市政桥梁隔震设计

【摘 要】桥梁是交通设施中不可缺少的重要部分.如果桥梁的质量存在问题,就会影响到人们的生命财产安全,因此桥梁的设计一定要保证其合理性,特别是隔震的设计,直接关系着桥梁的使用寿命.本文对桥梁设计中隔震设计进行了详细的分析.

【关 键 词】桥梁,隔震设计,重要性

一、前言

随着我国国民经济水平的不断提高,公路交通行业也得到了迅猛发展,桥梁作为交通运输事业的重要组成部分,每天都会有较高的车流量和人流量,因此市政桥梁工程的抗震性能必须要强,才能避免不必要安全事故的发生.

二、桥梁设计中隔震设计的重要意义

1.桥梁隔震设计的主要作用

桥梁的隔震设计通常是指桥梁在建设时所安装的隔震器械的设计,其主要作用是保证桥梁能够得到足够的水平方向的支撑,并且还要满足桥梁在使用过程中的阻尼效应.在采用了隔震设计后,桥梁的整体结构就会更加稳固,即便是产生地震也会最大限度的降低对桥梁的破坏.我国针对桥梁的隔震设计也在不断的研究和探索,同时在某些领域上已经取得了很大的成绩,然而相对于西方的发达国家我国在很多方面都存在着一定的差距,因此还需要借鉴其他发达国家的先进技术和经验,为我国桥梁整体质量的提高打下良好的基础.

2.采用隔震设计的优势

在桥梁加入了隔震设计后,一旦桥梁在经受较大外力时也可以将受力均匀的分布在桥梁的各个结构中,使桥梁的整体结构受压,以保证桥面不会出现坍塌等现象.此外,如果隔震设计质量好,横向的刚度也能够有效的得到调节,即便在地震的情况下也能够解决桥梁结构的平衡问题,达到有效的降低地震力的作用.隔震设计不同于抗震设计,通过研究发现,隔震设计对于减小地震对桥梁的破坏效果要更为明显,并且能够在整体成本不变的前提下更好的保证桥梁的质量.其受外界因素的影响相对较小,并且即便是在经历了较大的地震灾害后,桥梁的修复也相对容易,因此从这几方面内容来看,桥梁的隔震设计对桥梁质量的提高也有着明显的作用.

三、市政桥梁隔震设计需遵循的原则

为提高桥梁结构的自身抗震性能,需要做好相关的隔震设计工作,并在设计中遵循以下原则.

1.在隔震设计之初,需要根据实地地质情况,进行夯实地基以备隔震技术的完全应用.

2.在桥梁的防震设计中,一定要考虑到桥梁的疲劳损伤,根据桥梁的疲劳损伤进行防震设计,必须要做到二者的适应.在桥梁使用早期,如果对损伤不加以控制,就会带来严重的后果,因此,桥梁设计的工作人员要提高对桥梁旱期疲劳损伤的研究,尽量将更严重的损失扼杀在摇篮里.

3.对于桥址区,要进行实地考察,确保桥梁使用时间的增加不会对于隔震能力造成影响,根据实地考察得出是否适宜使用隔震技术,盲目施工会造成整个桥梁自身的防御性不强,影响抗震技术的投资.

四、常用减隔震装置

1.铅芯橡胶支座.铅芯橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上,在支座的中部或中心周围部位竖直地压入高纯度铅芯以改善支座阻尼性能的一种减震支座.铅芯具有良好的力学特性,具有较低的屈服剪力（约10MPa）,具有足够高的初始剪切刚度（约130MPa）,具有理想弹塑性性能且对于塑性循环具有很好的耐疲劳性能,能够提供地震下的耗能能力和静力荷载下所必需的刚度.

2.高阻尼器.高阻尼橡胶隔震支座是最经济最有效的隔震支座之一,采用具有高阻尼的橡胶材料和钢板叠合而成,高阻尼作为新型支座的替代品,己被广泛采用.高阻尼橡胶隔震支座能同时延长结构自振周期和耗散能量.它由橡胶层和钢板经硫化处理后结合组成,并在某些方面与标准的弹性支座类似.竖向荷载下,支座产生有限变形；水平荷载下,支座产生较大变形.能够被称为高阻尼橡胶隔震支座的产品,至少应满足lO%的等效粘性阻尼,这是高阻尼橡胶隔震支座与标准弹性支座的不同之处.等效粘性阻尼比ζ由下面的公式得出：ζ等于A/2πkd

式中A一滞回圈面积,mm；

k-高阻尼橡胶隔震支座刚度,kN/mm；

d一设计水平位移,mm

3.摩擦摆隔震支座

摩擦摆隔震支座是由Zayas等人在美国加州大学伯克利分校最早研发的一种有效的隔震支座.在桥梁减隔震中得到了广泛的应用.摩擦摆式减隔震支座,包括上座板、下座板、双球面转动块和限位块,双球面转动块设置在上、下座板之间,在横桥向方向上座板左右端部下表面分别固定有限位块,且限位块的一端与双球面转动块侧面接触,所述双球面转动块的上、下表面均为球面,上座板的下表面及下座板的上表面为与其相配合的凹陷球面.该种支座理利用简单的钟摆机理延长了桥梁的自振周期,从而降低加速度响应,并通过桥梁上部结构自重提供所需的自复位能力,帮助桥梁上部结构回到原来的位置.

4.表1-1隔震支座对比

支座名称铅芯橡胶支座高阻尼摩擦摆

材料天然橡胶、铅芯、钢材高阻尼橡胶、钢材金属及摩擦材料

性能支座良好的水平变形和竖

向承载能力,铅芯拥有良

好的吸收地震能量的能力支座具有良好的水平变形竖向承载能力,高阻尼橡胶具有吸收地震能量的能力支座具有良好水平变形能力竖向承载,通过运动产生摩擦力耗能

滞回特性天然橡胶支座+铅芯滞回高阻尼材料非线性特性单摆原理+摩擦滞回

滞回曲线

五、桥梁的隔震设计

1.概念设计

概念设计是设计之魂,桥梁是否结构合理、经济美观,早在详细设计之前的概念设计阶段就已确定.对于隔震设计,在概念设计阶段一方面是在掌握各类桥梁结构的动力响应特性和现有隔震技术特点的基础上根据具体的工程地质、地震动特性以及正常使用条件等实际情况,借鉴结构抗震经验提出适合于该场地的有效、经济、合理的抗震结构形式.另一方面,对确定的结构形式在不同水准地震作用下预期的振动响应以及结构进入非线性后的受力行为进行考虑,做到概念上定性的认识和理解.最后判别其是否适合使用隔震技术,选用何种隔震装置及如何布置隔震装置比较合理等.

2.数值分析

对于简单规则的桥梁,一般采用弹性反应谱法.而对于构造复杂或不规则的桥梁,则需采用时程分析法.弹性反应谱方法,计算简单,和现有规范计算方法接近,易于接受.但由于隔震装置的等效刚度和等效阻尼和隔震装置最大变形相关,而隔震装置的变形又与整个结构的地震响应相关.所以应用该方法的隔震设计是一个迭代的过程.在时程分析法中,由于没有直接的公式和规则来达到目标.一般的情况是设计者首先建立一个他认为地震反应可以被接受的结构模型,利用计算分析后的结果修正其初始模型,再进行下一个阶段的分析,直到得到一个合理的设计.计算分析中应采用合适的非线性连接单元模型中阻尼器、隔震器的属性.

六、结束语

桥梁是作为一项基础市政工程,需要有较强抗震能力.面对当今地质灾害因素的增加,如何坦然面对地震对桥梁带来 0340;损伤,就必须做好桥梁的隔震设计工作,提升桥梁的抗震能力.应多借鉴其他发达国家的先进设计经验来提高我国桥梁工程的整体抗震性能,使公路交通行业得到更好的发展.