市政工程中桥梁的隔震设计探讨

市政工程中桥梁的隔震设计探讨

发表时间：2015-10-15T09:45:12.810Z 来源：《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿作者：孙冬生

[导读] 湖北省建筑设计院，湖北，武汉，430212 作为桥梁工程设计的关键环节，良好的抗震设计对于保证桥梁运行的稳定性和安全性具有重要作用。

（湖北省建筑设计院，湖北，武汉，430212）

【摘要】作为桥梁工程设计的关键环节，良好的抗震设计对于保证桥梁运行的稳定性和安全性具有重要作用。本文首先介绍了市政工程中桥梁抗震设计的技术原理和作用，然后具体探讨了桥梁的抗震设计，以期为相关技术与设计人员提供参考。

【关键词】市政工程；桥梁；隔震设计

市政桥梁建筑是当前城市化发展的基本公共设施，其具有较强的社会公共性和基础性，然而，因此种建筑工程投资成本较大，其后期维护管理的难度也相对较高。选用恰当的隔振技术和抗震设计，并非是为了抵抗地震，而是尽量减弱地震影响，以实现桥梁结构保护、提升桥梁抗震性能的目的。为确保桥梁墩柱稳固性的有效加强，桥梁抗震设计的要求要远远超过常规抗震设计。因此，加强有关市政工程桥梁抗震设计的研究，对于改善桥梁整体运行质量具有重要的现实意义。

一、市政工程中桥梁抗震设计的作用及技术原理

1、桥梁抗震设计作用

（1）利用桥梁抗震设计，通过隔震支座的使用，桥梁结构在徐变、收缩及温度等变形作用下形成的抗力较小，由此可降低伸缩缝的数量，这有利于大范围多跨连续梁桥的应用，且方便增大桥梁跨度；

（2）若桥梁段跨度增加，则可通过调节隔震支座横向刚度来保证桥梁结构下部结构刚度无限接近于上部结构，由此提高桥梁结构响应的一致性和均匀性；另外，有效安置桥梁隔震装置，可有效保持桥梁结构的整体扭转平衡，实现减缓地震力的功能；[1]

（3）桥梁隔震设计可大幅度提高桥墩墩下、基础等下部结构的稳定性；在桥梁工程设计中使用隔震设计和隔震设备，可将由桥梁受地震影响形成的残余位移及塑性变形转移到隔震装置中，由此可起到承载塑性变形、耗能的功用，进而改变桥梁下部结构的地震力分布状况，做到对桥梁下部结构的有效保护；

（4）隔震设计可明显减弱或消除在规定水准地震下下部结构超过弹性伸缩量的难题，可有效防护桥梁基础及桥墩等关键位置产生过大的非弹性变形。

2、桥梁抗震技术原理

依据地震作用下桥梁结构的位移反应谱和加速度反应谱可知，减少位移和加速度的重点在于增大桥梁结构的阻尼和增加结构周期。桥梁抗震设计便是依据地震基本作用特性来减弱地震影响的。传统的选用盆式橡胶支座及板式橡胶支座虽能将上部结构不同荷载的作用传递出去，并减小收缩、温度变形等形成的位移，但此类支座较难实现桥梁抗震设计的多种功能。

桥梁抗震设计主要为使用隔震装置技术，把结构部件、桥梁结构、支座运动及地震地面运动拆分，以减小地震力能量及向上部结构传递的能量，防止地震大范围破坏桥梁结构，进而提升桥梁结构自身及相关附属物的可靠性及安全性。桥梁隔震装置是一种柔性支座，其隔震结构的水平刚度较低，地震动放大系数通常在1/8~1/2的范围以内，频率比则调整在3~8左右，利用其可有效增大桥梁结构阻尼，降低结构相对变形；并能增加结构周期，降低地震能量输入。该种装置的本质是利用位移变形过程来实现小的地震作用，利用最佳阻尼来调整结构较大的位移。[2]

二、市政工程中的桥梁抗震设计

1、基础设计

（1）各类市政工程桥位应躲避绕开抗震危险地段，若必须穿过抗震危险地段时，应做好地震安全性评价分析；抗震危险地段通常是指河床内基岩构造薄弱面被深切河槽切割的地段；地震过程中易出现崩塌、滑坡的地段；地震过程中因坍塌而阻塞交通的各类构造物；地震中易出现溶洞或塌陷的矿穴地段和岩溶地段。

（2）通常，应依照地面至剪切波速在500M/S以上的岩层顶面或硬质土层面的距离测定工程场地覆盖层厚度；若存在剪切波速在

500M/S以上的透镜体或孤石，应将其与周围土层同等对待；若地面5m下包含剪切波速高于临近上层土剪切波速2.5倍的土层，且下卧岩土的剪切波速在400M/S以上时，应依据地面到该土层顶面的距离确定覆盖层厚度；土层平均剪切波速的计算公式为：

其中，n表示相应深度距离内土层的分层数；Vsi表示相应深度距离内第i土层的剪切波速；di表示相应深度距离内第i层的厚度；D0表示计算深度；Vs表示土层平均剪切波速。[3]

（3）在对天然地基地震作用下的竖向承载力进行计算时，依据恒载组合与地震影响的基础底面平均压应力与边缘高限压应力应满足以下标准：

P≤faE；

Pmax≤1.2faE；

其中P表示地震影响效应标准组合的基础底面平均压应力；Pmax表示地震效应标准组合的基础边缘高限压应力。

2、桥梁隔震装置使用

当前桥梁设计中使用比较广泛的整体型隔震装置主要有摩擦摆支座、高阻尼橡胶支座和铅芯隔震橡胶支座。实际应用中发现铅芯隔震橡胶支座具有更优良的耐疲劳性能、弹塑性能和力学性能，在减小地震能量、控制水平力及结构变形方面效用明显。设计使用中的要点包括：

（1）在选用铅芯隔震橡胶支座过程中，应先测定橡胶剪切模量G，在对支座的自身形状进行确定，在明确设计剪切位移量和竖向承载

力后再进行核准验算与优化设计；支座选型时应整体分析支座对桥梁结构的适应性，不仅要保证其符合桥梁结构的空间位置标准，且要确保其配套附件同桥梁结构钢筋等相匹配。

（2）在布置隔震支座时，应综合桥梁跨径结构形式、桥梁宽度及联长等各类参数进行分析，且应核准检验隔震支座设计位移量能否符合桥梁因温度、应力和混凝土收缩等组合作用和地震力引发的位移标准；通常而言，连续梁桥单联长度须控制在200m范围内，跨数应不大于6，若跨数过多应在检验边墩处支座位移量能否符合实际应用标准后，对支座实施改进设计或增设。

（3）在桥梁结构抗震分析中应选用动力时程法、反应谱法和功率谱法等综合计算，其在计算使用专用隔震装置的桥梁或动力结构特性相对复杂的桥梁时应选择非线性动力时程分析方法；在采用此种方法时，可依据等效双线性恢复力模型对支座力学性能进行模拟，以分析支座变形状况及水平力，由此可准确评估桥梁隔震支座力学特性和支座对地震的反应性能。

3、抗震验算

（1）延性抗震设计验算：结构内各类部件在大型地震作用下最险截面的最大变形及强度验算应依照以下公式： PE≤Pa；

δR≤δRa；

其中，PE表示构件最险截面的极限地震组合效应，Pa表示构件最险截面的最大承载力，δR表示构件的残余塑性变形，δRa表示许用塑性变形。

（2）弹性抗震设计验算：结构不同构件在多次地震下最险截面应力应在对应材料许用应力以下，确保结构在多次地震影响下仍能在弹性变量范围内工作。基本公式为：

σB≤[σM]；

其中σB表示结构最险截面位置的极限地震组合效应，σM表示结构最险截面上各类材料的许用应力。

结束语：

隔震设计的质量将直接关系着市政工程桥梁的运行质量和综合效益，因此相关技术与设计人员应加强有关市政工程桥梁的隔震设计研究，，总结市政工程桥梁隔震设计要点及关键部位技术处理措施，以逐步提升市政工程整体设计水平。

参考文献：

[1]康东,刘卓君.关于桥梁设计中隔震设计的探讨[J].中国科技投资.2012,06(10):61 -62.

[2]韩鹏,孟劼.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑.2012,13(14):74- 75.

[3]王统宁,刘健新,于泳波.近断层地震动作用下减隔震桥梁空间动力分析[J].交通运输工程学报.2011,05(35):57-58.