钢板存在相互作用，所以能提供一定阻尼比，使桥梁自身地震响应进一步减小。但与常用板式支座等对比，这种支座的高度相对较大，成本偏高，如果在桥梁工程中大量使用，无疑会增加建设成本。

2、摩擦摆支座

与常规支座有所不同，这种支座主要根据单摆的原理来设计。受地震荷载持续作用后，该支座中的限位装置将被破坏，在球形表面发生运动，使桥梁的上部结构开始单摆运动，结构所受水平方向上的力将由耐磨板和球冠之间的摩擦来传递。这样一来，可以增大结构自身振动周期，减小地震响应。另外，采用摩擦作用来耗能，还能更有效的减小地震响应。但是，因这种支座主要根据单摆的原理来设计，所以只有上部结构具有很大恒载才可以发挥理想效果。基于此，该支座目前主要使用在现浇及大跨径桥梁中。此外，对支座进行安装时，因梁底空间十分有限，所以要通过特殊设计才能将支座安装好。

3、弹塑性钢挡块

通过对桥梁震害的分析与研究可知，当中小跨径的桥梁使用传统板式支座时，因支座和桥梁上部结构、下部结构之间会产生一定相对位移，所以能起到一定抗震作用，使下部结构所受地震作用减小。然而，在设计中应高度重视挡块自身强度，因为如果强度不足，将在地震作用下极易破坏，严重时还会产生落梁。根据该挡块的模型可知，对挡块和常规板式支座进行连接，可利用结构自身非线性变形作用，使结构的自身周期明显增大，以此减小地震响应。另外，因挡块的设计十分灵活，受较强的地震作用后，对上部结构和下部结构产生的相对位移进行控制，能在发挥减隔震效果的基础上，保证墩身延性。

总而言之，在对桥梁进行设计施工的过程中，隔震设计的合理应用能够切实保证桥梁工程的稳定性和安全性，应得到足够的重视。从目前来看，虽然我国在桥梁结构隔震设计方面尚未达到国际先进水平，无论是系统理论还是相关标准都有待完善，但是，对桥梁隔震设计的研究从未停止，相信随着我国科学技术的不断发展，能够持续推动桥梁隔震设计的快速发展，并将其广泛应用于桥梁工程施工建设中，促进桥梁抗震性能的提高。

参考文献

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