王顯斌，李 兵

(山東中咨公路咨詢設計有限公司，山東 東營 257091)

研究橋梁結構減震設計方法

王顯斌，李 兵

(山東中咨公路咨詢設計有限公司，山東 東營 257091)

分析了橋梁結構減震設計方法的重要性和設計應用現(xiàn)狀，并提出了設計方法應用問題的控制措施策略。其目的是為相關建設者提供一些理論依據(jù)。結果表明，要想使橋梁結構不受地震問題的影響，可通過粘滯阻尼器、抗震滑動摩擦支座以及鉛芯橡膠支座來實現(xiàn)控制。

橋梁結構；減震設計；粘滯阻尼器；抗震滑動摩擦支座

1 研究橋梁結構減震設計方法的重要性

目前，隨著科學技術的發(fā)展，橋梁工程的建筑規(guī)模逐漸擴大。在此情況下，我國許多區(qū)域地處地震活躍地帶，這就給橋梁工程結構減震設計提出了不小的挑戰(zhàn)。在以往，橋梁結構的減震設計大多通過提升構件組成的整體強度來達到抗震效果。這種減震設計確實能在一定程度上保證橋梁結構不被垮塌問題影響，但對于構件自身來說，卻不能避免其受到損壞。由此可見，傳統(tǒng)的橋梁結構減震設計方法無法從根本上保證橋梁的抗震能力。而且，過多的追求橋梁結構的強度，也會增加工程建設的造價成本，從而影響結構設計的整體美觀性。因此，相關建設人員應從優(yōu)化橋梁結構減震設計方法入手，即通過特質的減震元件，進而降低橋梁構件受地震破壞的影響程度。具體來說，有效的橋梁結構減震設計是成功使隔震裝置把橋梁結構與地震隔離開來，從而實現(xiàn)根本上的保證橋梁結構的抗震能力。只有橋梁結構的作用穩(wěn)定性和安全性得到了應有的保證，才能使我國的交通運輸業(yè)實現(xiàn)健康發(fā)展。因而，相關建設人員應將其重視起來，以滿足交通運輸業(yè)對橋梁結構建設的應用需求。

2 橋梁結構減震設計方法的應用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的橋梁結構減震設計方法主要有兩種，分別是：延性設計和強度設計。其中強度設計方法的應用主要是通過提高橋梁結構構件的設計強度，來保證結構自身的抗震能力。但這種減震設計方法的應用需要消耗一定程度的經濟成本，而且也不利于實際操作。而延性設計方法，主要是通過控制地震攜帶能量傳遞到橋梁結構構件而產生塑性變形，來保證結構作用的穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，采用以往的橋梁結構減震設計方法不僅增加了工程建設的成本，還使得相關建設人員必須針對永久性的塑性變形采取相應的養(yǎng)護和維修措施。因此，相關人員可加大在減震、隔震設計方法方面的研究，以實現(xiàn)橋梁結構減震設計應用的合理性。相關研究表明，減震設計技術的應用更具經濟性和便捷性。具體來說，減震隔震技術的作用原理為：通過添加結構相關構件的延性，來降低工程對地震反應的影響。這樣一來，橋梁結構的阻尼能量就能得到增加，結構受地震影響發(fā)生的位移變化也會有所減小。由此可見，在目前的橋梁結構穩(wěn)定性設計中，應用減震隔震設計能夠實現(xiàn)結構作用的支撐，這是提高結構整體作用安全性、耐久性的關鍵。

3 控制橋梁結構減震設計方法應用缺陷的措施策略

3.1 粘滯阻尼器設置

以某高墩連續(xù)梁橋工程為例，地震災害的發(fā)生會對自由墩和固定墩造成較為明顯的破壞。因此，減震設計人員必須通過對應的減震設計方法，即在橋墩與主梁之間設置粘滯阻尼器，來橫向固定橋梁伸縮縫處的支座結構。對于該工程粘滯阻尼器的參數(shù)設計過程來說，設計人員將精力主要集中于阻尼指數(shù)和阻尼系數(shù)。具體來說，橋梁結構的減震設計效果會隨著阻尼系數(shù)的增加而實現(xiàn)作用穩(wěn)定性。但阻尼系數(shù)也需要設計人員對其進行一定的數(shù)值控制，否則其作用將失去效果。

3.2 抗震滑動摩擦支座

橋梁結構的支座設計均要選擇雙向滑動的摩擦支座，這是因為支座能夠有效消耗地震對結構產生的剪切影響。因此，相關建設人員應在橫向減震設計的基礎上，進行結構支座設計。具體來說，設計人員首先要設定一個抗震滑動摩擦的支座單元，進而實現(xiàn)整個結構的受力分析。此過程，設計人員要根據(jù)分析研究的結果建立結構的動力分析模型，這樣一來，抗震滑動摩擦支座的前剛度系數(shù)就可以是橋梁上部結構自重的2%。在橋梁上部結構的位移得到參數(shù)控制后，結構就可以反推除抗震滑動摩擦支座的后剛度。這就可以將橋梁結構抗震滑動摩擦支座發(fā)生的變形控制在2mm左右，即不會對結構本身、交通運行造成影響。如表1所示，為橋梁結構受最大剪力減震效果的比較。

表1 橋梁結構受最大剪力減震效果的比較

由表1所示，在設計抗震滑動摩擦支座后，橋梁結構能夠通過滑動摩擦作用來進行地震影響的消耗，從而大幅度減小了地震對結構帶來的影響。值得注意的是，設計人員還要控制好主梁與墩頂之間的位移差。

3.3 鉛芯橡膠支座

在設計橋梁結構支座時，設計人員可通過去除作用于伸縮縫結構的縱向布置，來降低伸縮縫發(fā)生位移的頻率。相關研究表明，橋梁支座的剛度會對結構的整體受力狀態(tài)造成影響。具體來說，如果支座剛度小，那么墩頂?shù)奈灰凭蜁冃　５绻Y構梁體產生了較大的位移，那么隨著支座剛度的增加，墩頂?shù)奈灰凭蜁龃?，從而導致梁體的位移減小。此外，橋梁結構支座的屈服前剛度變化也會對橋墩及梁體位移產生直接的影響，這就意味著實際的施工要避免其會結構的抗震效果造成影響。值得注意的是，方橋梁結構支座產生較大變形時，支座的作用效果就會受到嚴重影響，從而降低支座屈服前剛度對結構穩(wěn)定性的作用效果。因此，設計人員要控制梁體結構所產生的位移，從而避免橋梁工程可能出現(xiàn)的塌落或是伸縮縫的變形量。在此情況下，橋梁工程的整體結構穩(wěn)定性就能得到有效保證。設計人員要想實現(xiàn)上述目的，必須保證支座屈服前剛度處在不變的條件下，這樣支座的屈服里變化就能直接反映在橋梁和梁體上的位移變化。此過程，需要設計人員明確：當支座的屈服力較小、墩頂?shù)奈灰谱冃?，梁體結構的位移就會變法；而隨著支座屈服力的增加，墩頂?shù)奈灰凭蜁黾?，那么支座的變形量就會相應的減小。那么，當梁體的位移得到了有效的控制，橋梁的抗震能力就能得到一定的保證。

4 結束語

總而言之，要想提高橋梁結構不受地震作用的影響，相關建設人員必須采取減震或是隔震措施，來實現(xiàn)工程結構作用的穩(wěn)定性。事實證明，只要梁體的位移量得到了有效控制，就能降低地震對橋梁結構造成的損壞。

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2016-09-12

王顯斌(1985-)，男，工程師，研究方向：橋梁設計。

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1008-3383(2017)02-0110-02