桥梁结构设计中减隔震技术的应用研究
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桥梁结构设计中减隔震技术的应用研究
摘要 目前我国桥梁建设工程在与日递增，同时桥梁建设的安全性、稳定性愈发得到了广泛的重视。随着我国几次重大地质灾害的发生，造成损失极大，桥梁工程对地震地质灾害的抵御、抵抗能力已经成为桥梁重要质量标准之一。在桥梁结构设计中应用减隔震技术，可以在地震发生时延长桥梁的自震周期，降低损毁的可能。本文将对减隔震、减隔震技术、减隔震装置进行详细介绍，并分析其在桥梁结构设计中注意事项和应用情况。
关键词 桥梁；地震；减隔震
各行业的设计、制造技术随着科学技术的发展不断进步，桥梁工程建设也在追求更高的质量标准。为保证桥梁不在地震发生过程中完全损毁，桥梁设计过程中，抗震性能成为重要指标，减隔震技术在桥梁结构设计中的应用愈发普遍。关于减隔震技术的研究和相关应用的研究目前也已经成为热点方向。
1 减隔震与减隔震技术
首先，地震对桥梁工程的破坏起源于地震所产生的力对桥梁地基的破坏，进而造成桥梁支架移位、断裂，甚至直接造成桥梁梁体倒塌。桥梁能否正常工作直接影响城市的交通、通讯、运输，地震对桥梁的损坏所造成的直接、间接后果不可估量。
另外，减隔震可以分为隔震作用和减震作用两个方面。所谓隔震就是要尽最大可能性将地震在地面活动区域与桥梁分隔开，按照地震发生的地点设定路线方向，加长桥梁结构的使用周期，以此来减少桥梁结构与地震所产生地面活动的联系。另一方面，减震的基本原理就是对地震向桥梁结构发出的冲击力加以缓冲，减震通过把地震能量作用输入到减震元件来进行消耗，以避免地震时地面活动所产生能量对桥梁造成直接冲击，降低地震对桥梁结构损坏的可能性。
在年代较早的桥梁中，主要利用简单的力学原理通过桥梁中元件的强度和变形能力来达到抵抗地震的影响，这种传统的方式、技术手段原理简单，建设难度、成本较低，但是面对地震对地基的破坏多采用精细的内部构件来确定桥梁整体的稳固和完整无缺，其本质仍旧是利用桥梁本体来抵抗、消化地震的能量，没有做到有效地对地震产生的能量进行消减，因此也会在地震发生过程中对桥梁损害程度的降低也十分有限。
减隔震技术相比于传统技术在对抗震性能上有着质的飞跃，但同时其对于桥梁设计中结构构建的强度要求比较高。减隔震技术会加大桥梁的最大允许位移量，以此降低地震对于桥梁的破坏威力。但是由于加大了位移量，使得减隔震技术在桥梁结构设计的应用存在一定风险，因此减隔震技术应用、减隔震装置安装过程中，需进行严格缜密的计算，保证桥梁各构件的位移不会偏移到不安全的位置。减隔震技术的合理运用，对桥梁抗震性能、桥梁质量都起到极大益处[1]。
2 减隔震装置及使用注意事项
在减隔震技术的应用过程中，关于减隔震技术的运用载体——减隔震装置的研究也不断深入，目前应用范围较广、应用效果较好的减隔震装置主要有黏滞阻尼器、铅芯橡胶支座以及摆式滑动摩擦支座。下面将对此三种减隔震装置的技术特点和应用情况加以详细描述。
黏滞阻尼器主要分为摩擦阻尼装置和弹性阻尼装置两种，不论摩擦阻尼装置或者是弹性阻尼装置在摩擦力与屈服力方面都是常值，当地震发生桥梁结构出现了极限情况的形变时，摩擦力与屈服力能够同时达到桥梁的极限值；而如果当阻尼器参数设置为1时，会造成桥梁结构的形变量达到最大值，而阻尼力则在最小值上；而如果当阻尼器的参数设置为0时，会令黏滞阻尼器产生的阻尼力达到最大值，此时桥梁结构的形变量达到最小值。另外，当温度改变时，两种装置都会在相应外力的作用下，产生一定程度的形变。而这两种装置如果产生了一定量的蠕变，那么对于地震的抵抗能力几乎可以忽略不计。所以，整成情况下在桥梁结构中使用摩擦阻尼装置或者弹性阻尼装置并不会对桥梁常规使用性能造成什么影响，其作用只体现在抗震方面，在两装置的实际应用中，通常可以认为使用黏滞阻尼器对桥梁结构的功能并不会产生影响。
铅芯橡胶支座，通过在分层橡胶支座中加入铅芯来实现减隔震功能。其主要原理为：利用铅芯在力学方面良好延展性与同分层橡胶高效结合，形成抗震结构。铅芯橡胶支座在屈服剪应力方面会呈现出相对较低的现状，而初始情况下剪力刚度高、弹塑性强，同时塑性循环在耐疲劳性能方面也能展现出较强的效果。因此铅芯橡胶支座这类减隔震装置应用范围、适用情况极广。
摆式滑动摩擦支座，此减隔震装置的设计中将钟摆概念融入滑动摩擦支座中，改善减隔震效果，摆式滑动摩擦支座存在一个曲面形式的滑動面，地震能量在曲面滑动摩擦过程中大量消耗，桥梁最终通过自身自重进行自复位[2]。
3 减隔震技术的应用情况
减隔震技术对桥梁整体构造的改变并不大，不会影响桥梁与地面的有效结合。因此可以在桥梁设计中广泛使用。
目前我国的苏通大桥和上海长江大桥已经使用了摆式滑动摩擦支座作为减隔震装置，我国南疆线上的部分铁路桥也使用了铅芯橡胶支座技术。
目前还没有形成减隔震技术专向研究机构，技术的成熟度、规范度都不够高。减隔震装置的市场也缺乏足够的审核、监管，很多不良厂家提供的减隔震相关产品无法达到合格标准，危害重大。尽早加快减隔震技术在我国的发展十分重要。
4 结束语
在当今技术创新驱动的社会中，桥梁的技术更新也是发展大趋势。减隔震技术可以极高地提高桥梁的抗震能力，延长其使用的年限，增强其稳定性、安全性。减隔震技术目前在我国还未足够普及，但具有极强的应用前景。减隔震技术实际应用中需要设计技术过硬、施工材料过关，这都需要来自社会的广泛重视和重点把控，从我国目前的减隔震技术水平出发，对减隔震技术的研究已经迫在眉睫。
参考文献
[1] 曹俊昌，吴健.减隔震技术在桥梁结构设计中的应用研究[J]. 工程建设与设计，2016，（15）：85-87.
[2] 陶天友，王浩，李爱群，等.预制混凝土结构减隔震技术研究进展[J].特种结构，2015，32（02）：89-96.
陈奕铭（1989-），男，湖北武汉人；毕业院校：华中科技大学，专业：建筑与土木工程，学历：硕士，现就职单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司，研究方向：桥梁设计。
