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摘要：本文研究了一种具有减震、隔震性能的城市桥梁设计方法。一方面，采用新型型钢混凝土桥梁结构，加强桥梁结构的承载力；另一方面，为桥梁设计阻尼隔震支座，阻尼器本身具有强大的能力消减功能，隔震支座在地震作用下首先进入塑性阶段削弱地震能量，桥身分担的地震作用降低，避免了桥梁结构的严重性损坏。此设计方法从结构材料与结构样式两个层面消减了地震能力，基本实现了桥梁整体协调抗震的设计目标。
关键词：抗震性；桥梁；隔震支座
1 引言
自然灾害是威胁人类生命与财产安全的不可抗力，其中地震灾害带来的后果尤为惨重。桥梁是连接城市交通与运输的关键枢纽，是城市经济发展、文化交流的重要基础设施。为抵抗地震灾害对桥梁造成的破坏，现代桥梁设计将桥梁抗震性能作为首要考虑问题之一。基于地震的不可有效预测性，在设计桥梁之前需要全面掌握地震对桥梁的破坏规律，制定针对性的抗震防护措施。本文基于型钢混凝土新型桥梁结构与阻尼隔震支座相结合的方式制定了桥梁设计方案，从结构方面将地震破坏力降低至最低。
2提高桥梁抗震性的设计方法
2.1新型型钢混凝土桥梁结构
型钢混凝土结构又称“劲性混凝土结构”，综合了钢结构、混凝土结构两种结构体系的优势，型钢混凝土制作原理十分简单，在型钢结构外面包裹一层钢筋混凝土外壳即可。型钢混凝土结构在框架结构、框架剪力墙结构、底层大空间剪力墙结构等结构体系中表现出良好的支撑性能，在高层建筑、桥梁基础设施建设中广泛应用。新型型钢混凝土桥梁结构具有明显的减震效果，相比传统的钢筋混凝土结构而言，型钢混凝土结构的承载能力、抗剪能力、延性均大幅度提升，并且有效节约钢材原料、模板用量少、施工周期短，提高了桥梁抗震性能的同时优化了桥梁施工质量。
2.1.1型钢混凝土结构抗剪计算
抗剪能力是桥梁结构性能评价的重要变量，桥梁设计完成需要对抗剪能力进行精准计算，型钢混凝土结构桥梁抗剪能力计算方法如下：
在地震作用下桥梁极易发生斜压破坏，所以必须确定合理的构件截面尺寸以控制桥梁减压比和桥梁破坏裂缝的宽度。公式（1）描述了桥梁受剪力截面的取值标准[1]：
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（1）
公式中，剪力设计值、混凝土强度影响系数分别用
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、
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表示。
同时桥梁受剪力截面应符合公式（2）的条件，目的是杜绝型钢混凝土结构含钢率过低：
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（2）
公式中，型钢腹板高度为
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；上翼缘屈服强度、型钢腹板厚度分别用
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、
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描述。
2.1.2型钢混凝土结构混凝土配合比修正
在型钢混凝土桥梁结构施工过程中，节点型钢及钢筋密集非常密集状况不仅提高了混凝土振捣难度，同时降低桥梁施工使用混凝土的质量，此为型钢混凝土结构施工常见问题。一般情况下，这种问题有两种解决措施：一是在桥梁设计单位、主办单位同意的前提下，采用自密实混凝土代替振捣不当导致的低质量混凝土；二是对混凝土配合比进行调整与改进，冯希源在实际桥梁建设工程中采用了如表1所示的混凝土配合比，解决了该问题[2]。此种混凝土配合比方法保证混凝土浇筑过程中具有较好的流动性和良好的可泵性、保塑性，杜绝了离析泌水问题；通过试配降低水化热，提高桥梁使用过程中的强度与耐久性，充分优化混凝土在桥梁结构施工中的性能。
表1 调整后的混凝土配合比
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2.2阻尼隔震支座法
隔震支座法是桥梁设计中常用的减震、隔震方式，其设计施工难度低、成本投入少。桥梁设计采用隔震支座提高抗震性的原理如下：在地震作用力来临初期，桥梁隔震支座首先进入塑性阶段，化解一部分地震作用力[3]，所以桥梁结构自身承受的塑性耗能大大降低，不足以撼动桥梁的整体结构，避免桥梁遭到严重损害。
由于隔震支座是通过自身材料特性削减地震作用力，所以支座材料的选取十分关键，目前隔震支座主要有铅芯支座、叠层橡胶支座、高阻尼橡胶支座三种类型，铅芯支座长时间使用容易形成铅污染；叠层橡胶支座成本高，应用范围受限；高阻尼橡胶支座不仅增加了高阻尼，兼具耐用、环保、成本低等优点，隔震支座和阻尼器相结合的方式逐渐得到应用。同时，诸多实践案例表明，阻尼器与隔震支座相结合的方式起到了1+1>2的效果。
2.2.1隔震支座模型分析
在隔震支座非线性特性干扰下，受地震作用力的桥梁即使主体结构处于弹性状态，隔震支座有效发挥其隔震耗能作用的前提是其已经进入非线性阶段，所以对支座模型进行分析十分必要。目前存在BoucWen模型、双线性模型等多种方式表征差异性隔震支座的恢复力。本次基于双线性模型描述桥梁设计中隔震支座的恢复力[4]，具体采用公式（3）、公式（4）求取隔震支座的线性化等效刚度与等效阻尼：
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（3）
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（4）
公式中，
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、
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分别表示支座的线性化等效刚度与等效阻尼；桥梁隔震支座位移上限值为为
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，支座的特征强度与屈服后刚度分别用
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、
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表示；屈服产生的位移为
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。
上述隔震支座模型分析过程涉及的参数中，“支座位移上限值”一般表征了支座与隔震结构的动力特性、地震动性质；而“支座特征强度、屈服
后刚度、屈服产生的位移”仅和支座自身的性质存在关联，与桥梁整体结构性质无关。
2.2.2阻尼隔震支座桥梁结构设计方法
阻尼隔震支座桥梁结构不能盲目进行，并不是在设计最初加入阻尼减震方案，具体的设计流程如图2所示：（1）阻尼隔震支座桥梁结构设计工作初期，需要确定本工程设计的隔震目标，然后设计得到主体结构初稿；（2）再次对隔震结构的隔震目标进行确定；（3）然后，加入阻尼器之后给出桥梁结构设计方案；（4）通过迭代运算得到精准的桥梁结构阻尼参数，保障结构的抗震性与经济性；（5）当抗震验算通过后，此桥梁结构设计方案才能正式被采用，否则要重新确定桥梁隔震目标，完成其余流程[5]。
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图2 阻尼隔震支座桥梁结构设计流程
阻尼隔震支座桥梁结构设计工程中，还要考虑到如下因素：（1）阻尼器消能器施加在柱、梁上的轴力、剪力、弯矩作用力。（2）要保障阻尼器具有一定的平面外刚度，避免阻尼器构件平面外失稳问题。（3）构建结构的消能减震分析模型要严谨，确保抗震减震效果预期发挥。（4）组建专家团队对桥梁隔震设计效果进行全面论证，保障施工安全与施工可行性。
3 结论
型钢混凝土组合结构在我国建筑行业的应用越来越广泛，在楼房建筑、桥梁施工中均取得了良好的效果减震抗震效果，开拓了广阔的施工应用空间。本文设计城市桥梁时考虑了抗震性能的提升，引入型钢混凝土桥梁结构，提高桥梁承载力；使用阻尼与隔震支座相结合的方式削减桥梁自身承担的地震能量，切实优化了桥梁的抗震性能。基于本文方法设计桥梁结构时，还要注重加强材料质量管理问题，做好钢材、混凝土原料的检测与验收工作，避免材料质量问题导致的工程事故和质量安全问题。
参考文献：
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[3]王一鸣，李永鹏，王超. 城市桥梁抗震设计要点分析[J]. 建筑工程技术与设计，2016，000（018）：1768.
[4]胡卢成，李志文，马海涛. 隔震结构分析的等效迭代CCQC反应谱方法[J]. 科学技术与工程，2018，018（035）：207-211.
[5]何召鹏. 高烈度区建筑阻尼器及隔震支座减隔震效果研究与应用[D]. 山东大学，2019.