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桥梁设计中的隔震设计要点分析唐鼎

发表时间：2021/5/10 来源：《基层建设》2021年第1期作者：唐鼎

[导读] 摘要：桥梁受到地震作用后可能发生倒塌，为避免桥梁震害，防止造成较大的经济损失和人员伤亡，必须重视和做好桥梁的隔震设计。

        中国铁路设计集团有限公司天津 300308
        摘要：桥梁受到地震作用后可能发生倒塌，为避免桥梁震害，防止造成较大的经济损失和人员伤亡，必须重视和做好桥梁的隔震设计。隔震设计是很多桥梁工程设计的重要内容之一，需在掌握桥梁工程实际情况的基础上，结合桥梁的使用要求，制定行之有效的隔震措施。本文就桥梁设计中的隔震设计要点进行了分析。
        关键词：桥梁设计；隔震设计；要点
        引言
        在设计桥梁时，必须充分考虑其承载力、强度、刚度、抗震性能和绝缘设计。隔震设计不仅能有效地改善桥梁的扭转平衡，而且能解决桥梁设计过大所引起的各种问题。增强隔震设计只需要在设计阶段稍微调整桥梁的施工计划即可，并且，在施工过程中安装一定的隔震装置不会增加工程成本或影响工期，不仅可以显著改善桥梁的承载能力、抗应变能力和抗震性能，提高桥梁应用质量，而且后续还能减少维护难度并延长桥梁的使用寿命，从而有利于维护桥梁的发展。
        1 桥梁隔震设计的重要性
        减隔震技术是桥梁隔震和减震抗震设计方法的统称，主要通过结构基础位置的调整达到阻隔地震波传播、隔离地震能量的目的，具体包括减震设计和隔震设计。减震设计是通过在桥梁结构某些特殊位置人为设置阻尼及耗能构件，使其吸收地震波能量而削弱地震对桥梁结构不利影响的相关设计。隔震设计则属于特殊的结构类型，与减震设计不同的是，其具有震动周期的特殊结构，地震发生后能引导和促使结构地震能量的输出，起到缓冲地震能量、保护桥梁结构的作用。
        桥梁无论在结构复杂性上还是在整个生命线工程中，均为重要的工程结构类型。基于此，桥梁抗震及其设计得到了很多专家学者的高度重视。抗震设计主要是从结构强度与延性两个方面考虑，确保桥梁整体抗震能力可以承受设计确定的地震荷载。为实现这一目标，要投入大量材料，增加工程造价，而且还很难达到预期抗震效果。近年来，很多国家都进行了桥梁减隔震方面的研究，在隔震技术中引入了相关科研成果。我国是一个地震灾害多发的国家，一旦发生强震，将会引起桥梁震害。桥梁使用功能如果失效，将对整个交通系统造成严重破坏，除了造成重大的经济损失外，还会给之后的抗震救灾带来较大困难，对桥梁进行隔震设计是解决此类问题的关键途径。
        2桥梁隔震设计原则
        （1）对于特定桥梁而言，其是否适合隔震，需要以固定周期增长以后，整个系统是否可以增加地震过程中吸收的能力为依据进行判断。与此同时，设置隔震装置以后，应确保桥梁上部结构和下部结构之间不会出现耦联振动效应。（2）在实际的桥梁工程设计过程中若使用隔震装置，则桥梁上部结构在产生地震的过程中出现的位移不能影响桥梁正常使用。（3）桥梁采用隔震措施后，其抗震性能应达到设计要求的性能以上。（4）桥梁采用隔震措施，基础周围地基必须具备良好的场地条件，如果桥梁处在软基地段，则一般不建议设置隔震装置[2]。（5）应优先考虑结构简单且隔震性能满足要求的隔震装置，同时要在其力学性能要求的范围之内。
        3桥梁设计中的隔震设计要点
        3.1做好实地考察
        减隔震技术的应用并非在全部条件下的桥梁设计方案中都适用，因此，桥梁设计人员在确定设计方案时必须深入现场进行全面分析与考察，对现场地质条件进行充分了解，如桥梁施工地点的土质硬度、地基稳定性、桥梁结构周期延长过程中是否会出现共振等各种问题。在深入了解这些问题和实际情况以后，需要确定隔震技术是否可以在桥梁设计中应用取得良好的效果。此外，在全面勘察桥梁施工现场后，需要对这项技术的实用性进行综合分析。有将减隔震技术应用到桥梁结构设计中，并进行科学的计算与分析，才能确定这项技术在桥梁结构设计中应用所产生的预期效果；只有全部应用条件相符，才能积极地开展桥梁结构设计工作，确保桥梁结构抗震性能达标且更加安全、稳定地运行。

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        3.2减隔震支座在桥梁设计中的应用
        隔震装置的设计可以从隔震支座的布置、各隔震装置的直径、水平位移、阻尼等方面进行。可选用橡胶支座来设计隔震支座的布置。在布置时，隔震支座之间的距离应在2m 左右，并尽量保持一致。同时，还应减小桥梁的扭转。上部结构中心和隔震支座刚度重心可以协调，使二者尽可能保持一致状态，有效降低桥梁的扭转力。隔震支座的直径应控制在一个统一的范围内，因为隔震支座的直径受桥梁的允许值和桥梁类型的影响，所以直径的大小是根据桥梁的实际情况来选择的。为了准确测量隔震支座的水平位移距离，可以先计算桥梁隔震设计中支座力的标准刚度差值。结合计算结果，可以计算出水平位移的距离，水平位移值应始终保持在允许范围内。
        3.3墩台结构的抗震加固措施
        通常情况下，桥梁桥墩的设置都比较高，因而面临很大的危险性。提高结构延性在桥墩抗震设计中是一种比较常见的加固措施，在山区开展高桥墩设计工作时需要充分借助钢混结构并采用空心截面，或者将系梁设置在横向墩柱之间，如此一来能够促进结构之间连接性的不断增加，又或者可以结合受力情况适当地增大柱的直径。另外，为促进结构延性、抗剪性能的进一步提高，可以将加密箍筋增设到桩柱的连接位置和墩柱的端部位置，这对于其抗震能力的提高至关重要。而桥台不仅可以采用与桥墩相同的措施，而且为了缓冲地震作用下所造成的结构变形，还可以将弹性垫块增设到梁与挡块连接处及梁与桥台连接处，为提高其抗剪能力，可以通过增设桩柱的方式，这对于有效规避抗震所造成的风险和促进结构安全性能的提高至关重要。
        4桥梁隔震设计注意事项
        在桥梁的初始抗震设计中，大多数抗震设计都采用了抗震措施，以达到保持桥梁结构抗震性能的效果。在设计和施工中主要采取一些措施来提高桥梁的整体强度，以确保地震时桥梁的稳定性。在桥梁设计过程中，设计师不可以盲目进行隔震设计、建造隔震装置，避免地震期间装置之间相互干预造成更大的破坏，合理进行隔震设计，才能更好地保护桥梁的安全。隔震设计的主要目的是显著提高桥梁的抗震性能，在设计中要注意：首先，应在桥梁设计的初期就注意隔震设计，在设计中要注意隔震装置的安装方法和预算，并以最小的成本达到最佳的隔震效果。其次，在隔震设计之前，应仔细分析桥梁附近的地质环境，做好桥梁施工现场的基础调查，并根据数据报告综合考虑，依据桥梁施工所在地的实际地质条件来提高隔震性能设计的质量。另外，在选择隔震装置时，需要尽可能选择隔震性能良好的装置，提高桥梁在地震中的抗震效果，减少地震对桥梁的伤害和影响。桥梁的辅助结构由防坠梁装置、伸缩缝和限位装置组成，通过大量的地震调查和动态过程分析可看出，这些结构在桥梁的隔震设计中起着非常重要的作用。这些结构是桥梁结构动力响应和隔振效果的主要组成部分，但是由于计算辅助结构的方法过于复杂导致许多设计人员忘记或忽略了这些结构。因此设计人员需要注意并加强结构的设计，以便提高桥梁的抗震性能。
        结束语
        综上所述，对桥梁工程而言，做好隔震设计的重要性不言而喻，已经得到世界范围内的广泛认可与共识。当前工作的重点不是一再证明桥梁隔震重要性，而是通过不断实践掌握合理可行的隔震方法，保证隔震设计的合理性和可行性。
        参考文献：
        [1]金城.隔震设计在桥梁工程中的重要性及应用[J].交通世界,2019(36):116-117.
        [2]姜金斌,王军泽.减隔震技术在桥梁结构设计中的应用[J].四川建材,2019,45(12):179+184.
        [3]范小军,张萍.桥梁隧道设计中隔震设计的重要性[J].交通世界,2019(32):119-120.
        [4]郭建民.桥梁结构设计中减隔震技术的应用[J].居业,2019(11):111-112.
        [5]陈健.减隔震技术在桥梁结构设计中的应用[J].建材与装饰,2019(31):283-284.