减隔震技术在桥梁结构设计中的应用研究

徐玉杰

（安徽省综合交通研究院股份有限公司，安徽 合肥 230000）

地震的危害是不可估量的。地震灾害发生时，若桥梁工程抗震性能不佳，在地震灾害中出现坍塌现象，会给人们的生命与财产带来严重伤害。因此，加强对桥梁结构设计的抗震减震效力越来越重要。不断优化桥梁结构减隔震设计，分析减隔震技术在桥梁结构设计中的应用具有重要的现实意义。

1 桥梁减隔震设计原理

在桥梁结构设计过程中，减隔震技术的应用主要在于减震、隔震两个方面。前者主要是利用阻尼、耗能等装置的合理设计，来优化桥梁本身结构的动力学，确保地震发生时，桥梁可以利用自身的结构来对地震所产生的冲击力进行吸收缓冲。而后者则是利用特殊的结构设计，利用震动周期结构缓冲震动输入的能量，降低地震所产生的作用力，最终达到保护桥梁结构稳定性的目的。

2 减隔震技术的适用条件

1） 地震的波频，具有高、中、低的区分，如果桥梁结构处于地震发生的高频阶段，同时能力比较集中，就可以对减隔震技术的使用，以及对桥梁的结构进行有效的防范；2）对于桥梁结构生命周期比较短，桥梁结构设计比较规范，没有桥梁墩太高太低的情况出现，就可以对减隔震技术进行应用；3） 对于提前计划好的施工地点，需要对地面板块的运动特点进行观察，对于损害因素，确保将其降到最低，从而实施对减隔震技术的应用。

3 桥梁结构设计中减隔震技术的应用

3.1 粘滞阻尼器的设计

传统的阻尼装置有两种形式，一种是摩擦阻尼装置，另一种是弹性阻尼装置。两者都有很大的使用优势。一般情况在底部使用，当桥桩最大变形时，这两个缓冲器的阻尼力最小，反之，当阻尼器的值为零时，阻尼力最大，这座桥的变形最小。如果环境温度发生变化，阻尼装置如果要变形的话，需要突破一定的阻力极限，故不易变形。桥梁结构变形时，它会承受变形过程中产生的应力，然后承受压力，从而提高桥梁结构的稳定性。粘滞阻尼在桥梁结构设计中的应用有效地防止上述情况的发生，可以产生减震隔震性能。

3.2 摩擦摆式支座的设计

该设备的绝缘原理的特点：滑动摩擦支承滑动表面的结构是滑动表面上的曲面，这时振荡结构通过滑动摩擦降低地震能量，并将其转化为独立的桥梁结构零点能量，也就是时间差值的原理，增加了桥梁的振动时间。在地震中，摩擦支承的平面尺寸由支承的曲率改变，因此，一般来说，滑动摩擦轴承这个座位的平面相对变化量较大。考虑到上述特性，滑动摩擦支座被放置在一个合理的位置以达到隔震的目的。

3.3 双曲面球型减隔震支座设计

双曲面球型减隔震支座是在成熟的球型支座基础上，借鉴了摩擦摆支座的工作原理而开发的一种新型减隔震支座。其主要技术特点是它采用了大半径的球面摩擦，并设置抗剪装置，双球面的球体设计使其在竖向荷载作用下曲面压应力均匀，在地震不发生的情况下，其功能与普通球型支座一致，可满足桥梁的正常运行。但当地震发生后，其抗剪装置被剪断，支座可以在任何方向滑动，梁体沿球面升高后通过梁体自重实现自复位，利用钟摆机理延长了桥梁的自振周期，从而降低加速度反应，起到减隔震作用。

3.4 铅芯橡胶支座的设计

铅芯橡胶支座设计技术，广泛应用于桥梁结构的设计，人员需要在设计桥梁结构时，适当考虑到铅芯橡胶支座的结构特性在甲板结构中应力变化情况。该结构主要由层压橡胶制成，用于地震减震。为了提高桥梁整体结构的抗震性能，在胶粘剂支架上加入了铅芯材料。铅芯材料的力学性能优于其他材料，与层压橡胶一起使用时，橡胶支架的组合可以有效地提高了桥梁结构的抗震性。一般来说，该装置不受高剪切应力的影响，原始剪切刚度较大，具有高强度的抗疲劳性能和弹性，可以使桥梁长期保持稳定。

3.5 梁间连接器的设计

使用这种装置可以提高桥梁的稳定，桥梁移位，通常是一个外部力的因素。桥间连接器的设计是为了减少地震传播。该装置提供了一种普遍的阻止震动的传播的功能，以下是功能介绍：桥梁和桥梁结构的安装使用，使保留槽充分发挥作用，通过减少桥梁结构在桥梁上的位移，提高了桥梁结构的稳定性。梁间连接器安装在桥的两侧，连接两个法轮，可以有效地防止梁的倒塌，并将倒塌的可能性降低30%。

4 桥梁减隔震设计注意事项

4.1 延性设计

所谓延性设计，就是在桥梁结构设计过程中，通过对桥梁结构的细节进行优化设计，在合适的位置设置最佳的塑性铰，来达到结构抗震的目的。通过延性设计，有助于提高整个桥梁结构的整体性，需要格外注意的是，延性设计过程中要格外注意桥梁本身的最大基底剪力差距，以避免对桥梁造成结构性的损害。

4.2 结构控制设计

对于桥梁结构设计而言，常见的控制技术有混合控制、主动控制和被动控制三种。而在减隔震设计过程中，通常会利用被动控制的技术，来优化桥梁的结构，以达到提高桥梁抗震性能的目的。

5 结语

综上所述，在实际桥梁结构设计中，应根据桥梁结构的实际情况，合理利用好摆式滑动摩擦支座、粘滞阻尼器、铅芯橡胶支座、高阻尼隔震支座等装置，能有效达到抗震减震的效果。