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桥梁隧道设计中隔震设计的重要性尹航

发表时间：2021/6/28 来源：《基层建设》2021年第6期作者：尹航

[导读] 摘要：桥梁隧道结构相对复杂，其结构的稳定性和可靠性会直接影响桥梁隧道的使用安全，因此，在桥梁隧道工程设计与施工中，要做好隔震设计，确保桥梁隧道结构的强度和延性都能承受一定的地震荷载。

        辽宁省交通规划设计院有限责任公司辽宁沈阳 110166
        摘要：桥梁隧道结构相对复杂，其结构的稳定性和可靠性会直接影响桥梁隧道的使用安全，因此，在桥梁隧道工程设计与施工中，要做好隔震设计，确保桥梁隧道结构的强度和延性都能承受一定的地震荷载。作为地震多发国家，从保证桥梁隧道工程抗震性的角度，需要在其设计施工中运用隔震设计提高桥梁隧道对地震灾害的抵御能力，确保其不会在地震作用下发生严重变形或倒塌问题。
        关键词：隔震设计；桥梁隧道；设计；施工
        1 桥梁隧道与隔震设计
        我国是一个地震灾害多发的国家，在发生强烈地震时，可能会导致桥梁隧道结构破坏，继而引发交通系统瘫痪，给抗震救灾工作带来较大的难度。由此可知，做好桥梁隧道隔震设计非常重要。简单来讲，隔震设计就是通过设置隔震装置的方式，为桥梁隧道结构提供水平方向上的应力支撑。安装阻尼器可以增大隔震结构的阻尼效应，提升桥梁隧道的抗震性能，有效降低地震能对桥梁隧道结构的破坏，保证桥梁隧道整体结构的完整性和稳定性。需要明确，隔震设计能降低地震引发的破坏程度，但是无法将地震的影响消除。在桥梁隧道设计中应用隔震设计，需要满足一定的标准和条件，以完善的隔震系统提升桥梁隧道结构的周期性。隔震设计具备几个比较显著的特征：
        1）在竖直方向，结构的强度和刚度必须能很好地支撑桥梁隧道整体上部架构的重量；2）可以提升桥梁隧道结构的稳定性，确保其在遭遇地震时不会出现严重变形或倒塌；3）通过有效的隔震设计，能够将经过缓冲后的地震冲力再次分散，进一步降低其对桥梁隧道底部支座的影响，实现对桥墩等基础设施的保护；4）将隔震设计应用到桥梁隧道横向结构中，能够对结构的平衡和水平方向的刚度进行改善，提升其抗震性能。
        2 隔震设计的机理和意义
        对桥梁隧道进行隔震设计的核心目的，是将可能引发破坏的震动力隔离，以实现对桥梁隧道结构的保护。为了防止桥梁隧道结构产生较大的变形，可以借助相应的阻尼设施强化结构阻尼，减小位在桥梁隧道工程中，做好隔震设计有非常重要的意义：可以提高桥梁隧道结构的稳定性。隔震设计能有效降低地震作用对桥梁隧道结构的破坏，提高桥梁隧道的整体刚度和柔韧性，实现对桥梁隧道的保护。在隔震设计中，可以通过柔性装置的合理应用，减少桥梁隧道结构能和水平运行的关联，配合阻尼设计，能够赋予桥梁隧道较好的抗震性能。
        3 隔震设计在桥梁隧道设计与施工中的运用
        以某桥梁隧道工程为例，桥梁隧道本身是连接周边2个城市的重要交通枢纽，交通流量巨大，而其本身处于丘陵地带，地层存在断裂带，属于地震多发区域，因此，对于桥梁隧道结构的抗震性能有非常高的要求，需要在桥梁隧道设计中做好隔震设计。
        3.1 掌握应用原则
        为了更合理地在桥梁隧道结构设计环节应用减隔震技术，保证桥梁隧道结构设计的安全性、可靠性、经济性，需要设计人员充分了解减隔震技术相关应用原则：
        （１）在应用期间要坚持抗震原则。因为在桥梁隧道结构设计环节应用减隔震技术，最主要的目标即为减少并预防桥梁隧道结构受到来自地震的不良影响，所以在实际应用当中要确保抗震设计性能优良，满足大震不倒、中震可修、小震不坏的要求，从而促使桥梁隧道在实际应用过程中的安全与稳定。
        （２）要充分遵循优化原则，促使桥梁隧道结构设计效果达到最优。比如在设计环节，为了有效提升桥梁隧道整体性，确保桥梁隧道延性符合相关标准，需要桥梁隧道设计环节合理选用塑性胶等相关装置，以确保桥梁隧道结构在实际应用中的安全和稳定。

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        （３）桥梁隧道结构设计环节应用减隔震技术要综合考量各种施工因素，选择与结构设计要求相符的施工技术，并确保所设计结构力学性能优良，可以达到正常使用标准。在桥梁隧道工程持续发展过程中，对桥梁隧道设计提出了越来越高的要求，并且需要应用到多种专业知识，而其中一个非常关键的部分就是结构力学。这种关键性技术直接影响着减隔震效果，因此在设计期间需要精确计算并优化设计，确保结构受力达到相关要求。
        3.2 开展实地考察
        由于减隔震技术具有一定的应用条件，并非所有桥梁隧道设计方案都适合应用减隔震技术，所以在该桥梁隧道设计环节，有关设计人员需要先到桥梁隧道工程现场进行实地考察和全面分析，掌握施工现场具体的地质条件，如桥梁隧道施工所在地的地基稳定性、土质硬度以及延长结构周期是否会出现共振等问题。在对这些实际情况以及设计影响因素进行全面了解之后，判定减隔震技术适不适合应用到相应桥梁隧道设计当中。设计人员在充分勘查桥梁隧道施工现场之后，要基于减隔震技术原理分析其在结构中的应用实用性。此案例当中的桥梁隧道经过专业人员勘查与分析，判定其结构设计环节适合使用减隔震技术。为此，设计人员要进一步结合勘察数据进行计算，做出详尽分析，以保证此桥梁隧道结构设计当中运用减隔震技术之后可获得预期效果，确保所有应用条件和有关要求达标后，开展桥梁隧道设计工作。
        3.3 优化选择减隔震设备
        （1）粘滞阻尼器。此减隔震设备是一种能耗性设备，主要是通过设备当中所包含的活塞在做出前后运动期间产生的压力差，促使粘滞流体在压力差作用下进入节流孔当中，进而使减震系统产生一定阻尼力和能耗。地震会给桥梁隧道带来巨大地震作用力，在地震发生时桥梁隧道出现的变形速度非常大，而相应阻尼器也会紧跟地震变形出现变化，以此防止桥梁隧道结构受到巨大的地震作用影响而发生严重变形。若桥梁隧道结构设计环节选用粘滞阻尼器这一结构形式，设计者需要在桥梁隧道边墩中间部位布置相关设备，最好安装在桥梁隧道中间部位，或者在加劲梁和辅助墩中间安装此设备。在设备应用期间，设计人员要对各种技术参数进行科学计算与合理设计，确保整体结构性能符合使用标准。
        （２）摆式滑动摩擦支座。在该设备应用中，为了保证桥梁隧道结构具有突出的抗震性能，需要设计人员基于工程实际情况，优选摆式滑动摩擦支座结构。在具体应用中，滑动支座和钟摆保持紧密结合，组合构建出的隔震装置具有非常突出的抗震效果。此减隔震设备主要涵盖有两个曲面结构，桥梁隧道结构受到地震作用之后，可基于该结构的产生的摩擦作用来对地震所造成的一系列不利影响加以预防，减少桥梁隧道结构受到的地震破坏力。
        （３）铅芯橡胶支座。在桥梁隧道结构设计中应用此隔震结构，可以使桥梁隧道结构显著提升抗震性能，即便有地震发生，也会比较有效地降低危害程度。铅芯橡胶支座主要是在橡胶支座当中插入若干数量的铅芯结构，并根据设计方案实现分层插入，以组合获得完整的系统性抗震结构。由于铅芯具有非常突出的力学性能，可使橡胶支座也具备优良的抗震效果。同时，铅芯橡胶支座所具备的屈服应力比较小，而其初始剪切应力会比较大，整个结构耐久性突出，弹塑性良好，还具备循环利用特点。
        结语：
        总而言之，在对桥梁隧道进行设计施工的过程中，隔震设计的合理应用能够切实保证桥梁隧道工程的稳定性和安全性，应得到足够的重视。从目前来看，虽然我国在桥梁隧道结构隔震设计方面尚未达到国际先进水平，无论是系统理论还是相关标准都有待完善，但是，对桥梁隧道隔震设计的研究从未停止，相信随着我国科学技术的不断发展，能够持续推动桥梁隧道隔震设计的快速发展，并将其广泛应用于桥梁隧道工程施工建设中，促进桥梁隧道抗震性能的提高。
        参考文献：
        [1]纪丹琳，乐玥.桥梁隧道设计中的隔震设计要点分析[J].交通世界，2020（33）：66-67.
        [2]冯杰，田彦.山区公路桥梁隧道抗震设计与抗震加固措施研究[J].交通世界，2020（31）：97-98.
        [3]左维，汪竹英.减隔震技术在桥梁隧道结构设计中的应用[J].交通世界，2020（31）：114-115