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(guò)減小而并非抵抗地震的作用來(lái)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(guò)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(lái)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(guò)分析我們得知，彈性措施能夠得到有序使用的原因有兩類(lèi)。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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期避開(kāi)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(lái)已久,減隔震技術(shù)自誕生以來(lái),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(guò)在變形過(guò)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?chē)课回Q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,變形很小；在地震作用下,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(lái)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(lái)近似模擬。不同類(lèi)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(guò)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(guò)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(lái)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(kāi)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)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(lái)提高隔震的效果。