桥梁结构设计中减隔震技术的运用分析与研究

桥梁结构设计中减隔震技术的运用分析与研究

摘要：文章主要对桥梁结构设计中的减震技术进行了简单的分析，探究了运用

的措施与技术手段。

关键词：桥梁结构设计；减震技术；运用与分析；

抗震技术是桥梁结构设计中的核心要素，同时也是安全保障的第一要素。地

震的发生是不可避免的自然因素，桥梁结构因此也不可避免地受到一定的损坏。

因此，不同地段应根据气候条件、车辆的通过情况等因素加以评估减隔震装置的

选择以及位置的摆放，尽可能实现控制路桥结构内力的分布和大小的目标。

1.桥梁结构的震害及原因分析

1.1桥梁结构的震害分析

桥梁工程是交通运输中的枢纽工程，如果桥梁结构在地震中受到破坏，就可

能对交通运输造成严重影响，并造成严重的损失。因此，保证桥梁结构的可靠性

十分重要。为了提高桥梁结构的可靠性需要提高桥梁结构的抗震性能。目前桥梁

结构抗震设计的方法较多，而每种方法所取得的抗震效果差不多，但是对桥梁自

身结构的损坏程度存在差异，这应结合具体需求进行结构的设计。通过相关资料

的分析可以发现，桥梁结构受到破坏的最主要原因是地震。在地震条件下，桥梁

结构的各个部位均容易受到破坏，主要包括了桥梁上部结构的自身震害、位移震害、碰撞震害、支座震害以及基础结构的震害。不同结构受到破坏时，桥梁整体

结构的稳定性会受到不同程度的影响，其中基础震害和支座震害是对桥梁结构危

害最大的，如果震害严重，容易导致桥梁失稳，甚至发生坍塌。

2.桥梁抗震结构设计的原则和要求

2.1减隔震技术的基本概念

减隔震技术在本质上可划分为隔震和减震两个作用。隔震的目的是将在桥梁

设计过程中把能引起结构破坏的运动与结构本身尽可能地实现分离。要实现这一

举措，在施工过程中则尽可能地延长路桥结构的使用周期，根据地震频发地点巧

妙设计路线方向，降低地震灾害波动的力度对结构本身造成破坏。减震的目的是

把地震发生过程中已经在路桥结构内产生的能量，通过减震支座、阻尼器等相关

减震器械对能量消耗，降低能量对结构产生的损害。在减隔震技术的安装过程中，由于施工原因常会带来结构位移反应增大等破坏减隔震设计的核心问题。

2.2减隔震技术的适用条件

减隔震技术并非适用于所有桥梁结构设计，有些情况不适合采取减隔震技术，例如我国现存的大部分老桥，建设周期过长，结构稳定性大大破坏。因此，评估

减隔震技术的适用条件，将更有利于减隔震技术的恰当应用。本文将减隔震技术

的适用条件总结如下几点：

1）地震波频有高、中、低之分，如果桥梁结构所处路段近于地震发出的高频波，且能力相对集中，可使用减隔震技术对桥梁结构进行有效防范。

2）如果桥梁结构生命周期相对较短，设计较规范，没有出现桥梁墩高过高过低的现象，则亦可以应用减隔震技术。

3）针对事先计划好的施工点，应与该地面板块的运动特点进行观察，确定把损害因素降到最低后，可考虑采用减隔震技术加以防范。

2.3抗震设计原则

近年来，国外地震工程专家提出了较为统一的抗震设计原则，要求桥梁结构

能够承受中等强度以下地震，并保证在强震条件下，整体结构不会出现倒塌的情

况。我国的桥梁结构设计相关规范中规定设计的桥梁工程也要遵循这一原则。它

规定桥梁结构在小型地震中不受损坏或者发生十分轻微的损坏，桥梁仍然能够保

持正常使用状态，此时桥梁结构处于弹性阶段；桥梁结构在经过中震之后，允许

桥梁结构一定范围内的损坏，在经过修缮后能够还原桥梁的功能并使桥梁结构保

持稳定，此时桥梁结构应处于非弹性工作阶段；桥梁结构在经过大震之后，可能

会受到较大程度破坏，但是整体结构不会发生倒塌，并且在经过修补之后，能够

恢复桥梁的部分功能，此时桥梁结构整体处于弹塑性工作阶段。

2.4桥梁抗震结构优化设计

在传统桥梁结构设计过程中，主要是依靠结构构件的强度进行抗震结构的设计，这种设计方法被长时间应用到桥梁结构的设计中，但是其中存在着一定的不足。近年来，部分研究人员针对这其中的不足进行了一定的优化改进，这种改进

后的设计方法被称为延性抗震设计。该抗震设计方法仍然以构件强度为依据进行

设计，但是在设计过程中新加入了对构件延性能力的要求，从而能够更加有效地

提高桥梁结构的抗震性能。

在许多设计规范中，允许桥梁结构在地震情况下发生塑性屈服变形，以控制

工程成本。在这种条件下，桥梁结构构件的强度不能用于评价桥梁结构的性能。

针对这一问题，研究人员经过研究又提出了基于位移的桥梁结构抗震设计方法。

该设计方法的设计变量主要是结构的变形及构件所发生的应变，而构件强度等参

数则为设计的最终结果。此外，能力设计方法正逐渐被世界各国应用到桥梁结构

设计中，该设计方法具有较为突出的特点，它不会改变桥梁本身的结构，而是通

过在桥梁结构中加入新的耗能装置来提高桥梁结构的抗震性能。

能力设计方法主要依靠结构动力学为基础进行设计，它能够让设计人员对结

构在屈服时及屈服后的状态进行控制，能够更好保证桥梁结构的稳定性，提高桥

梁结构的抗震性能，同时能够降低结构对许多不确定因素的敏感性。

3.减隔震技术的应用

减隔震技术的应用对提高桥梁结构的抗震性能具有重要作用。因此，桥梁结

构设计人员应该将该技术合理地运用到桥梁抗震结构的设计中，从而提高桥梁结

构的抗震性能，保证桥梁结构的稳定、安全。

3.1粘滞阻尼器的合理应用

粘滞阻尼器具有非常独特的优势，首先，弹性阻尼装置或者摩擦阻尼装置的

屈服力是常值，如果桥墩发生最大化变形，此时的阻尼力相对而言处于最小状态，如果阻尼器的参数为零，那么粘滞阻尼器的阻尼力会达到最大值，桥墩的变形则

处于最小。其次，如果环境温度发生变化，弹性阻尼装置及摩擦阻尼装置要想自

由变形，就需要克服一定的力，在这个过程中，会对桥梁结构产生一定的应力，

破坏桥梁结构的稳定性。而采用粘滞阻尼装置，使其在发生蠕变的情况下，所产

生的抗震力接近零，能够进行自由变形，不会对桥梁结构的稳定性产生任何影响。

在应用粘滞阻尼器时，通常将粘滞阻尼器设置在桥梁的关键结构之间的位置。比如，重庆市的鹅公岩大桥是首先应用粘滞阻尼器的桥梁，并且将粘滞阻尼器置

于加劲梁与桥台之间的伸缩缝结构内，对提高桥梁整体结构的抗震性能发挥了重

要作用。由此可以看出，粘滞阻尼器对于提高桥梁结构抗震性能中的重要作用。

3.2摆式滑动摩擦支座的合理应用

摆式滑动摩擦支座的减隔震原理主要依靠滑动摩擦支座与钟摆概念相结合，

其滑动面属于曲面结构，通过钟摆结构在曲面进行滑动摩擦来消耗地震能量并为

桥梁结构提供所需的自复位能量，从而利用钟摆原理延长桥梁结构的震动周期。