賈小飛

深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心有限公司 廣東 深圳 518000

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的迅猛發(fā)展，橋梁工程的建設(shè)頻率和建設(shè)規(guī)模顯著提升，在此期間橋梁的抗震設(shè)計(jì)始終是重中之重，特別是對(duì)于很多處于地震帶的橋梁建設(shè)工程而言，在進(jìn)行工程規(guī)劃與前期勘察時(shí)要充分考慮地震的元素，有針對(duì)性地做好橋梁抗震設(shè)計(jì)，采取更高水平的減隔震技術(shù)，因此本文針對(duì)橋梁抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)與減隔震技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究有重要的意義和價(jià)值。

1 橋梁工程中減隔震技術(shù)概述

1.1 減隔震技術(shù)原理

在橋梁工程中應(yīng)用減隔震技術(shù)，主要原理在于通過(guò)阻尼器設(shè)備、減震支座等將橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的內(nèi)能量進(jìn)行有效消除，以進(jìn)一步規(guī)避震動(dòng)因素所帶來(lái)的能量影響，避免對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)造成撼動(dòng)。在進(jìn)行橋梁工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)劃時(shí)需要由專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行全面的抗震設(shè)計(jì)，其中應(yīng)用減隔震技術(shù)能夠有效提高橋梁工程的質(zhì)量水平，選取最佳設(shè)計(jì)模式，避免地震因素所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)影響和破壞問(wèn)題。應(yīng)用減隔震技術(shù)時(shí)最關(guān)鍵元素在于應(yīng)用柔性裝置設(shè)備，以進(jìn)一步保證橋梁工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件的穩(wěn)定性和安全性，也可以在現(xiàn)有的減隔震技術(shù)中應(yīng)用阻尼設(shè)計(jì)元素，以進(jìn)一步減少和消耗地震所帶來(lái)的能量。

1.2 減隔震技術(shù)特征

在橋梁抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)用減隔震技術(shù)的最主要目標(biāo)在于減少和消耗地震所帶來(lái)的能量，其中應(yīng)用減隔震設(shè)備能夠進(jìn)一步延長(zhǎng)橋梁工程整體結(jié)構(gòu)的周期性，減少地震給主體結(jié)構(gòu)造成的損傷，因此應(yīng)用減隔震技術(shù)設(shè)計(jì)方法需要充分保證抗震設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性，提高橋梁整體抗震系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而進(jìn)一步降低橋梁工程的建設(shè)與施工成本。除此之外應(yīng)用良好的抗震設(shè)計(jì)手法，可以在常規(guī)類(lèi)型的設(shè)計(jì)要素之外，對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的維護(hù)與保障[1]。

2 橋梁震害的主要發(fā)生原因

對(duì)于橋梁而言，所發(fā)生的震感主要指的是在地震的影響和作用之下發(fā)生的病害或損壞問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高橋梁抗震設(shè)計(jì)整體水平需要深入探索，橋梁震害的主要發(fā)生原因，并有針對(duì)性的提高抗震設(shè)計(jì)的合理性。首先地震災(zāi)害影響下會(huì)導(dǎo)致一定的位移情況，進(jìn)而引發(fā)橋梁上部結(jié)構(gòu)的可活動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)生損壞或脫落問(wèn)題，對(duì)于很多拱橋而言，在地震位移作用的影響之下是拱上建筑部位和腹拱區(qū)域更容易出現(xiàn)損壞情況，而拱角位置也會(huì)引發(fā)裂縫問(wèn)題，造成橋梁整體的變形和突起。

其次，在地震的作用之下，橋梁的地基也會(huì)產(chǎn)生一定的液化問(wèn)題，進(jìn)一步導(dǎo)致地震位移影響效果增強(qiáng)，橋梁整體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)被不斷放大，進(jìn)而引發(fā)不良的安全隱患問(wèn)題。很多橋梁采用的基礎(chǔ)為排架樁，此類(lèi)結(jié)構(gòu)會(huì)在一定程度上降低樁基的承載力，在地震發(fā)生時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同方向的位移問(wèn)題。另一方面，如果橋梁所處地基相對(duì)較軟，也會(huì)在地震發(fā)生作用的影響之下產(chǎn)生液化或失效問(wèn)題，繼而引發(fā)橋梁上部結(jié)構(gòu)的傾斜變形和結(jié)構(gòu)損壞。

最后，受到橋梁下部結(jié)構(gòu)的影響，在地震作用下，其自身慣例會(huì)不斷增強(qiáng)支座，傳導(dǎo)地震力引發(fā)下部結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂和時(shí)效變形，逐漸導(dǎo)致橋梁整體的傾覆?，F(xiàn)如今我國(guó)針對(duì)地震水平劃分為三種類(lèi)型，對(duì)于橋梁的抗震設(shè)計(jì)也需要充分考慮不同的地震水平和反應(yīng)，如果針對(duì)地震較多的條件要確保橋梁結(jié)構(gòu)的彈性反應(yīng)狀態(tài)；而在中等地震條件下，允許橋梁抗震結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件有一定的塑性變形，但是也要在最大變形允許的范圍之內(nèi)；如果出現(xiàn)了罕見(jiàn)的地震，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)彈塑性變形循環(huán)，甚至?xí)鰳蛄涸薪Y(jié)構(gòu)的容許變形范圍。

3 橋梁抗震設(shè)計(jì)理念及要素

3.1 抗震概念設(shè)計(jì)

與其他自然災(zāi)害類(lèi)似，地震的發(fā)生和出現(xiàn)有較強(qiáng)的不確定性，無(wú)法充分應(yīng)用現(xiàn)代化觀(guān)測(cè)模式和結(jié)構(gòu)計(jì)算模型進(jìn)行分析與研討，這也導(dǎo)致了在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，難以充分考慮地震等多發(fā)性因素對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)抗震性的控制與影響。對(duì)于橋梁整體結(jié)構(gòu)而言，其抗震性能在一定程度上會(huì)取決于概念化設(shè)計(jì)，因此進(jìn)行橋梁方案規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要避免僅僅按照結(jié)合分析結(jié)果的形式確定橋梁設(shè)計(jì)與規(guī)劃方案，同時(shí)要充分考慮橋梁所處區(qū)域以及整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，選擇更加適合的抗震體系和抗震結(jié)構(gòu)。在開(kāi)展抗震的概念化設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮橋梁上下兩部分結(jié)構(gòu)的連接性，避免出現(xiàn)上下結(jié)構(gòu)連接不當(dāng)而在地震發(fā)生中出現(xiàn)位移或結(jié)構(gòu)損壞情況，做好橋墩的選擇以及過(guò)渡孔位的連接與規(guī)劃。除此之外，需要在概念設(shè)計(jì)過(guò)程中著重提高橋梁抗震的良好效果，根據(jù)不同的地震災(zāi)害影響程度進(jìn)行動(dòng)力特性分析，全面評(píng)估橋梁在地震狀態(tài)下的反應(yīng)，明確抗震的薄弱部位，同時(shí)針對(duì)此類(lèi)薄弱部位進(jìn)行有針對(duì)性的改造，例如增加配件或在此進(jìn)行構(gòu)造的結(jié)構(gòu)升級(jí)，以充分彌補(bǔ)橋梁薄弱部位的抗震效果，通過(guò)概念化設(shè)計(jì)能夠切實(shí)提高結(jié)果分析能力和水平，對(duì)橋梁的整體抗震性能進(jìn)行更加全面的評(píng)估與分析。

3.2 延性抗震設(shè)計(jì)

延性抗震設(shè)計(jì)主要根據(jù)橋梁鋼筋混凝土框架等影響，延性抗震橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生彈塑性破壞，因此延性抗震設(shè)計(jì)理念可以通過(guò)地震力修正系數(shù)對(duì)反應(yīng)譜加速度進(jìn)行合理有效調(diào)整，同時(shí)根據(jù)橋梁不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)有針對(duì)性的提出橋梁延性設(shè)計(jì)相關(guān)要求，以進(jìn)一步獲得設(shè)計(jì)地震力[2]。

3.3 性能抗震設(shè)計(jì)

橋梁的性能抗震設(shè)計(jì)主要以橋梁的整體性能作為基礎(chǔ)，從整體的角度進(jìn)行抗震化設(shè)計(jì)，通過(guò)前期的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，確保橋梁的結(jié)構(gòu)與性能，能夠在地震的影響作用之后依然能夠達(dá)到前期的結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)。應(yīng)用性能抗震設(shè)計(jì)之后，即使受到地震的影響與沖擊，橋梁原有結(jié)構(gòu)所發(fā)生的破損和位移狀態(tài)都需要在允許的范圍之內(nèi)，此種形式能夠進(jìn)一步保證橋梁結(jié)構(gòu)的功能性，因此性能抗震設(shè)計(jì)理念能夠?qū)⒃械脑O(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行充分量化，將抗震設(shè)計(jì)保障轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性能的最大延續(xù)，通過(guò)更有針對(duì)性的設(shè)計(jì)與規(guī)劃方法，全面提升橋梁抗震設(shè)計(jì)以及安全保障作用。在進(jìn)行性能抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮地震危險(xiǎn)源，需要根據(jù)所處區(qū)域的地震發(fā)生機(jī)遇等進(jìn)行科學(xué)定義，同時(shí)根據(jù)地震作用之后，橋梁結(jié)構(gòu)所受到的損傷和性能情況進(jìn)行合理預(yù)估，繼而確定更加適合的設(shè)計(jì)方法。

4 橋梁抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)與減隔震技術(shù)應(yīng)用分析

4.1 鉛芯橡膠支座裝置

如圖1所示，鉛芯橡膠支座需要應(yīng)用高純度的鉛芯，將鉛芯壓入天然橡膠板之中，并應(yīng)用鋼片進(jìn)行阻隔，進(jìn)一步發(fā)揮鉛芯橡膠支座的阻尼性質(zhì)和作用。在鉛芯橡膠支座裝置的彈性角度來(lái)看，其整體屈服剪力相對(duì)較低，但是力學(xué)性能更好，在不同程度的地震影響和狀態(tài)之下，都能有效提高和發(fā)揮力學(xué)性能。因此可以在橋梁抗震設(shè)計(jì)和減隔震技術(shù)中，積極應(yīng)用鉛芯橡膠支座裝置，以進(jìn)一步提高減隔震性能，但要特別注意，如果出現(xiàn)水平力相對(duì)較低的問(wèn)題，那么其相應(yīng)的初始性會(huì)更高，鉛芯橡膠支座的變形程度會(huì)逐漸降低，因此出現(xiàn)地震災(zāi)害之后，所加入的鉛芯橡膠支座變形程度也會(huì)越小。

圖1 鉛芯橡膠支座裝置示意圖

4.2 高阻尼橡膠支座

高阻尼橡膠支座主要應(yīng)用塑料纖維配和其他類(lèi)別的添加劑，以進(jìn)一步生產(chǎn)出阻尼性質(zhì)更高的裝置，例如粘滯阻尼器（圖2），在應(yīng)用此類(lèi)裝置時(shí)，能夠進(jìn)一步降低地震所引發(fā)的地震波能量，但是裝置在作用時(shí)也會(huì)在一定程度上發(fā)生發(fā)熱的問(wèn)題。以粘滯阻尼器為例，此類(lèi)阻尼器在減隔震裝置中為耗能型裝置，需要應(yīng)用可壓縮硅油等液體的黏性作用，提高阻尼效果，對(duì)地震所帶來(lái)的震動(dòng)力進(jìn)行消耗和減少，當(dāng)?shù)卣鸬恼饎?dòng)力發(fā)生作用之后，粘滯阻尼器活塞會(huì)產(chǎn)生相對(duì)性運(yùn)動(dòng)，繼而產(chǎn)生阻尼力，而震動(dòng)力作用也會(huì)被逐漸消耗，進(jìn)而起到減震的作用，可以在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)劃中將粘滯阻尼器安裝于地塔梁之中能夠有效減少橋墩變形問(wèn)題，切實(shí)提高橋梁整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性效果。

圖2 粘滯阻尼器示意圖

4.3 充分明確減隔震技術(shù)的應(yīng)用適用條件

在進(jìn)行橋梁抗震設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)用減隔震技術(shù)要充分考慮減隔震技術(shù)的適用條件，此類(lèi)技術(shù)需要應(yīng)用于軟土地基之內(nèi)，針對(duì)此類(lèi)區(qū)域進(jìn)行施工和橋梁建設(shè)時(shí)會(huì)在一定程度上影響側(cè)向高度，并在原有施工周期的基礎(chǔ)上進(jìn)行延長(zhǎng)，但是采取此種類(lèi)型的減隔震技術(shù)能夠有效減少地震發(fā)生以及影響作用之下，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的大規(guī)模坍塌問(wèn)題。如果在橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)所應(yīng)用的橋墩剛性較大，那么則可以對(duì)減隔震技術(shù)進(jìn)行更加靈活有效的應(yīng)用，進(jìn)一步減少地震的負(fù)面影響和對(duì)橋梁整體結(jié)構(gòu)造成的負(fù)面侵害[3]。

4.4 提高減隔震裝置的性能效果

在應(yīng)用減隔震裝置時(shí)，首先需要確保減隔震裝置的柔軟度效果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步延長(zhǎng)橋梁整體結(jié)構(gòu)的使用壽命，減隔震裝置的作用在于將地震的能量進(jìn)行分散和阻隔，有效降低地震災(zāi)害的影響。除此之外，可以應(yīng)用能耗裝置或阻尼裝置進(jìn)行操作，既保障了橋梁整體結(jié)構(gòu)的科學(xué)性，也能避免對(duì)橋梁造成負(fù)面影響，除此之外，減隔震裝置要有更好的區(qū)分度和高度，避免出現(xiàn)減隔震裝置的有害性震動(dòng)問(wèn)題。在減隔震裝置的應(yīng)用與設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將地震能量的分散作用和能耗標(biāo)準(zhǔn)作為首要位置，而現(xiàn)有裝置結(jié)構(gòu)的應(yīng)用周期可以放在次要位置，因此可以?xún)?yōu)先選擇質(zhì)量適應(yīng)性更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，確保減隔震需求。如果橋梁建設(shè)區(qū)域地震災(zāi)害頻發(fā)，橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)水平層次不一，可以適當(dāng)增加減震裝置應(yīng)用，強(qiáng)化豎向荷載支撐能力，提高水平線(xiàn)剛度；但是如果此類(lèi)橋梁所處區(qū)域存在大風(fēng)問(wèn)題，也會(huì)導(dǎo)致減隔震裝置出現(xiàn)有害震動(dòng)，導(dǎo)致現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)受損。除此之外，如果外界溫度一再升高，與橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)溫差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上部支架出現(xiàn)變形，因此在應(yīng)用減隔震裝置時(shí)需要其具有一定的復(fù)原功效，避免受到內(nèi)外溫差的影響，充分發(fā)揮減隔震裝置的作用。

4.5 科學(xué)合理的選擇地基和施工材料

開(kāi)展橋梁抗震設(shè)計(jì)積極應(yīng)用減隔震技術(shù)，不僅需要擁有多種元素的抗震理念，同樣也要在抗震的基礎(chǔ)上著重提高橋梁的規(guī)劃與設(shè)計(jì)水平，因此需要針對(duì)現(xiàn)有的橋梁，合理選擇地基，確保地基的承載力高度以及整體布局情況，有效保障人身安全以及橋梁的穩(wěn)定性[4]。如果現(xiàn)有橋梁工程的建設(shè)區(qū)域位于地質(zhì)條件相對(duì)危險(xiǎn)的地區(qū)，可以對(duì)地質(zhì)災(zāi)害情況進(jìn)行全面的規(guī)避，以減少災(zāi)害問(wèn)題對(duì)橋梁造成的不利影響，除此之外也要嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇地質(zhì)相對(duì)均勻的土層或巖層，在具體施工和方案設(shè)計(jì)之前，需要對(duì)橋梁工程所處區(qū)域進(jìn)行全面的檢測(cè)與勘察，特別是針對(duì)現(xiàn)有地區(qū)的土質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水情況進(jìn)行精確的分析，并針對(duì)現(xiàn)有橋梁規(guī)劃設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的可行性報(bào)告進(jìn)行全面的審核與校對(duì)。最后在選擇橋梁施工建設(shè)材料時(shí)，要根據(jù)所處地區(qū)的實(shí)際情況，優(yōu)先選擇抗彎曲力更強(qiáng)，承載能力更高的材料，同時(shí)也可以在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上合理選擇三角結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更高，能夠充分體現(xiàn)橋梁工程的防震性效果，與此同時(shí)可以進(jìn)一步設(shè)置抗震防線(xiàn)，對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的抗震保護(hù)，避免橋梁出現(xiàn)坍塌問(wèn)題。

5 結(jié)論

總而言之，橋梁工程建設(shè)與各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展緊密聯(lián)系，同樣也是城市發(fā)展和國(guó)民出行的重要基礎(chǔ)之一為了最大程度上減少地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的負(fù)面影響，本文深入研究與探討了橋梁抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)與減隔震技術(shù)的應(yīng)用，希望能夠不斷提高我國(guó)現(xiàn)有橋梁工程的設(shè)計(jì)水平，推動(dòng)橋梁工程施工建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。