成都市市政工程设计研究院 四川省成都市 610023
摘要：市政桥梁工程是道路工程的核心组成部分，也是交通运输网中抢险救灾的重要节点，对其抗震性能有着极高的要求。因此，在市政桥梁设计过程中，设计师应展开合理有效的减隔震设计，以减少地震对结构造成破坏、经济损失及可能产生的人员伤亡。而市政桥梁工程减隔震设计应考量抗震分析、抗震验算及抗震构造细节设计等多种因素，因此就需要对其中的多个要点进行分析与探讨。在对其进行探讨的过程中不断进行理论结合实践，以得到合适的抗震理论。
关键词：市政桥梁；减隔震设计；措施
1市政桥梁设计过程中减隔震设计的必要性
在市政桥梁设计中进行减隔震设计能充分提高市政桥梁的减震效果，使地震发生时能将地震破坏降到最低。近年来，欧美等许多发达国家对减隔震设计展开了研究和实验，并获得了一定的成果。但中国在这方面还与其他国家存在一定的差距，目前的设计方法主要还是汲取国外的研究经验。而市政桥梁减隔震设计的目的是通过市政桥梁隔震设计可以减轻地震所带来的破坏，保障人民生命财产安全，避免人员伤亡，以及减少经济损失。在进行减隔震设计之后，桥梁结构的大部分耗能、变形集中于这些减隔震装置，而地震之后可以对隔震装置进行替换，使得这些减隔震装置在结构抗震中充分发挥其作用。因此，与一般抗震设计相比，减隔震设计的抗震效果能显著提高，且在不大幅提高造价的前提下，又充分保证了市政桥梁工程整体的安全可靠性。
2市政桥梁工程减隔震技术的设计原理
在现代市政桥梁工程中，减隔震设计技术的原理主要是采用科学合理的减隔震装置，并对桥梁结构进行减隔震桥梁地震反应分析及抗震验算，从而对市政桥梁结构进行有效的隔震。使地震发生时，能在一定程度上减少内部结构相互碰撞和损伤的问题。而构建这一设计要求的主要方法是通过科学计算和研究，调整市政桥梁结构周期，使其周期与地震周期避免发生共振的基础上达到其抗震能力的目的。而另一方面，有关设计人员在展开市政桥梁工程抗震设计时，应遵从下列设计原则：首先，设计人员应根据场地地质条件、地震周期和市政桥梁等级，科学合理的设置市政桥梁的隔震等级和隔震装置。第二，设计人员需建立模型对隔震装置与市政桥梁主体结构进行模拟分析，选择合理的计算理论模型，以期精确计算结构实际受力状态，保证工程的安全性。
3减隔震设计在市政桥梁工程中的应用
3.1在减隔震装置中的应用
目前的市政桥梁工程中应用减隔震设计，主要是采用线弹性反映谱分析法进行减隔震装置的设计，以动态反映出市政桥梁整体结构受到地震的影响程度。比如将阻尼器加入到隔震装置的设计中，利用阻尼器良好的阻尼效果来降低地震的破坏作用，减少市政桥梁工程所受到的危害程度。同时考虑目前大多数减隔震装置的非线性特性，在减隔震装置的设计过程中，还要全面计算等效阻尼和减隔震装置的等效刚度。通过线弹性反映谱分析法对市政桥梁工程减隔震分析，能够帮助设计人员在初步设计阶段，快速把握结构的动力特性和地震响应。
3.2在细部结构设计中的应用
细部结构是指市政桥梁的附属结构，通常包括防落梁装置、伸缩缝和限位装置等。经过相关研究发现，桥细部结构会直接影响市政桥梁整体的抗震性能，同时也会影响市政桥梁的使用安全。因此，相关施工单位也需全面了解市政桥梁结构的隔震效果和动力响应情况。如在不妨碍减隔震、耗能装置以及桥梁正常使用功能的前提下，可增加主梁与主梁、主梁与墩之间适当的连接或者缓冲措施，以防止落梁。故必须做好市政桥梁隔震中的细部结构设计工作，以保证市政桥梁结构之间良好的连续性，有效提升市政桥梁整体结构的抗震性能。
3.3合理应用摆式滑动摩擦支座
在设计市政桥梁结构的过程中，设计人员应充分考虑如何应用摆式滑动摩擦支座提高市政桥梁结构的抗震安全性能。摆式滑动摩擦支座主要是结合滑动摩擦支座和钟摆概念，形成的一种减隔震装置。摆式滑动摩擦支座的滑动面是曲面，通过曲面滑动摩擦尽可能地消耗地震能量，为市政桥梁结构自重提供必要的自复位能量，延长市政桥梁结构的振动周期。
3.4合理应用铅芯橡胶支座
铅芯橡胶隔震支座是在分层橡胶支座中加入一些铅芯，从而形成一种减隔震装置。因为铅芯具有良好的力学性能，可以有效结合分层橡胶支座，所以铅芯也成为较为适合的减震材料。铅芯橡胶支座的屈服剪应力相对偏低，但是初始剪刚度相对偏高，具有较强的弹塑性，其塑性循环还具有较强的耐疲劳性能。所以铅芯橡胶支座是市政桥梁结构隔震设计中应用较为广泛的隔震装置。
4案例分析
某公路工程总长50km，共有38座市政桥梁和4处互通立交，公路所在区域为地震活动带，地震烈度可以达到9°。本次以其中某座桥为例实施专项研究，该桥为简支结构，采用2×40m+3×40m+3×40m的跨径组合，墩身高度最大可达45.3m。以上三种减隔震技术和普通支座的结构自振周期模拟结果如表1所示。
表1不同减隔震技术的结构自振周期模拟结果
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根据表1数据可知，摩擦摆支座对应的结构自身周期比其它三种都要高。对三种减隔震技术的低阶结构自振周期进行对比，发现伴随结构连接刚度不断减小，自振周期开始增加。另外，对塑性钢挡块和普通支座进行对比，发现两者的自振周期比较接近，如果不考虑因结构位移增大使支座破坏，采用普通支座则能发挥一定减隔震效果，此时增设钢挡块，能在增加连接刚度的基础上，减小整体幅度，使结构自振周期始终处于允许的范围之内。
除了要注重不同减隔震技术的效果，还应注意结构位移，防止落梁等现象的发生。根据模型可知，高阻尼支座和摩擦摆支座都能在完成地震输入以后，使变形回到初始状态，但塑性钢挡块和普通支座的实际复位情况相对较差。根据变形时程曲线，高阻尼支座和摩擦摆支座受地震作用后，响应比较平缓，并在地震的输入完成以后，可以很快的完成自由振动。然而，高阻尼支座和摩擦摆支座与塑性钢挡块相比，在横桥向上的支座实际位移显著增加，与此同时，摩擦摆支座的纵向变形明显比其它支座大。对普通支座和塑性钢挡块进行对比，发现两者在顺桥向发生的变形基本保持一致，但通过对挡块的使用，它的横向变形比普通支座和另外两种支座都小。
市政桥梁结构抗震设计过程中，从整体结构角度讲，不仅要考虑结构自身变形能力，而且还要对结构内力发生的变化予以充分考虑。经过对比，顺桥向不同减隔震技术受地震作用后，受力没有太大差别。但在横桥向上，高阻尼支座与摩擦摆支座比塑性钢挡块和普通支座好。通过对塑性钢挡块和普通支座的对比，设置钢挡块以后，结构横向弯矩开始小幅增加。
结束语：总之，减隔震设计是确保市政桥梁工程在满足正常使用功能要求的前提下，达到延长结构周期、消耗地震能量，降低结构地震响应的一个重要设计要素。在开展市政桥梁项目减隔震设计期间，应恰当地选择和运用基于“性能”抗震设计的方法，设计合理可靠的减隔震装置，并加强结构细节设计，力求最大程度提高减隔震设计质量。
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