２０１４年１１月第１１期 城市道桥与防洪 桥梁结构９９ 有关减隔震技术在桥梁结构设计中的应用浅析 刘佳钰，张军 （中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市３０００７４） 摘 要：随着我国交通事业迅猛发展，桥梁在其中发挥着十分重要的作用。桥梁质量日益受到关注，桥梁结构设计显得十分关 键，而减隔震技术在其中发挥着举足轻重的作用。就减隔震技术原理、减隔震技术的发展以及在桥梁结构设计中的重要性进行简 单地阐述；介绍几类常见的减隔震技术；对减隔震技术在桥梁结构设计中的遇到的问题加以分析进而提出一些相应对策。 关键词：桥梁；减隔震技术；结构设计 中图分类号：Ｕ４４１ ．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ｏｏ９—７７１６（２０１４）１１－￣９９—０３ ０前言 戢 能 （１） 减隔震技术作为目前应用较广泛的一种结构 的含义是桥梁结构在地震中所接受的全部 控制技术，它利用特制的减震及隔震装置，大量消 能量。ｋ的含义是桥梁结构承受的动能与弹性势 耗或阻止进入结构体系的能量，达到控制结构内力 能总和。 的含义是桥梁结构本身阻尼所耗费的 分布与大小的目的。随着我国公路桥梁事业的发 能量；Ｅ 的含义是桥梁结构进行弹性变形所耗费 展，以及近年来地震事故频发的状况，减隔震技术 的能量；Ｅｉ的含义是减隔震装所耗费的能量。 作为一种流行的、安全可靠的、经济有效的防震减 灾技术迅速在桥梁结构设计中得到了应用。减隔 ２减隔震技术的发展 震包括了减震和隔震两部分，前者主要是指使用 起始阶段：ｌ９世纪欧洲已经萌发了基础隔震 特殊减震部件或设备从而能够在强烈地震中，产 思想，但直到２Ｏ世纪７０年代新西兰学者罗宾逊 生较大的阻尼，然后大量耗散系统的能量；后者以 开发的ＬＲＢ（铅芯橡胶支座隔震技术）开始逐渐受 隔震方式削弱主体结构的地震能量。 到关注。 １减隔震技术原理 发展阶段：从２０世纪８Ｏ年代至今，这一阶段 是减隔震技术的高速发展阶段。例如１９８１年在新 减隔震技术是一种综合利用隔震和减震的抗 西兰惠灵顿建成的威廉克莱顿大楼是世界上第一 震设计方法，具体来讲就是通过了结构基础位置 个使用减隔震技术的建筑。１９８４年加州律师事务 阻断地震波的传播、隔离地震能量。减隔震设计中 中心福希尔司中心建成后它是美国第一座隔震建 还考虑了通过附加阻尼的方法进一步降低结构地 筑，也是世界上第一个使用高阻尼橡胶支座隔震 震响应。主要包括了减震技术和隔震技术。前者是 的建筑。１９８４年美国盐湖城的市政大厦强调高层 指人为的将阻尼以及耗能构件等设置在桥梁结构 建筑必须使用隔离技术。２００３年建成的日本大阪 的某些合适的位置，从而使得耗能构件能对地震 楠叶塔楼最高部分达到１３６．８ ｍ，这也归功于建设 波的能量进行吸收。后者也是一种特殊的结构类 中使用了减隔震技术。２０１０年应用基础隔震技术 型。它与减震不同的是，它是具有震动周期的特殊 建成了世界最高的建筑迪拜塔哈利法塔。 结构。在地震发生时，同样可以使得桥梁结构的地 结合文献研究最近几年的关于减隔震技术的 震能量输出。从而使得桥梁结构缓冲地震力量，更 文章，可以看到明显呈现一个几乎指数递进的趋 好的保护桥梁结构。两者相得益彰，共同应对地震 势，见图１。 波从而保护桥梁免受迫害。 由图１可知，研究关于减隔震技术在桥梁结 由于隔震的本质和目的是将结构与可能引起 构设计上的应用是当前的一大趋势，这也反映出 结构破坏的地面运动尽可能的分离开来。所以从 减隔震技术对于桥梁的结构设计是十分重要的。 能量守恒的观点分析减隔震结构在任意时刻的能 ３减隔震技术的重要性 收稿日期：２０１４—０７—１６ 作者简介：刘佳钰（１９８３一），女，天津人，工程师，从事路桥设 桥梁设计中的减隔震设计指的是在桥梁建设 计工作。 时安装隔震器，它可以使桥梁在水平方向上得到 １００桥梁结构 城市道桥与防洪 ２０１４年１１月第１１期 图１减隔震技术在桥梁结构设计上发表的文章 柔性支承，这样就使水平方向上的周期延长，另外 还要安装阻尼器提高桥梁的阻尼效应，可以在地 震发生时降低地震的作用。如果在桥梁的设计中 加强隔震设计，可以有效地改善和分解地震中的 地震力在各结构支座间力的分布情况，这样可以 保护桥梁的基础部位，同时对桥梁的上部结构可 以有效地支撑和保护在桥梁。桥梁结构设计中的 相关减隔震设计可起到调节横向刚度的作用，这 样可以改善桥梁结构扭转平衡的问题，有效地降 低了地震力。所以，减隔震技术在桥梁结构设计上 十分重要。 ４桥梁减隔震装罩分类 桥梁减隔震技术发展迅速，减隔震装置分类 上比高层建筑的减隔震装置更多些。常见的桥梁 减隔震装置包括五类：铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶 支座、滑动摩擦型支座、液体黏滞阻尼器、金属阻 尼器。随着时代的发展科技的进步，肯定有更多的 桥梁减隔震装置出现，本文就这些做一个简单的 分析。 ４．１铅芯橡胶支座 铅芯橡胶支座是由普通叠层橡胶支座及其中 间的高纯度铅芯组成 普通叠层橡胶提供竖向承 载力和水平柔性及恢复力，高纯度的铅芯利用其 塑性性能吸收并耗散能量。金属铅有较高的初始 剪切模量和理想弹塑性性能，因此铅芯橡胶支座 能够满足强震下耗能需求和正常使用时提供足够 的刚度。铅芯橡胶支座是同时具备减震和隔震双 重功能的减隔震装置。 ４．２高阻尼橡胶支座 高阻尼橡胶支座采用添加纤维塑料、石墨或 其他添加剂的高阻尼橡胶材料制成。支座产生剪 切变形时，高阻尼橡胶中的纤维塑料或石墨细颗 粒物通过摩擦生热耗散运动能量，其阻尼比一般 在１０％～２０％，约为普通叠层橡胶支座的２～４倍。 因此，高阻尼橡胶支座不仅具有与普通板式橡胶 支座同样的力学性能，更具备阻尼比高、减震耗能 性能突出的优点。 ４．３滑动摩擦型支座 滑动摩擦型支座在我国最常见的是聚四氟乙 烯滑板支座。该支座采用聚四氟乙烯（唧）材料 做摩擦板，与不锈钢板的摩擦系数仅为０．０６，是中 等吨位活动型支座的首选。在地震作用时，当支承 在滑动摩擦型支座上的梁体受到的惯性力大于摩 阻力时，梁体与支座滑动面之间开始滑移，桥梁结 构的振动周期延长；梁体通过支座传递给桥墩的 水平力即为摩阻力。 ４．４液体黏滞阻尼器 液体黏滞阻尼器由高强耐压缸体、活塞杆、活 塞及阻尼孔和黏性阻尼液等组成，其工作原理是 利用活塞两端压力差使高黏性阻尼液反复流过阻 尼孔而产生阻尼力并耗散运动能量。 液体黏滞阻尼器属于速度黏滞型阻尼，阻尼 力峰值与结构弹性内力峰值存在一个约９０。的相 位差，阻尼器两端相对位移达到最大值时，相对运 动速度为零，阻尼器提供的阻尼力也为零；当阻尼 器两端相对位移为零时，相对运动速度达到最大 值，阻尼器提供的阻尼力也相应的达到最大值。 ４．５金属阻尼器 金属阻尼器是利用一些金属材料如钢、铅等 弹塑性变形性能吸收地震能量的装置。采用低屈 服点钢材可以制成弯曲型或剪切型阻尼器。 ５桥梁减隔震装置的缺点 （１）适用条件有限 不是所有情况都适合应用减隔震技术。例如： 场地比较软弱、不稳定、或延长桥梁结构周期后容 易发生共振等情况，就不宜使用隔震技术。在进行 桥梁结构的抗震设计之前需要判断该桥是否适合 采用减隔震技术。事实上，至少满足下面一个条 件，就可以尝试采用隔震技术进行桥梁结构的抗 震设计。一、地震波的强度：减隔震技术更适合于 适用于能量集中于高频的地震波。二、桥梁结构的 高度：桥梁高度是不规则的，例如相邻桥墩的高度 显著不同，因而可能存在对某个墩延性要求很高 的情况。三、场地的角度：预期地面运动特性比较 明确，具有较高的卓越频率并在长期内含有较低 的能量。 （２）缺乏考验 当前设计出的许多减隔震装置都没有经历过 真正的地震检验，性状优劣还有待考证。只有经历 过大地震才知道一项减隔震技术效果如何。 ２０１４年１１月第１１期 （３）规范缺乏 城市道桥与防洪 桥梁结构１０１ 我国在桥梁减隔震装置设计上还缺乏规范 性，更缺乏经验支持，尤其是在细节处理及构件设 计上，若是不能及早完善这些缺点，有可能会引起 减隔震装置的作用大大降低甚至失效。 外的一些成功工程技术经验值得我们学习和借 鉴。因此，在实际工作中，应该利用国外先进经验， 健全法律法规，增强我国桥梁的减隔震装置和方 法的设计水平，提高桥梁工程抗震性能。 参考文献 ６相应的策略 （１）学习并了解地震发生的强度，周期等，确 保减隔震装置不会用错地方。辨认减隔震技术的 【１】刘延芳，叶爱君．减隔震技术在桥梁结构中的应用［Ｊ］．世界地震 工程，２００８（２）：１３１－１３７． 【２］刘鹏飞．减隔震技术在桥梁结构设计中的应用分析【Ｊ】＿城市建筑， ２０１４（６）：５６，６９． 使用范围无疑是正确充分利用的充分条件。 （２）国家和地方政府需要制定、并完善相应的 法律法规，政策方针。规范桥梁建设的安全。尤其 是装有减隔震装置的桥梁，抗震效果的判断等。 （３）充分利用现在的计算机模拟实际情况，进 行充分的论证和实验后才能付诸于实践。同时要 对技术不断更新和提升。从而在桥梁建设方面更 加的安全、防震、便捷。 【３】于泳波．减隔震桥梁的空间动力分析及动力试验【Ｄ】．陕西西安： 长安大学，２００４． ［４］杨风利．铁路桥梁减隔震设计方法及设计参数研究［Ｄ】．北京：北 京交通大学，２００７． 【５］王志强．减隔震技术在我国桥梁中的应用【Ａ］．中国土木工程学 会桥梁及结构工程分会、重庆市建设委员会、重庆市交通委员 会．第十七届全国桥梁学术会议论文集（下册）［Ｃ１．２００６． ［６Ｊ贺海宽．探析反应谱法在桥梁减隔震设计中的应用［Ｊ】．门窗， ２０１４（１）：３４５． 【７】王帅．隔震桥梁数值模拟及振动台试验研究【Ｄ】．广东广州：广州 大学，２０１２． ７结语 减隔震技术已经广泛的应用于各类桥梁结构 设计中，可以根据结构自身特点，在不同的位置设 置不同的减隔震装置，来提高桥梁结构的整体抗 震性能。目前，我国尚处于隔震技术起步阶段，国 【８】陈松．浅析桥梁减隔震支座及分析方法【Ｊ］．科技资讯，２０１３（３４）： ５５－５６． ［９】庄军生．关于桥梁减隔震支座的若干问题［Ｊ】．预应力技术，２０１２（５）： ３０—４０． ， ［１ｏ】刘锡嫒．山区桥梁减隔震技术的适用性研究［Ｄ］．辽宁大连：大 连海事大学，２０１２． 新建张家口至唐山铁路最长隧道顺利贯通 新建张家口至唐山铁路最长隧道——燕山隧道近日顺利贯通。隧道设计为双洞单线隧道，左 线全长２１ １５３ ｍ，右线全长２１ １５４ ｍ。燕山隧道是张唐铁路全线最长隧道，也是我国华北地区重 载铁路第一长隧。 燕山隧道地质条件复杂，隧道穿越地区多位于太古界地层，地质年代久远，经历的地层运动 多。全隧穿越断层破碎带１９条，多富含地下水，最大涌水量达到２０万ｍａｉｄ。面对地质条件复杂、 施工组织难度大、安全控制风险高等不利因素，各参建单位始终把确保燕山隧道的安全质量放在 突出位置，把预防隧道坍塌、突泥涌水、斜井溜车、爆破伤害、长大隧道有害气体超标、隧道开挖引 起的地层下沉对周围环境的影响、火灾等列为一级重大危险源管理，把燕山隧道定为极高风险隧 道。曾多次邀请国内专家进行现场把脉和论证，对可能风险进行评估，解决了施工现场存在的疑 难问题。 据有关专家介绍，燕山隧道的顺利贯通，将是张唐铁路建设的一个重要里程碑，为２ｏ１５年张 唐铁路的开通奠定了坚实的基础。