隔震設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

姜會玲

（河南省駐馬店市公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，河南駐馬店463000）

1 引言

以經(jīng)濟(jì)發(fā)展為支撐，我國交通基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，對橋梁工程的穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求。作為地震多發(fā)國家，從保證橋梁工程抗震性的角度，需要在其設(shè)計(jì)施工中運(yùn)用隔震設(shè)計(jì)提高橋梁對地震災(zāi)害的抵御能力，確保其不會在地震作用下發(fā)生嚴(yán)重變形或倒塌問題。

2 橋梁與隔震設(shè)計(jì)

橋梁結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性會直接影響橋梁的使用安全，因此，在橋梁工程設(shè)計(jì)與施工中，要做好隔震設(shè)計(jì)，確保橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和延性都能承受一定的地震荷載。我國是一個地震災(zāi)害多發(fā)的國家，在發(fā)生強(qiáng)烈地震時，可能會導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)破壞，繼而引發(fā)交通系統(tǒng)癱瘓，給抗震救災(zāi)工作帶來較大的難度。由此可知，做好橋梁隔震設(shè)計(jì)非常重要。

簡單來講，隔震設(shè)計(jì)就是通過設(shè)置隔震裝置的方式，為橋梁結(jié)構(gòu)提供水平方向上的應(yīng)力支撐。安裝阻尼器可以增大隔震結(jié)構(gòu)的阻尼效應(yīng)，提升橋梁的抗震性能，有效降低地震能對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，保證橋梁整體結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。需要明確，隔震設(shè)計(jì)能降低地震引發(fā)的破壞程度，但是無法將地震的影響消除。

在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用隔震設(shè)計(jì)，需要滿足一定的標(biāo)準(zhǔn)和條件，以完善的隔震系統(tǒng)提升橋梁結(jié)構(gòu)的周期性[1]。隔震設(shè)計(jì)具備幾個比較顯著的特征：

1）在豎直方向，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度必須能很好地支撐橋梁整體上部架構(gòu)的重量；

2）可以提升橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保其在遭遇地震時不會出現(xiàn)嚴(yán)重變形或倒塌；

3）通過有效的隔震設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒔?jīng)過緩沖后的地震沖力再次分散，進(jìn)一步降低其對橋梁底部支座的影響，實(shí)現(xiàn)對橋墩等基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)；

4）將隔震設(shè)計(jì)應(yīng)用到橋梁橫向結(jié)構(gòu)中，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的平衡和水平方向的剛度進(jìn)行改善，提升其抗震性能。

3 隔震設(shè)計(jì)的機(jī)理和意義

對橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的核心目的，是將可能引發(fā)破壞的震動力隔離，以實(shí)現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的保護(hù)[2]。為了防止橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形，可以借助相應(yīng)的阻尼設(shè)施強(qiáng)化結(jié)構(gòu)阻尼，減小位移，相應(yīng)的原理如圖1 所示。

圖1 隔震設(shè)計(jì)的機(jī)理

在橋梁工程中，做好隔震設(shè)計(jì)有非常重要的意義：可以提高橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。隔震設(shè)計(jì)能有效降低地震作用對橋梁結(jié)構(gòu)的破壞，提高橋梁的整體剛度和柔韌性，實(shí)現(xiàn)對橋梁的保護(hù)。在隔震設(shè)計(jì)中，可以通過柔性裝置的合理應(yīng)用，減少橋梁結(jié)構(gòu)能和水平運(yùn)行的關(guān)聯(lián)，配合阻尼設(shè)計(jì)，能夠賦予橋梁較好的抗震性能。

4 隔震設(shè)計(jì)在橋梁設(shè)計(jì)與施工中的運(yùn)用

以某橋梁工程為例，全長823m，寬26.4m，橋梁跨徑組合為20m×20m，在橋梁上部采用的是預(yù)應(yīng)力混凝土空心板，基礎(chǔ)采用了灌注樁基礎(chǔ)，雙柱式墩臺。橋梁本身是連接周邊2 個城市的重要交通樞紐，交通流量巨大，而其本身處于丘陵地帶，地層存在斷裂帶，屬于地震多發(fā)區(qū)域，因此，對于橋梁結(jié)構(gòu)的抗震性能有非常高的要求，需要在橋梁設(shè)計(jì)中做好隔震設(shè)計(jì)。

4.1 明確設(shè)計(jì)原則

我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中規(guī)定橋梁隔震設(shè)計(jì)原則有3 個：

1）小震不壞或者輕微損壞，地震過后能夠正常使用，橋梁整體結(jié)構(gòu)依然可以保持彈性狀態(tài)；

2）中震輕微損壞，經(jīng)修補(bǔ)后可以在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)正常使用，結(jié)構(gòu)處于非彈性狀態(tài)；

3）大震不倒，經(jīng)過維修后可以滿足一定程度的通行需求，結(jié)構(gòu)處于彈塑性狀態(tài)[3]。

4.2 隔震系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在對橋梁進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)的過程中，隔震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是核心，其必須能夠滿足一定的剛度要求，才能對地震影響力進(jìn)行弱化。設(shè)計(jì)人員可以借助隔震設(shè)計(jì)減輕橋梁結(jié)構(gòu)慣性的影響，并重視阻尼器和配套器材的設(shè)計(jì)與采用，例如，可以借助彈性反應(yīng)譜的方法，對隔震系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，做好系統(tǒng)力學(xué)效應(yīng)的合理控制。

4.3 隔震細(xì)節(jié)處理

隔震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須做好地震相關(guān)的統(tǒng)計(jì)調(diào)查工作，認(rèn)識到橋梁及附屬結(jié)構(gòu)功能效應(yīng)的重要性，有研究表明，在橋梁整體結(jié)構(gòu)動態(tài)變化中，橋梁附屬結(jié)構(gòu)發(fā)揮著非常重要的作用，同時也會對橋梁的隔震效果產(chǎn)生直接影響。而從目前來看，有部分設(shè)計(jì)人員并沒有關(guān)注橋梁內(nèi)部的細(xì)節(jié)處理，影響了隔震系統(tǒng)的使用效果，因此，需要設(shè)計(jì)人員及時更新觀念認(rèn)識，推動工作的細(xì)節(jié)化，促進(jìn)隔震效果的提高。

4.4 隔震問題處理

當(dāng)前，我國在隔震設(shè)計(jì)方面尚未形成統(tǒng)一規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相對欠缺，在細(xì)節(jié)處理方面不夠科學(xué)，隔震系統(tǒng)無法充分發(fā)揮作用。在這種情況下，一些不符合要求的設(shè)備和配件被應(yīng)用到隔震系統(tǒng)中，如黏滯式阻尼器，一旦其存在性能問題，可能會在橋梁結(jié)構(gòu)中埋下安全隱患。對此，在選擇設(shè)備和配件時，需要切實(shí)做好產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督，確保其能夠符合橋梁抗震設(shè)計(jì)的要求。另外。橋梁設(shè)計(jì)與管理部門應(yīng)制定出規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在保證地震作用下隔震支座效果最大化的同時，確保其具備較好的變形效果，橋梁結(jié)構(gòu)的位移幅度合理，也需要對橋梁伸縮縫進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，做好梁體掉落等問題的防范工作。

5 結(jié)語

總而言之，在對橋梁進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的過程中，隔震設(shè)計(jì)的合理應(yīng)用能夠切實(shí)保證橋梁工程的穩(wěn)定性和安全性，應(yīng)得到足夠的重視。從目前來看，雖然我國在橋梁結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)方面尚未達(dá)到國際先進(jìn)水平，無論是系統(tǒng)理論還是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)都有待完善，但是，對橋梁隔震設(shè)計(jì)的研究從未停止，相信隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，能夠持續(xù)推動橋梁隔震設(shè)計(jì)的快速發(fā)展，并將其廣泛應(yīng)用于橋梁工程施工建設(shè)中，促進(jìn)橋梁抗震性能的提高。