桥梁结构设计中减隔震技术的应用

2012-12-28荣梅

中国新技术新产品 2012年11期

荣梅

（黑龙江省公路勘察设计院，黑龙江哈尔滨 150080）

由于地震频发造成了巨大的经济损失，引起了桥梁结构设计人员的高度重视，通过对抗震设计理论、减隔震技术的研究和应用，对于提高桥梁结构抗震的安全性具有重要作用。

1 减隔震原理分析

隔震的最终目的是将桥梁结构与可能破坏桥梁结构的地面运动尽可能的隔离开来。桥梁结构设计人员为了实现这个目标，可以延长桥梁结构的周期，从而避开地震的卓越周期，能够有效的减少地震能量传入到桥梁结构中。但是，如果桥梁结构设计人员延长桥梁的结构周期，就会增加桥梁结构的位移反应，很可能会增加桥梁结构设计的难度。除此之外，如果桥梁结构较为柔软，在正常荷载的作用下，桥梁结构会发生有害的振动。桥梁结构设计人员可以增加桥梁结构的阻尼降低地震反应，有效的控制桥梁结构。

减隔震原理可以通过能量方程来理解。减隔震原理的能量方程是Ein=Eve Ee Ep Ei，在这个方程式中Ein代表地震传入到桥梁结构中的总能量；Eve代表着桥梁结构动能和弹性势能的总和；Ee代表着桥梁结构自身阻尼的消耗能量；Ep代表着桥梁结构弹塑性变形造成的消耗能量；Ei代表着减隔震设备消耗的能量。由此可见，减隔震原理是将减隔震设备先进入塑性阶段，通过设备自身消耗更多的能量，减少桥梁结构耗能和塑性耗能，从而降低桥梁结构的破坏程度。

2 减隔震设备的具体分类

在我国应用的减隔震技术主要分为两类。一类减隔震设备是粘滞阻尼器，主要是有效的应用粘滞阻尼器尽可能消耗更多的地震能量，从而提高桥梁结构局部关键位置的抗震安全性能；另一类减隔震设备是摆式滑动摩擦支座和铅芯橡胶隔震支座。桥梁结构设计人员主要是通过延长桥梁结构周期的同时，有效的应用这两种减隔震设备消耗地震能量，从而提高桥梁结构的抗震安全性能。由此可见，桥梁结构设计人员通过合理的应用减隔震技术对于提高桥梁结构抗震安全性能具有重要作用。

3 减隔震技术的应用

桥梁结构设计人员只有有效的应用这些减隔震技术才能提高桥梁抗震的安全性能。因此，桥梁结构设计人员在桥梁结构设计过程中应该合理的运用减隔震技术，从而保证桥梁结构的抗震性能。

3.1 合理的应用粘滞阻尼器

桥梁结构设计人员在设计桥梁结构过程中应该充分考虑到如何有效的应用粘滞阻尼器提高桥梁结构的抗震安全性能。粘滞阻尼器具有其独特的优势，首先弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置的屈服力或者摩擦力是常值，在桥墩发生最大变形时，屈服力或者摩擦力常值会同时达到。但是，当阻尼器的参数为1时，会使桥墩变形最大化，阻尼力反而是最小值，当阻尼器的参数为零时，粘滞阻尼器的阻尼力会达到最大值，桥墩的变形最小。其次，是在温度发生改变的情况下，弹塑性阻尼装置或者摩擦阻尼装置一定要克服屈服力或者摩擦力才能自由变形；在粘滞阻尼器发展蠕变的情况下，产生的抗震力几乎为零，因此，应用粘滞阻尼力是不会影响桥梁结构的使用功能。

应用粘滞阻尼器在桥梁中，一般都会将粘滞阻尼器设置在塔梁中间，加劲梁和桥边墩中间或者加劲梁和辅助墩中间的位置。例如，在我国重庆峨公岩大桥是首先应用粘滞阻尼器，并且将粘滞阻尼器设置在纵向加劲梁和桥台之间的伸缩逢中。由此可见，合理的应用粘滞阻尼器对于提高桥梁抗震安全性能具有重要作用。

3.2 合理的应用摆式滑动摩擦支座

桥梁结构设计人员在设计桥梁结构过程中应该充分考虑到如何有效的应用摆式滑动摩擦支座提高桥梁结构的抗震安全性能。摆式滑动摩擦支座主要是将滑动摩擦支座和钟摆概念有效的结合起来，从而有效的构成一种减隔震装置，由于摆式滑动摩擦支座的滑动面是个曲面，通过曲面滑动摩擦尽可能的消耗地震能量，为桥梁结构自重提供必要的自复位能量，从而有效的利用钟摆机理延长桥梁结构的振动周期。由于地震位移大小以及球面曲率半径会影响到摆式滑动摩擦支座的平面尺寸，因此摆式滑动摩擦支座的平面尺寸相对较大。例如在我国苏通大桥引桥和上海长江大桥引桥上面都应用了摆式滑动摩擦支座，能够有效的提高桥梁结构的抗震安全性能。

3.3 合理应用铅芯橡胶支座

桥梁结构设计人员在设计桥梁结构过程中应该充分考虑到如何有效的应用铅芯橡胶支座提高桥梁结构的抗震安全性能。铅芯橡胶隔震支座的构成是在分层橡胶支座中加入一些铅芯，构成一种减隔震装置。由于铅芯具有良好的力学性能，能够和分层橡胶支座有效的结合起来，所以，铅芯非常适合作为减隔震材料。除此之外，铅芯橡胶支座的屈服剪应力相对偏低，但是初始剪切刚度相对偏高，弹塑性能较强，并且塑性循环具有较强的耐疲劳性能。正是因为铅芯橡胶支座具备较好的屈服强度和刚度，能够满足隔震系统的需求，因此铅芯橡胶支座是国内外桥梁结构隔震设计过程中广泛应用的隔震装置。例如，我国南疆线上的几座铁路桥就应用了铅芯橡胶支座，对于提高桥梁结构的抗震安全性能具有至关重要的作用。