陳勇星

(貴州省交通科學研究院股份有限公司)

0 引 言

橋梁作為公路、鐵路工程重要的基礎設施，必須具有較高的安全可靠性，尤其是具有較強的抗震性能，以確保交通運輸?shù)陌踩＿@就要求橋梁工程設計人員在橋梁的設計過程中，必須要充分考慮到橋梁隔震設計的相關要求，通過合理的結構設計方案，在確保橋梁結構正常使用功能的前提下，依靠隔震裝置延長結構周期，消耗地震能量，降低橋梁結構的響應，提高橋梁結構設計的安全性。

1 橋梁隔震技術原理分析

在地震荷載的作用下，橋梁結構內部會產(chǎn)生較大的內力以及位移，隔震技術則主要是在橋梁結構的設計過程中，通過設置隔震裝置，將橋梁結構與可能造成結構破壞的地面運動分離開來，進而減少地震力以及地震能量對橋梁結構的影響，橋梁隔震技術的技術實現(xiàn)方式主要有以下幾種形式。

(1)延長橋梁結構的自振周期，降低地震力的影響。在地震荷載作用下造成橋梁結構出現(xiàn)損壞的主要原因就是由于橋梁結構的自振周期與地震力周期具有較高的吻合程度，造成了橋梁結構的共振，進而導致橋梁結構地震反應放大，造成了梁體結構的損壞。通過采取隔震設計，可以將橋梁結構的自振周期延長，進而有效的降低橋梁結構在地震發(fā)生時的絕對加速度反應。

(2)增加橋梁結構的結構阻尼，對結構位移進行限制。由于延長橋梁結構周期，因此會造成橋梁結構位移反應的增加，在這種情況下，就必須設計相應的阻尼裝置來增加橋梁結構的阻力，并加快地震能量的耗散，進而確保地震發(fā)生時橋梁結構的位移能夠控制在合理的范圍內。

(3)有效的分散橋梁結構的水平地震力。橋梁結構中，由于固定墩和活動墩在水平剛度上有很大的差異，導致水平地震力基本是由固定墩來承擔，通過隔震設計，特別是對于連續(xù)梁橋而言，相當于取消了連續(xù)梁橋的固定墩，在地震荷載作用下，確保所有的橋墩都能夠參與抵抗地震力，起到了改善橋梁結構內力分布的作用。

2 橋梁結構隔震設計的必要性分析

(1)確保橋梁結構基礎、墩臺等下部結構的安全可靠。在橋梁結構設計中通過設置隔震裝置，能夠將地震荷載作用下所產(chǎn)生的塑性變形以及殘余位移集中到隔震裝置中消散，依靠隔震裝置實現(xiàn)耗散地震能以及承受變形的作用，進而改善地震荷載下的橋梁下部結構的受力情況，確保橋梁工程下部結構的安全可靠。

(2)實現(xiàn)地震作用下橋梁工程整體結構響應的一致性。通過設置隔震裝置，能夠通過橫向剛度的調節(jié)確保橋梁結構上部結構與下部結構響應的一致性，同時還可以起到整體改善橋梁結構扭轉平衡性能，因而降低地震力對與橋梁結構的影響，提高地震作用下橋梁結構的安全水平。

(3)控制橋梁結構的變形問題。對橋梁結構采取隔震設計，能夠大幅度降低橋梁結構在溫度、收縮以及徐變等結構變形方面的影響，同時也可以有效的控制地震下部結構變形超出彈性范圍的問題，因而能夠在橋梁結構的設計中減少伸縮縫的使用，增加橋梁的跨度，同時還可以控制橋梁結構的橋墩以及基礎的非彈性變形。

3 橋梁結構隔震設計措施

3.1 橋梁隔震設計原則

在橋梁的隔震設計中，必須把握好橋梁隔震設計的幾項特點。

(1)隔震裝置的水平剛度越小，則自振周期延長地越長，上部結構的加速度(或剪力)的減小效果越好，但會增加結構的位移響應。

(2)增加結構的阻尼，會減小上部結構的加速度(或剪力)響應，同時也會減小結構的位移增加趨勢。

(3)橋梁基礎強度會直接影響到橋梁的隔震設計效果，橋梁結構基礎的承載能力越高，對于提高減震效果越有幫助。

(4)在橋梁隔震設計的具體設計過程中，設計重點應集中在減小上部結構的加速度響應、增加位移之間找平衡方面。

3.2 鉛芯隔震橡膠支座設計

鉛芯隔震橡膠支座由鋼板與橡膠分層疊合，經(jīng)高溫硫化粘結制作而成，并通過上下聯(lián)結板與結構相連，裝置正中央為鉛芯。隔震橡膠支座主要由上連接板 上封板、鉛芯、多層橡膠、加勁鋼板、保護層橡膠、下封板和下連接板等級部分組成，在具體的隔震作用原理上，多層橡膠、加勁鋼板構成多層橡膠支座主要是起到承擔建筑物重量和水平位移的作用，而鉛芯則是在多層橡膠支座剪切變形時，靠塑性變形吸收地震能量，在地震作用結束后，鉛芯又通過動態(tài)恢復與再結晶過程，以及橡膠的剪切拉力的作用，確保橋梁結構及時的恢復原位。鉛芯隔震橡膠支座的技術優(yōu)勢在于豎向剛度穩(wěn)定，豎向承載效果好，水平剛度能夠滿足地震和常規(guī)位移需求，鉛芯阻尼耗能能力強，而且鉛芯面積可調，方便支座阻尼比調整，支座的安裝及檢修更換方便，運營維護成本較低，因而在橋梁隔震設計中的應用非常普遍。

(1)支座的布置。在鉛芯隔震橡膠支座的布置上，首先應該對支座的設計位移量與橋梁因制動力、溫度和混凝土收縮徐變等共同作用及地震力引起的位移是否匹配進行驗算分析，在布置上如果采用矩形支座宜，應該設置確保支座短邊與縱橋向平行布置，當橋梁橫向尺寸受限時，可采用支座長邊沿縱橋向布置。

(2)支座的選型。支座的選型流程為，首先根據(jù)橋梁結構抗震設防烈度以及場地類型的不同確定鉛芯隔震橡膠支座的剪切模量，進而確定鉛芯隔震橡膠支座圓形、矩形等本體形狀，之后對設計豎向承載力與設計剪切位移量進行驗算分析。在支座的具體選型過程中，必須考慮支座與橋梁結構的配套適應性，同時確保滿足橋梁結構的空間位置要求;此外，套筒和錨桿等配套附屬件的設計選取應當安全、適用、經(jīng)濟、合理。

(3)支座的計算分析。在支座設計方法的選擇上，應該按照《公路橋梁抗震設計細則》中的相關要求，采用反應譜法、動力時程法和功率譜法對隔震裝置的性能設計進行驗算分析，如果橋梁結構動力特性較為化，則應該采用非線性動力時程分析方法。

3.3 摩擦擺球型支座

摩擦擺球型支座主要是由上支座板、不銹鋼板、上耐磨板、球冠、下耐磨板、橡膠密封環(huán)、下支座板、限位裝置及錨固組件等級部分組成。摩擦擺球型支座的隔震裝置是利用單擺原理設計開發(fā)，隔震系統(tǒng)的周期和剛度通過制作中滑動表面曲率半徑進行調整，阻尼則是通過運動摩擦系數(shù)來調整。通過高強的抗壓材料制作的中間滑板，在下部結構發(fā)生地震位移時，產(chǎn)生指向平衡位置的恢復力，同時依靠滑板和滑動面之間通過摩擦耗散能量。其設計流程主要有以下幾方面。

(1)隔震參數(shù)的確定。摩擦擺球型支座的隔震參數(shù)主要包括摩擦系數(shù)、隔震半徑(或周期)、地震位移量，為了準確的獲得相應的設計參數(shù)，可以通過反應譜的方法，計算出不同烈度、不同特征周期的支座的隔震參數(shù)，并根據(jù)抗震重要系數(shù)、場地系數(shù)、阻尼調整系數(shù)、地震加速度峰值等相應的參數(shù)計算設計加速度反應譜最大值，進而確定支座選型。

(2)支座的選型與布置。摩擦擺球型支座的布置應該根據(jù)橋梁的結構形式確定，支座布置形式是橋梁隔震設計中非常重要的環(huán)節(jié)，會直接影響到支座的受力狀況。對于簡支梁、小跨度連續(xù)梁一般采用單向活動型支座，對于大跨度連續(xù)梁或多跨長連續(xù)梁，主要采用雙向活動型支座和柱面單向活動型支座，同時控制支座設置在與固定墩的間距大于150 m 的中墩及邊墩位置，以免熱脹冷縮位移量過大導致支座高度變化過大影響橋梁結構內部受力。

4 結 語

橋梁隔震設計作為橋梁結構設計的必要內容，也是提高橋梁工程結構安全性的基本要求。尤其是通過合理的隔震設計方案，在橋梁結構的周期、動力特性以及耗能等方面通過相應的設計，來降低橋梁結構在地震中的動力響應，確保橋梁結構在運營使用階段的安全可靠。

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