龔建勇

(四川省成都市核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司 61000)

橋梁抗震設(shè)計方法與減隔震技術(shù)研究

龔建勇

(四川省成都市核工業(yè)西南勘察設(shè)計研究院有限公司 61000)

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加快，橋梁建設(shè)數(shù)量不斷增加，為保證橋梁安全，在橋梁設(shè)計建造工作中必須加入抗壓設(shè)計，以保證橋梁工程順利建成并投入使用，本文主要探究橋梁抗震設(shè)計方法并對減隔震技術(shù)進(jìn)行研究，由此證明，隨著橋梁抗震設(shè)計方法和減隔震技術(shù)的發(fā)展，橋梁震害將逐漸減少。

橋梁震害；抗震設(shè)計；減隔震

橋梁工程作為城市交通樞紐在抗震救災(zāi)，危機(jī)處理等方面有著極其重要的作用，在地震災(zāi)害發(fā)生之時，如果橋梁工程受到損害，將嚴(yán)重阻隔地震災(zāi)區(qū)的交通生命線，使地震的危害性進(jìn)一步擴(kuò)大，給抗震救災(zāi)和災(zāi)后重建造成極大的阻礙。提高橋梁的抗震性能是減輕地震危害、加強(qiáng)區(qū)域安全的重要措施之一，根據(jù)對以往橋梁震害情況分析，可以將橋梁的主要破壞方式分為上部結(jié)構(gòu)破壞、支座破壞、下部結(jié)構(gòu)破壞和基礎(chǔ)破壞四種。

一、橋梁抗震設(shè)計方法探討

（一）基于強(qiáng)度基礎(chǔ)上的設(shè)計方法

在早期的橋梁抗震設(shè)計中，基本上都會采用基于強(qiáng)度基礎(chǔ)上的抗震設(shè)計方法，將地力作為靜荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度或強(qiáng)度作為判定結(jié)構(gòu)是否失效的準(zhǔn)則，目前來說，該種設(shè)計方法仍然有較多設(shè)計單位使用。

（二）基于延性基礎(chǔ)上的設(shè)計方法

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，部分設(shè)計人員提出了基于延性基礎(chǔ)上的抗震設(shè)計方法，此種方法主要是用地震力來修正系數(shù)調(diào)整彈性分析地震內(nèi)力和反應(yīng)譜加速度，以此滿足不同結(jié)構(gòu)的延性需求。以美國的AASHTO橋梁設(shè)計規(guī)范為例，該規(guī)范主要針對橋墩、基礎(chǔ)、支座等構(gòu)件，采用不同的R（地震反應(yīng)修正系數(shù)），對彈性地震力進(jìn)行折減，從而得到地震力設(shè)計值[1]。

（三）基于性能基礎(chǔ)的抗震設(shè)計

基于性能基礎(chǔ)上的抗震設(shè)計從理論上講是指抗震結(jié)構(gòu)在受到不同等級地震作用下能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的設(shè)計方法，基于性能基礎(chǔ)的抗震設(shè)計方法可以在一定的地震強(qiáng)度以內(nèi)將人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失控制在一定范圍之內(nèi)，使橋梁可以在震后延續(xù)使用。此設(shè)計方法的特點(diǎn)是將抗震設(shè)計從宏觀定性過渡到具體量化，將抗震設(shè)計的目的從保障人們的生命財產(chǎn)安全轉(zhuǎn)化為滿足不同不同地震水平下的性能目標(biāo)[2]。通過多方位、多層次的抗震設(shè)計來保障人民的生命財產(chǎn)安全，滿足建筑商所需的安全性能目標(biāo)。

二、橋梁減隔震技術(shù)探究

（一）減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展

減震是指通過人為的手段在橋梁結(jié)構(gòu)的部分位置設(shè)置耗能構(gòu)件和阻尼器，改變橋梁結(jié)構(gòu)的動力性能，將橋梁結(jié)構(gòu)吸收的地震能量進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分散，從而使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)降低。隔震主要是指通過對結(jié)構(gòu)自振周期的延長來避開地震卓越周期并減少地震能量輸入，從而使結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)降低。減隔震技術(shù)應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)的想法由來已久，自減隔震技術(shù)出現(xiàn)開始就受到橋梁施工設(shè)計人員的廣泛重視。1973年建成的新西蘭Motu橋是實(shí)際上第一座應(yīng)用減隔震技術(shù)的橋梁，該橋的上不隔震使用滑動支撐的方式，并由U形鋼彎曲梁提供阻尼。Motu橋建成后，橋梁建設(shè)中的抗震設(shè)計基本都采用減隔震技術(shù)。1984年美國第一次將減隔震技術(shù)應(yīng)用在Sierra Point bridge的減震加固上，1990年美國新建的Sexton橋是美國第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁。1990年日本建成第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁宮川大橋，此橋采用鉛芯橡膠支座作為減震構(gòu)件，是一座3跨連續(xù)鋼結(jié)構(gòu)橋梁[3]。

（二）常用的減隔震裝置

1、分層橡膠支座。分層橡膠支座也被稱為板式橡膠支座，其結(jié)構(gòu)構(gòu)成是由薄鋼板與薄橡膠片相互交替結(jié)合而成，多采用圓形或矩形構(gòu)成支座形狀。在進(jìn)行抗震設(shè)計時，主要考慮的因素是阻尼作用和水平剛度。橡膠支座通過消耗變形過程中的能量來為支座提供阻尼，橡膠層變形的速度決定了阻尼的大小。一般來說用天然橡膠制作的支座阻尼約為5%-10%，分層橡膠提供的阻尼一般較小，因此在對減隔震橋梁設(shè)計過程中，常將分層橡膠支座與阻尼器綜合使用[4]。

2、鉛芯橡膠支座。在板式橡膠支座的中心或中部垂直壓入高純度鉛芯，可以有效高山制作的阻尼性能，這種支座就是鉛芯橡膠支座。鉛芯的屈服剪力較低，力學(xué)特性較好，初始剪切剛度較高，在使用中能夠較好的提供靜力荷載下的剛度和地震下的耗能能力，因此，鉛芯橡膠支座能夠良好的滿足減隔震的技術(shù)要求，在水平力較低的情況下，初始剛度較高，支座變形的幅度較小，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，在地震力作用下，鉛芯微變形，適當(dāng)降低剛度，演唱里結(jié)構(gòu)的使用周期，并在一定程度上消耗了地震能量。

3、滑動摩擦型減隔震支座。也可將滑動摩擦型支座稱為聚四氟乙烯滑板支座，這種只做主要利用聚四氟乙烯材料與不銹鋼之間較低的摩擦系數(shù)制作而成的。這種支座的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，將其作為橋梁的活動支架十分合適。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，在地震力的作用下，上部支座將在摩擦面上經(jīng)滑動摩擦型支座允許發(fā)生滑動摩擦現(xiàn)象，在地震力從上部結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到下部結(jié)構(gòu)時，滑動摩擦型支座將地震力限制為支座的最大摩擦力，從而大大消耗地震能量。此類制作的缺點(diǎn)是一旦發(fā)生移動，沒有自我復(fù)位能力，將滑動摩擦型支座用作隔震支座時，支座的可靠性無法預(yù)測，所以在使用中，一般講其與阻尼器與橡膠支座等組合使用[5]。

4、鋼阻尼器。鋼阻尼器耗能的原理是利用鋼材的可塑性。鋼阻尼器的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，制作簡便費(fèi)用較少，比較耐用，耗能能力大，在選擇鋼阻尼器時可以根據(jù)放置位置、空間、位移及連接結(jié)構(gòu)的不同來選擇不同的阻尼器類型。

三、減隔震裝置的選擇

在進(jìn)行橋梁減震系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)使系統(tǒng)滿足以下幾點(diǎn)要求：1、具備適當(dāng)?shù)娜彳浂龋菇Y(jié)構(gòu)使用周期延長，分散地震力，減少地震災(zāi)害程度。2、通過耗能裝置、阻尼器等耗散地震力，將支撐面處變形控制在一定范圍之內(nèi)。3、有合適的屈服力和剛度，在正常使用時不會產(chǎn)生有害振動和屈服。

在對減隔震進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)將設(shè)計的重點(diǎn)放在分散地震力和提高耗能能力上，結(jié)構(gòu)周期可以延后考慮，在選擇減隔震裝置時，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單的裝置，并保證其范圍在力學(xué)性能范圍之內(nèi)。另外選擇減隔震裝置時考慮其減震耗能能力，并能滿足正常荷載要求，因此在進(jìn)行減隔震裝置時還要額外考慮以下幾點(diǎn)1、發(fā)生不同等級地震減隔震裝置都應(yīng)有良好的豎向荷載支撐能力。2、減隔震裝置在廚師水平剛度方面應(yīng)較高，橋梁在遇到較大風(fēng)力或外在因素時不會產(chǎn)生有害振動和較大變形。3、當(dāng)外界溫差過大引發(fā)上部支架變形時，減隔震裝置應(yīng)產(chǎn)生比較低的抗力。4、減隔震裝置在使用中應(yīng)該具備良好的復(fù)原能力，在遇到較大等級的地震時，橋梁的上部結(jié)構(gòu)都能較好的回復(fù)到原有的位置。

結(jié)語：

隨著近幾年地震災(zāi)害的頻發(fā)，人們對橋梁抗震的重視程度越來越高，對橋梁抗震性的依賴性越來越強(qiáng)，作為抗震防災(zāi)，危機(jī)管理系統(tǒng)的橋梁工程在地震中如果受到傷害，將會造成交通癱瘓，給抗震救災(zāi)工作造成極大的阻礙，提高橋梁的抗震性是減輕地震損害，加強(qiáng)區(qū)域安全的基本措施之一，隨著對抗震災(zāi)害特性和橋梁工程震害特點(diǎn)的深入認(rèn)識，橋梁抗震的設(shè)計方法也經(jīng)歷了從強(qiáng)度、延伸性到性能的過程，伴隨著橋梁減隔震技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將大大提高橋梁安全性，減輕損害，為災(zāi)后重建提供有力保障。

[1]韓鵬，孟哲.淺談橋梁抗震方法與減隔震技術(shù)[J].山西建筑.2010,(16):291-193

[2]杜修力，韓強(qiáng).橋梁抗震研究若干進(jìn)展[J].地震工程與工程振動.2014,(4):1-14

[3]孫海鵬.卓衛(wèi)東.大跨度連續(xù)橋梁減震技術(shù)綜合論述[J].公里交通技術(shù).2010,(5):152-153

[4]曲惠.吳衛(wèi)東.連續(xù)橋梁延性抗震設(shè)計與減隔震設(shè)計方法對比研究[J].上海建設(shè)科技.2011,(5):14-17+29

[5]王巖，王東升，孫志國.中日美橋梁減震設(shè)計規(guī)范的對比研究[J].地震工程與工程振動.2015,(5):73-79

TU7

B

1007-6344（2016）02-0097-01