探析抗震和减隔震技术在公路桥梁设计中的应用

建筑结构　蹬隧豳ｉｉ翻　探析抗震和减隔震技术在公路桥梁设计中的应用　李耀　信阳公路勘察设计院　摘要：本文对公路桥梁震害的不同情况进行了概述，并分析了抗震和减隔震技术在公路桥梁设计中的具体应用，以供参考。　关键词：震害；公路桥梁设计；抗震；减隔震技术　公路桥梁是交通建设工程的中的枢纽工程和关键节点。地震灾害产生地　定损坏，但经过简单维修或不需要维修就可使用；遭遇高等强度地震时，桥梁　面断裂和地基变形，破坏了桥梁的结构和基础，造成桥梁坍塌事故，不仅影响　不会倒塌或不造成人员伤亡。根据这三个水准，在公路桥梁的设计时首先要　交通正常通行，造成巨大的经济损失，还可能对人们的人身安全造成威胁，也　确定在不同等级的地震灾害下桥梁结构的抗震效果；其次要合理布置减隔震　不利于及时抗震救灾，使地震灾区灾害加重。为了确保交通运输的安全高效，　在公路桥梁的抗震设计中必须要考虑减隔震技术，采取有效的抗震措施，并　在公路桥梁施工中加以应用和推广，提高桥梁结构的抗震能力，实现良好的　减震、抗震效果，为交通顺利通行提供保障。　一、公路桥梁的震害情况　１、破坏公路桥梁上部结构　主要包括桥梁移位、梁端撞击、桥梁掉落、桥面伸缩缝损坏、支座损毁等。　其中桥梁掉落、粱体偏移还会引发公路桥梁其他部位的损坏，例如破坏盖梁、　墩柱或挡块。　虽然公路桥梁的上部结构具有较大的强度，直接破坏的情况发生较少。　但是如果遇到等级较高的地震，荷载作用巨大，梁体自身则会产生地震惯性　力，从而造成梁体移位或梁体碰撞，落梁是其极端形式，是公路桥梁中最严重　的震害。落梁还会砸坏挡块和系梁。同时地震的荷载作用也会使桥梁在瞬间　形成巨大地震惯性力而导致支座损坏，则桥梁上下结构间发生位移或脱节，　从而使梁体脱落。地震灾害对支座的主要破坏表现形式是锚固螺栓脱落、支　座位移或脱落、对支座结构的损坏等。此外，地震灾害还经常破坏公路桥梁中　的剪力键和伸缩缝等支撑连接构件。　２、破坏公路桥梁下部结构　主要包括桥墩折断、系梁开裂、钢筋混凝土脱落、挡块失效、桥台翼墙倾　斜或开裂等，通常还伴随地基的桥台坍塌、砂土液化等问题。如果桥梁的基础　和下部结构破坏严重，则会导致整个公路桥梁垮塌且难以对其进行修复。　桥墩是桥梁的主要支撑构件，容易受到地震灾害的影响。地震可能造成　桥墩开裂、墩身断开或压垮，也会造成横系梁的倾斜、横向位移和开裂。这些　情况对整个桥梁结构具有严重破坏性；桥台作为公路桥梁两端的支撑构件，　在地震中受到的震动较大，由于桥台填料临空且与下部土方刚度不同，则易受　地震破坏；桥梁的基础在激烈的震动作用下，会发生水平移动或沉降情况，特　别是较为松散的饱和砂土层基础会出现地基液化现象，从而破坏桥梁墩台。　二、抗震在公路桥梁设计中的应用　地震灾害具有很大的复杂性和不确定性，实际工程建设情况与预先计算　设计的结构模型也存在一定差异，因此计算设计对桥梁结构的减震、抗震性　能难以控制，在具体的设计中不能完全依靠计算的作用。概念设计是减震、抗　震性能的决定性因素，在公路桥梁的施工设计阶段，除了根据静力分析和公　路桥梁的功能选择设计方案，还要对其抗震性能加以综合考虑，选择最优的　公路桥梁抗震结构。在进行概念设计的过程中，要对上下部结构的衔接部位、　桥墩结构的形式、预期塑性铰部位、过渡孔处的连接部位加以特别重视，同时　考虑公路桥梁所在位置的地质条件和水文环境。为了确保梁体结构的抗震性　能，必须对其地震反应及动力特性进行分析和评估，注意在地震灾害中容易　受到损坏的薄弱部位，进一步分析构造或配筋设计能否保证薄弱部位的安全　性和稳定性。最后，在分析结果的基础上对桥梁结构的抗震性能是否良好进　行综合评价，决定设计方案的调整和修改。　增强桥梁结构的韧性能够使结构自振的周期延长，从而减小由地震产生　的荷载作用并增加结构磨蹭和其他障碍作用，减弱震动作用力，实现公路桥　梁的抗震、减震效果。目前，在公路桥梁设计中，较为有效且容易实现的主要　抗震方法包括以下几个方面：　１、确定公路桥粱的主要性能　我国规定对公路桥梁进行设计时要遵循三个水准，即遭遇低等强度地震　时，不需要对桥梁进行维修仍可使用；遭遇中等强度地震时虽然桥梁受到一　装置，可以将其布置在桥墩的顶部，以减少桥梁上部结构的地震惯性力，也可　以布置在桥墩的底部起到隔震效果，能够有效降低整个公路桥梁的动力响应。　２、确定公路桥梁设计原则　第一，要尽量选择坚硬的桥址，避免松软场地造成地基失效；第二，保证　公路桥梁的整体性，特别是桥梁上部结构的连续性；第三，保证地基传人公路　桥梁的最小震动能量且桥梁结构的刚度、强度和延性适当，以承受更大的地　震破坏。　３、利用桥墩延性抗震　这是公路桥梁抗震设计中的常用方法。在对桥梁结构进行设计时。增加　某些部位的延性，这些部位在强震动作用下，能够产生弹性或塑性变形，延长　了结构自振周期，使振动作用分散或减弱。所以，在设计时要计算桥梁结构的　弹性反应，对地震荷载进行修正。　三、减隔震技术在公路桥梁设计中的应用　１、减隔震技术的原理　在公路桥梁设计中应用减隔震技术是为了使桥梁结构与震动地面分离。　公路桥梁结构地震反应的基本规律是：地震发生时的震动频率虽然较为复　杂，但是其震动能量主要集中在某个频率范围之内；桥梁结构的地震反应与　阻尼成正比。减隔震技术就是利这两个规律，采用柔性支撑延长结构在地震　发生时的震动周期，降低了震动作用；耗能和阻尼装置的消能能力可以减少　桥面的变形，将粱体位移有效控制在桥梁抗震设计的范围内；减隔震装置增　强了桥梁的刚度和韧性，增强了桥梁的抗震能力。　２、减隔震技术的适用备件　减隔震技术并不适用于所有情况的公路桥梁设计。如果桥梁所在地的地　基比较松软，稳定性较差，或延长公路桥梁的结构周期之后易产生共振现象，　则不适合使用减隔震技术。所以，在对公路桥梁进行抗震设计前，需要对场地　进行勘察，计算分析震害发生时桥梁的可能产生的震动力，制作结构模型，判　断该桥梁是否适合采用隔震技术。最适宜采用减隔震设计的情况包括以下几　种：第一，公路桥梁的上部结构具有整体性和连续性，下部结构的刚性较强，　整个桥梁的基本周期相对较短；第二，桥梁下部结构的高度变化不规则且刚　性不均，在设计中采用减隔震装置可以都每个桥墩的刚性进行有效调整，从　而防止刚度较大的桥墩在震害发生时所承担的较大惯性力；第三，具有良好　的场地条件，预期地面运动的特性明显，结构自振周期内具有的卓越频率高。　３、减隔震支座的应用　在进行公路桥梁设计时，要注意使用减震、隔震支座，安置在桥墩、桥台　与梁体结构的连接处，从而增加结构的阻尼和柔性，减少公路桥梁受到的振　动作用。梁体通过支座与桥墩和桥台相连接，能够降低桥墩和桥台在水平方　向受到的地震力。利用阻尼器和减震、隔震支座向结合的系统，能够使桥墩在　振动作用下产生塑性变形，从而使地震能量分散，实现了减震、隔震效果。　四、总结：　综上所述，震害对公路桥梁的上下部结构都要严重影响，会威胁国家的　财产安全和过往人流的人身安全，在进行公路桥梁设计时，要进行抗震、减震　设计，应用减隔震技术和装置，有效减少震害，保证我国交通运输业的长远建　设和发展。　参考文献：　【１１于坚公路桥梁抗震技术探究——基于减隔震系统设计与应用　科协论　坛：下半月２０１０，０１（Ｏ１）：１—３．　（下转第９７页）　。８７’　建筑结构　隧隧圆豳　结构设计中的应用前景无量，也需要不断努探索实践。　２０１２（１５）：３３—３４　参考文献：　【３】刘　建筑空间结构的设计与优化Ⅱ１ｌ城市建设，２０１３（２２）：９８—１００．　【１１李晚珍．建筑空间结构的设计与优化Ｕｌ＿煤炭技术，２０１２，３１（２）：１１９－１２１．　【４］吴华．当前建筑空间结构的特征以及设计与优化　江西建材，２０１３（２）　［２］王伟，白建平．建筑空间结构的设计与优化　城市建设理论研究（电子版）　５５－５６　（上接第８７页）【２］张莉公路桥梁设计中抗震与减隔震技术的应用　房地产导　５６－５７　刊，２０１３，２０（１３）：１９７－１９７．　［５】阳柳，周立．简析减隔震技术对提高桥梁结构抗震安全性的作用Ⅱ］交通建　［３】荣梅．桥梁结构设计中减隔震技术的应用Ｕ】ｌ中国新技术新产品，２０１２，０８　设与管理，２０１３，１２（０９）：８８—８９．　（１１）：７６—７６　［６】刘延芳，叶爱君．减隔震技术在桥梁结构中的应用Ｕｌｌ世界地震工程，　【４】刘鹏飞减隔震技术在桥梁结构设计中的应用分析卟城市建筑，２０１４，（０６）：　２００８，２４（０２）：１３１—１３６．　（上接第８９页）样，监理企业才能实现真正的转型，资源才能充分有效地重组　参考文献　和配置，企业核心竞争力才能得以提高，市场占有率才能得以扩大。　【１］刘桦：《建设工程监理概论》，化学工业出版社，２００８年第１版。　３结语　［２１稻香：《柔性管理》，中国纺织出版社，２００６￣１版。　ｆ３１杨曼：我国工程监理企业向工程项目管理企业转型的研究，武汉大学硕士　Ｔ程监理企业的管理理念转型、组织结构转型、管理手段转型和发展动　学位论文２００９（１０）　力转型，构成了监理企业转型的综合结构，它们的内在关系并非是并列式的，　作者简介：　而是由管理理念的重建开始，它是企业转型的前提和基础，到发展动力内驱　杨曼（１９６６年一），男，土家族，湖北，高级工程师，注册监理工程师，硕士，主要　化的企业整体转型的过程。　从事园林绿化技术与园林工程项目管理工作。　（上接第９０页）【２】高书华大型公共建筑物突发事件危机策略评价度应对模式　【４］刘晓峰自动分组遗传算法的改进及在结构工程中的应用［Ｄ】大连：大连理　研究［Ｄ］西安：西安建筑科技大学，２０１２　工大学，２０１１．　【３】杨涛，宋志．高层建筑结构设计中存在的问题及改进策略Ｕ］中华建设，　【５］黄妙武．剪力墙结构设计在高层结构设计中的应用探讨Ⅱ】．科技资讯，　２０１４，１２（０２）：１２—１３　２０１４，１０（０２）：５３．　（上接第９２页）　表２结构最大水平位移　工况　？。　Ｒ础　砷一Ｄ　本工程中柱轴压比不超过０．４，框架柱及排架柱的实际配筋相比于预计　Ｘ向地震　１／２２０７（第９层）　１．０６（第ｌ层）　１．０９（第８层）　值提高了５％，提升了整体配筋的密度。　ｘ双向地震　１／２０７４（第９层）　１．０７（第１层）　１．１０（第８层）　偶然偏心地震　１／１９４１（第９层）　１．１８（第１层）　１．２２（第８层）　５结语　Ｘ一偶然偏心地震　１／２００５（第９层）　１．１１（第３层）　１．１３（第９层）　Ｙ向地震　１／２３２０（第７层）　１．２１（第６层）　１．２５（第６层）　相较于其他类型的工程建筑，火力发电厂主厂房的结构设计需兼顾使用　Ｙ双向地震　１／２３１９（第７层）　１．２１（第６层）　ｌ＿２５（第６层）　功能和工艺要求。设计过程中，在参照《建筑抗震设计规范》的同时，还必须依　Ｙ＋偶然偏心地震　１／２２６９（第７层）　１．２６（第６层）　１．３０（第６层）　据相关行业标准进行抗震设计优化。如本工程结构设计中运用到的抗震结构　Ｙ一偶然偏心地震　１／２３７４（第７层）　１．１５（第６层）　１．２１（第６层）　形式及强化薄弱环节的相关措施，有效提高了厂房结构的抗震性能，增强了　ｘ向风载　１／６７４３（第７层）　ｉ．０８（第３层）　１．０９（第５层）　Ｙ向风载　１／９９９９（第９层）　１．３０（第２层）　１．３０（第２层）　结构的稳定性。该工程于２０１２年投入使用，运营状况良好。　考虑扭转耦联时的振动周期计算，前两周期和第３周期分别采用平动为　参考文献：　主和扭转为主的自振周期。前三个扭转耦联时的振动周期计算结果见表３。　『１１李庆宪，邹银生，陈俊，甘袁华论建筑抗震设计中的概念￣ｔｔｇ］基建优化．　表３扭转耦联时的振动周期　２０１４（０２）　振型号　周期／ｓ　转角　Ｘ、Ｙ方向平动系数　『２］崔善仁．从汶川地震看建筑抗震概念设计明．湖南城市学院学报（自然科学　（Ｘ＋Ｙ）　扭转系数　版）２０１２（０２）　１　０．７１９９　８９．７９　Ｏ．９４（０．００＋０．９４）　Ｏ．０６　［３］李秀萍建筑结构抗震设计浅析Ｕ］．价值工程　２０１２（１３）　２　０．６９６５　１７８．９９　１．ＯＯ（１．Ｏ０＋Ｏ．Ｏ０）　０　【４罗金辉，李元齐，４Ｊ沈祖炎，傅学怡．建筑结构抗震设计研究Ｕ］．Ｉｇ济大学学报（自　然科学版）．２０１３（１０）　３　０．５３８７　７６．７５　Ｏ．１ｌ（０．Ｏｌ＋０．１０）　Ｏ．８９　（上接第９４页）参考材料　６期。　【１］苏敏、崔芳：＿Ｔ－．Ｚ建筑结构的设计优化Ｕ１建筑钢结构２ｏ１ｏ年第５期。　［５］付裕：钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用０３］．２０１２年山东大学硕士学　『２１吴新明：工业建筑中钢结构的设计［『】．铜业工程２ｏ０２年第２期。　位论文库。　【３］贾彪：工业建筑中轻型钢结构的设计浅析【『】．建筑钢结构２ｏ１１年ｇ３－１ｔ￣１。　［６】何又涛：单层钢结构厂房昀设计优化研究［Ｄ】．２０１２年中冶集团建筑研究总　【４】高志岭、赵海陆：浅析工业建筑中钢结构设计步－￣Ｅ１］科技信．￣．２００５年第　院硕士学位论文库。　（上接第９５页）剪力墙施工在高层建筑中的不断推广与应用，对其技术的研　［３降峰，许军，李发山，李慎，张玲玲．偏心支撑式钢板剪力墙的抗震性能研究　究力度也应该进一步加强，为建筑工程的质量提供保障，使建筑工程在竣工　『Ｉ１．西安建筑科技大学学报（自然科学版），２ｏ１３，０６（５３）：７８４—７９０．　之后能够达到优质建筑的标准，推动建筑行业有序、健康的发展。　『４ｌ刘晓峰，程耿东．基于自动分组遗传算法的建筑结构体系与构件尺寸协同　参考文献：　优化设计『『１．计算力学学报，２０１４，０１（５４）：１－７．　…王凯，王学圻，张乐龙．浅谈高层框剪结构写字楼施工管理措施——以甘肃　［５】李青，周杰刚，王海双，武超．武汉中心钢板一混凝土组合剪力墙协同施工　日报社报业大厦工程为例ＩＩ１＿甘肃科技纵横，２０１４，０１（４４）：５７—５９．　高效建造技术【Ｉ１ｌ施工技术，２０１４，０９（６４）：５－１０　［２】刘立平，韩夏，李英民基于ＰＥＲＦＯＲＭ一３Ｄ的重庆市某超限高层建筑结构　『６１蔡龙，杜宏彪，金仁和．刚度特征值对框架一剪力墙结构抗震性能的影响研　抗震性能评价Ⅱ１建筑结构，２０１２，ｓ２：５５—６０．　究ｍ．混凝土与水泥制品，２０１４，０６（６３）：６２－６５．　‘９７‘