市政橋梁隔震設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)下市政橋梁設(shè)計(jì)的重點(diǎn)工作。本文分析了橋梁隔震設(shè)計(jì)的基本理論，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了如何進(jìn)行市政橋梁的隔震設(shè)計(jì)，最后，闡述了市政橋梁應(yīng)該采取何種隔震技術(shù)才能夠提高隔震的效果。

一、前言

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加快，市政橋梁的質(zhì)量也得到了更加廣泛的關(guān)注，如何讓市政橋梁具備抗震的效果是當(dāng)下研究的一個(gè)重點(diǎn)課題，只有科學(xué)的隔震設(shè)計(jì)和有效的隔震技術(shù)才能夠提高市政橋梁的隔震效果。

二、橋梁隔震設(shè)計(jì)的理論

1、隔震技術(shù)的原理

隔震是抗震方式發(fā)展的一種新形式和新趨勢(shì)，它的作用是通過減小而并非抵抗地震的作用來起到橋梁的保護(hù)結(jié)構(gòu)不受損、橋梁的抗震能力增強(qiáng)的效果。在通常的橋梁設(shè)計(jì)和施工中，提高橋梁抗震效果的方法通常是通過提高橋梁結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和變形能力。與之相對(duì)比，橋梁的隔震設(shè)計(jì)主要特點(diǎn)在于引入了柔性裝置的設(shè)計(jì)，這樣做就使橋梁的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以與水平地面運(yùn)動(dòng)在一定程度上的關(guān)聯(lián)性減少，使重要構(gòu)件在地震后不會(huì)發(fā)生破壞性的損傷，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度比地面的加速度小，另外，由于采用了阻尼設(shè)計(jì)，這樣阻尼就有效地將地震帶來的能量得到消耗，當(dāng)能量傳遞到橋梁上部以及隔震結(jié)構(gòu)時(shí)作用力已大大減小。

2、橋梁隔震設(shè)計(jì)的基本原則

橋梁隔震設(shè)計(jì)是加強(qiáng)橋梁抗震性能的重要要求，但在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守以下幾個(gè)基本原則，只有認(rèn)真遵守這些原則，才能有效地、切實(shí)地提高橋梁抗震效能，這些原則分別是：應(yīng)對(duì)橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)的考察，考察應(yīng)當(dāng)以其周期增長(zhǎng)后系統(tǒng)能否有效地提高地震時(shí)能量的吸收，且以這個(gè)為判斷的判據(jù)。對(duì)于不適合進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的橋梁地段，不能盲目地進(jìn)行施工。

三、橋梁的隔震設(shè)計(jì)

1、隔震裝置的設(shè)計(jì)

隔震裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的設(shè)計(jì)是隔震橋梁抗震設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方面。隔震裝置的設(shè)計(jì)是隔震設(shè)計(jì)的中心，當(dāng)前，在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中較為普遍采用的方法是彈性反應(yīng)譜法，這種方法被大部分國(guó)家采用，但有不同的規(guī)范，主要有美國(guó)的、日本的和歐洲的規(guī)范，它們之間區(qū)別不大，主要在于計(jì)算公式的不同，這些計(jì)算公式是指隔震裝置等效剛度的計(jì)算和和等效阻尼的計(jì)算，與之相對(duì)比，那些復(fù)雜性強(qiáng)或較為不規(guī)則的橋梁，較為常用的方法是時(shí)程方法。

通過分析我們得知，彈性措施能夠得到有序使用的原因有兩類。第一是由于建設(shè)時(shí)期計(jì)算非常的簡(jiǎn)便。另外是由于其和目前的規(guī)范的運(yùn)算措施很相似，此時(shí)就可以更加的便于接受，除此之外，隔震裝置的等效剛度和等效阻尼的計(jì)算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關(guān)的，繼而隔震裝置的變形又與整個(gè)橋梁的地震響應(yīng)程度有關(guān)系，所以客觀上要求我們對(duì)于采用彈性反應(yīng)譜方法進(jìn)行的隔震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)不斷完善和變化的過程。由于在具體的計(jì)算中，對(duì)于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和達(dá)到?jīng)]有直接的公式可采用，因此這就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的程度有較好的掌握和預(yù)估，地震發(fā)生后，較為熟練的工程師可以依據(jù)其長(zhǎng)期工作的經(jīng)驗(yàn)初步地制定設(shè)計(jì)方案，方案完成后，再用一系列的時(shí)程來分析和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否合理。

2、細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)

橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中同樣發(fā)揮著巨大的作用，這些附屬結(jié)構(gòu)和構(gòu)件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過對(duì)諸多震害調(diào)查的分析和動(dòng)力時(shí)程分析我們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造是影響橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和隔震效果的重要方面。不過現(xiàn)在面對(duì)較多的不利現(xiàn)象是很多的設(shè)計(jì)工作者不關(guān)注細(xì)節(jié)性的設(shè)計(jì)，把它放到一種不關(guān)鍵的地位之中分析，除此之外，其亦是由于在開展響應(yīng)分析的時(shí)候，其運(yùn)算措施較為繁瑣而導(dǎo)致的。在開展細(xì)部的分析的時(shí)候，其要具有非常優(yōu)秀的持續(xù)性特點(diǎn)。

四、橋梁減隔震技術(shù)

1、減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展

減震是人為在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置阻尼器或耗能構(gòu)件,改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,耗散結(jié)構(gòu)吸收的地震能量,從而降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。隔震則是指通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期避開地震卓越周期或減小地震能量輸入,以此降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)的思想產(chǎn)生由來已久,減隔震技術(shù)自誕生以來,受到了廣泛的重視。第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁是新西蘭的Motu橋,建于1973年,上部結(jié)構(gòu)采用滑動(dòng)支承隔震,阻尼由U形鋼彎曲梁提供。該橋建成后,減隔震技術(shù)在橋梁抗震中得到了迅速推廣。美國(guó)第一次將減隔震技術(shù)用于橋梁是在1984年,用于對(duì)Sierra Point Bridge進(jìn)行抗震加固。1990年,美國(guó)新建了第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁Sexton橋。在日本,第一座建成的減隔震橋梁是靜崗縣橫跨Keta河的宮川大橋,完成于1990年,是一座3跨連續(xù)鋼桁架梁橋,采用鉛芯橡膠支座作為減震構(gòu)件。

2、常用減隔震裝置

① 分層橡膠支座。分層橡膠支座,國(guó)內(nèi)常稱為板式橡膠支座。其基本構(gòu)造如圖1所示,由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結(jié)合而成,支座平面形狀多采用圓形或矩形。在抗震設(shè)計(jì)中主要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等因素。橡膠支座的水平剪切剛度,指上、下板面產(chǎn)生單位位移時(shí)所需施加的水平剪力。橡膠支座通過在變形過程中消耗能量提供阻尼,這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。以天然橡膠為主要材料制作的支座,典型的阻尼比為5%~10%。分層橡膠支座的力)位移滯回曲線呈狹長(zhǎng)形,所提供的阻尼較小,因而在減隔震橋梁設(shè)計(jì)中,常與阻尼器一起使用。

② 鉛芯橡膠支座。鉛芯橡膠支座是在板式橡膠支座的基礎(chǔ)上,在支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯以改善支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯具有良好的力學(xué)特性,具有較低的屈服剪力(約10MPa),具有足夠高的初始剪切剛度(約130MPa),具有理想彈塑性性能且對(duì)于塑性循環(huán)具有很好的耐疲勞性能,能夠提供地震下的耗能能力和靜力荷載下所必需的剛度。因此,由鉛芯和分層橡膠支座結(jié)合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個(gè)良好減隔震裝置所應(yīng)具備的要求:在較低水平力作用下,具有較高的初始剛度,變形很?。辉诘卣鹱饔孟?鉛芯屈服,剛度降低,延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)周期,并消耗地震能量。

④ 鋼阻尼器。鋼阻尼器利用鋼材的塑性變形來耗能。如圖2所示為三種典型的鋼阻尼器:a.有橫向加載臂的均勻彎矩彎曲梁阻尼器,加載臂有一傾斜角度；b.錐形懸臂彎曲梁阻尼器；c.有橫向加載臂的扭梁阻尼器。鋼阻尼器的優(yōu)點(diǎn)是制造不需要特殊設(shè)備,費(fèi)用比較合適,堅(jiān)實(shí)耐用,又具有較大的耗能能力。試驗(yàn)研究表明,大多數(shù)鋼阻尼器的滯回曲線可用雙線性來近似模擬。不同類型鋼阻尼器的選擇取決于阻尼器放置的位置、可利用的空間、連接的結(jié)構(gòu)以及力和位移的大小。鋼阻尼器通常和橡膠隔震支座一起使用,如聚四氟乙烯滑板支座與懸臂鋼阻尼器就是一種合理組合。

3、減隔震裝置的選擇

進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)將重點(diǎn)放在提高耗能能力和分散地震力上,不可過分追求加長(zhǎng)周期。而且應(yīng)選用作用機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單的減隔震裝置,并在其力學(xué)性能明確的范圍內(nèi)使用。另外,減隔震裝置不僅要能減震耗能,還應(yīng)滿足正常運(yùn)營(yíng)荷載的承載要求,因此選擇減隔震裝置時(shí),還應(yīng)注意以下一些要求:

① 在不同水準(zhǔn)地震作用下,減隔震支座都應(yīng)保持良好的豎向荷載支承能力；

② 減隔震裝置應(yīng)具有較高的初始水平剛度,使得橋梁在風(fēng)荷載、制動(dòng)力等作用下不發(fā)生過大的變形和有害的振動(dòng)；

③ 當(dāng)溫度、徐變等引起上部結(jié)構(gòu)緩慢的伸縮變形時(shí),減隔震支座產(chǎn)生的抗力應(yīng)比較低；

④ 減隔震裝置應(yīng)具有較好的自復(fù)位能力,使震后橋梁上部結(jié)構(gòu)能夠基本恢復(fù)到原來位置。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，進(jìn)行市政橋梁隔震設(shè)計(jì)之前，首先要明確設(shè)計(jì)的概念和原則，依據(jù)設(shè)計(jì)的原則展開設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程要從整體和細(xì)部?jī)蓚€(gè)方面著手，其次，要使用先進(jìn)的隔震技術(shù)來提高隔震的效果。