橋梁工程設(shè)計隔震設(shè)計要點(diǎn)分析

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摘要：隔震設(shè)計一直是現(xiàn)代橋梁工程設(shè)計師們在橋梁抗震設(shè)計工程中時的重點(diǎn)之一?？茖W(xué)合理的減隔震對提升橋梁工程的安全性性能和平穩(wěn)性具有關(guān)鍵性的作用。因此，根據(jù)現(xiàn)代橋梁工程隔震技術(shù)的原理和特點(diǎn)，文章通過對橋梁抗震技術(shù)展開科學(xué)的分析，對工程中所要求的技術(shù)要求和施工方法進(jìn)行探討，從而提升現(xiàn)代橋梁工程隔震設(shè)計的質(zhì)量，以期對橋梁建造取得一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；隔震設(shè)計；設(shè)計方法

橋梁工程是道路工程的核心組成部分，對其抗震性能有著極高的要求。因此，在橋梁設(shè)計過程之中，設(shè)計師需要展開有效的隔震設(shè)計，以減少地震造成的經(jīng)濟(jì)損失及可能產(chǎn)生的人員傷亡，而橋梁設(shè)計和隔震設(shè)計應(yīng)考量多種因素，因此就需要對其中的多個要點(diǎn)進(jìn)行分析與探討。在對其進(jìn)行探討的過程中不斷進(jìn)行理論結(jié)合實(shí)踐，以得到合適的抗震理論。

1橋梁設(shè)計過程中隔震設(shè)計的必要性

在橋梁設(shè)計中進(jìn)行隔震設(shè)計能充分提升橋梁的減震效果，使地震發(fā)生時能將地震破壞降到最低。近年來，歐美等許多發(fā)達(dá)國家對隔震設(shè)計展開了研究和實(shí)驗(yàn)，并獲得了一定的成果。但中國在這方面還與其他國家存在一定的差距，目前的設(shè)計方法就是汲取國外的研究經(jīng)驗(yàn)。而橋梁隔震設(shè)計的目的是橋梁的隔震設(shè)計可以減少地震所帶來的損失?？梢欢ǔ潭壬咸岣邩蛄航Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而保障橋梁結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期抗震效果。另外，在隔震設(shè)計工作進(jìn)行的過程中，設(shè)計師也可克服橋梁結(jié)構(gòu)不均衡的問題，即減少了地震對橋梁的沖擊。與一般抗震設(shè)計相比，隔震設(shè)計的抗震效果顯著提升較高，而在不大幅提高造價的前提之下，使橋梁的整體質(zhì)量獲得了充分保證。在隔震設(shè)計之中使用隔震支座之后，受外界因素的影響顯著降低，而地震之后可以對隔震裝置進(jìn)行替換，從而提高了橋梁的安全性。

2橋梁工程隔震技術(shù)的設(shè)計原理

在現(xiàn)代橋梁工程中，隔震設(shè)計技術(shù)的原理主要是使用科學(xué)合理的抗震措施，從而對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的隔震。使地震發(fā)生時，能在一定程度上減少內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互碰撞和損傷的問題。而構(gòu)建這一設(shè)計要求的主要方法是通過科學(xué)計算和研究，調(diào)整橋梁結(jié)構(gòu)周期，使其周期與地震周期避免發(fā)生共振的基礎(chǔ)上達(dá)到其抗震能力的目的。而另一方面，有關(guān)設(shè)計人員在展開橋梁工程抗震設(shè)計時，應(yīng)遵從下列設(shè)計原則：首先，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)條件、地震周期和橋梁等級，科學(xué)合理的設(shè)置橋梁的隔震等級和隔震裝置。第二，設(shè)計人員需對建立模型對隔震裝置與橋梁主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬分析，選擇合理的計算理論模型，以期精確計算結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)，保證工程的安全性。

3橋梁工程中的隔震設(shè)計要點(diǎn)研究

3.1隔震裝置的設(shè)計措施

在橋梁設(shè)計之中，隔震裝置的設(shè)計時隔震設(shè)計的載體，隔震裝置的設(shè)計和主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計應(yīng)是最關(guān)鍵的兩個內(nèi)容，而隔震設(shè)計工作的核心內(nèi)容是隔震裝置的設(shè)計。在橋梁抗震設(shè)計中，引入隔震技術(shù)的目的就是利用隔戴裝置在滿足正常使用的前提下，達(dá)到延長結(jié)構(gòu)周期、消耗地震能量，降低結(jié)構(gòu)響應(yīng)的目的。當(dāng)前，國內(nèi)主要采用的隔震裝置設(shè)計方法為彈性反應(yīng)譜法，不但應(yīng)用最為廣泛，而且也取得了最為理想的應(yīng)用效果。究其原因，是因?yàn)閺椥苑磻?yīng)譜法中，隔震裝置設(shè)計使用的計算理念和方法簡單易懂、并且嚴(yán)格按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來制定約束規(guī)范，因此設(shè)計精度能夠得到保障。設(shè)計完善的隔震裝置主體，能夠降低隔震在承受外來的地震沖擊后所受到的震蕩變形影響。隔震裝置從設(shè)計到施工再到運(yùn)行檢測，每一個環(huán)節(jié)都需要隔震裝置的參與。隔震設(shè)計技術(shù)的提高，就是強(qiáng)化橋梁工程整體隔震能力的重要途徑。橋梁工程設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真研究隔震裝置的設(shè)計，找準(zhǔn)相應(yīng)的隔震原理、隔震周期、安裝位置等，有效設(shè)計整體橋梁工程的抗震性能，提升抗震能力和安全性能。在具體計算工作之中，現(xiàn)有的計算公式往往誤差會比較大。因此，設(shè)計人員應(yīng)能準(zhǔn)確計算整個橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)程度，可根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)制訂有針對性的設(shè)計方案，從而提高橋梁設(shè)計的科學(xué)合理性。橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計中同樣作用，這些附屬結(jié)構(gòu)主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過對震害調(diào)查的分析和動力時程分析發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造能起到橋梁結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)和隔震效果的重要作用。但是大多數(shù)的設(shè)計人員會忽略細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計，這也是由于在地震響應(yīng)的計算時附屬結(jié)構(gòu)的計算方法較為復(fù)雜造成的。

3.2橋梁工程設(shè)計之中的隔震設(shè)計原則

在橋梁工程的設(shè)計中橋梁隔震設(shè)計是提升橋梁抗震性能的關(guān)鍵措施。為了能有效的提升橋梁的抗震性能，隔震設(shè)計應(yīng)遵從下列原則，首先應(yīng)當(dāng)考察橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計，并分析該橋的隔震設(shè)計是否適當(dāng)，并以該體系如何提升震后的能量吸取能力為判斷標(biāo)準(zhǔn)。若采用了隔震措施，應(yīng)當(dāng)盡可能采用結(jié)構(gòu)簡單且同時符合所需隔震性能的裝置。其次就是盡量使用對稱性結(jié)構(gòu)，防止結(jié)構(gòu)在地震作用之下的不平衡力過大而引起橋梁的坍塌。在實(shí)行隔震措施之后，改變結(jié)構(gòu)周期，防止了地震時的共振，降低了橋梁所受到的地震力，起到一定的防震效果，提高其穩(wěn)定性。再次，注意橋梁的整體性，如果橋梁的整體性不好，不僅使結(jié)構(gòu)的空間作用得不到較好的發(fā)揮，而且結(jié)構(gòu)的構(gòu)件以及非結(jié)構(gòu)的構(gòu)件容易被震落。所以，要盡量的保證上部結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，同時還要采用有助于提高整體性的連接方式，并且在各個連接點(diǎn)設(shè)置減震措施，以便使橋梁在穩(wěn)定性方面得到提高。最后，可以在橋梁抗震設(shè)計上要設(shè)置相應(yīng)的構(gòu)造措施，冗余設(shè)置，增加橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能。這樣給橋梁的安全性、穩(wěn)固性提供了強(qiáng)有力的保障，可以在最大程度上避免橋梁倒塌的現(xiàn)象。

3.3隔震設(shè)計中所需要的方法

在橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計之中使用橋梁延性控制方法是一種重要途徑，它是通過結(jié)構(gòu)選定部位的塑性變形（形成塑性鉸）來抵抗地震作用的。利用選定部位的塑性變形，不僅能消耗地震能量，還能延長結(jié)構(gòu)周期，從而減小地震反應(yīng)。因?yàn)樵诘卣鹱饔孟聦⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)計成彈性的是不符合實(shí)際的，而且也是很不經(jīng)濟(jì)的。在強(qiáng)震作用下容許結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性，發(fā)生局部的延性變形，從而利用結(jié)構(gòu)的延性來進(jìn)行抗震作用。對于地震發(fā)生概率極少的抗震結(jié)構(gòu)，延性結(jié)構(gòu)是一種經(jīng)濟(jì)的方法。但該方法在實(shí)際應(yīng)用之中是有一定的局限性，由于地震的影響和橋梁的抗震能力是不明的，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能不足以承受地震所帶來的巨大能量，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)失效，甚至垮塌。在抗震設(shè)計之中應(yīng)用減隔震技術(shù)是一個能很好地強(qiáng)化橋梁的抗震性能的方法。在地震作用下，隔震支座和阻尼器能夠消耗地震能量，減弱橋梁上部結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而達(dá)到提升橋梁結(jié)構(gòu)抗震性能的目的。例如使用滑動摩擦型減隔震支座，它是利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間較低的滑動摩擦系數(shù)制成的。在水平地震作用下，上部結(jié)構(gòu)在摩擦面上發(fā)生滑動，支座間為滑動摩擦，所以將上部結(jié)構(gòu)傳遞到下部結(jié)構(gòu)的最大地震力即為支座的最大摩擦力，通過支座位移大大降低了上部結(jié)構(gòu)的外力，同時又通過材料之間的摩擦消耗了一部分地震能量。但這類支座沒有自我復(fù)位能力，而且上下部結(jié)構(gòu)相對位移較大，支座響應(yīng)的可預(yù)測性和可靠性又難以預(yù)測，所以常與阻尼器和其他支座等一起使用。在減隔震設(shè)計中，要使減隔震裝置充分發(fā)揮減震耗能的作用，須使非彈性變形和耗能環(huán)節(jié)主要集中在減隔震裝置上，這不僅需要使減隔震裝置的水平剛度低于下部結(jié)構(gòu)的剛度，還要避免下部結(jié)構(gòu)先于減隔震裝置屈服，在進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮上下部結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)。綜上所述，利用結(jié)構(gòu)延性進(jìn)行抗震設(shè)計時，通過增大下部結(jié)構(gòu)斷面尺寸和配筋率提高結(jié)構(gòu)延性，用以抵抗縱橋向的地震作用。采用減隔震裝置后，在強(qiáng)震時通過釋放固定墩與主梁間的剛性約束，可大大減小橋墩的地震響應(yīng)，但采墩梁相對位移有所增大，需要設(shè)置參數(shù)合理的阻尼裝置和相應(yīng)的構(gòu)造措施，用于控制墩梁相對位移。

4結(jié)束語

總而言之，廣大橋梁從業(yè)人員必須認(rèn)識到對隔震設(shè)計在橋梁設(shè)計中的重要性及隔震設(shè)計理論在橋梁設(shè)計之中的作用。在中國社會主義市場經(jīng)濟(jì)體制逐步完備的新形勢下，城市道路交通轉(zhuǎn)型十分迅速，橋梁工程是城市現(xiàn)代化設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，為了充分保證橋梁結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量，設(shè)計師必須根據(jù)橋梁的場地、等級、結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行隔震設(shè)計，以提高橋梁的抗震性能及穩(wěn)定性，從而保證道橋工程的飛速發(fā)展和其功能得以發(fā)揮。

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作者：王志勇 單位：中國華西工程設(shè)計建設(shè)有限公司沈陽分公司