江河湖海桥梁工程中的抗震系统设计
作者：苗卫国
来源：《城市建设理论研究》2013年第09期
摘要：在人类文明的发展史中，桥梁工程占有重要的一页。随着我国高速铁路、高速公路、城市轻轨和地铁的加快发展，铁路桥梁和公路桥梁在祖国各地如雨后春笋般地涌现。本文结合工程实践经验，分析了桥梁及支座设计中的抗震，尤其是分析了江河湖海中的桥梁支座在抗震设计问题和现实意义。
关键词：桥梁抗震结构 耐久
中图分类号：TU20文献标识码：A 文章编码：
1引言
在人类文明的发展史中，桥梁工程占有重要的一页，土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中，随着国家对维护海洋权益方面的重视，桥梁工程将延伸到东海到南海。
1．1中国及周边地震频发
中国古代木桥、石桥和铁索桥都长时间保持世界领先水平，为世人所公认。我国的桥梁工程建设从20世纪50年代起，尤其在近年来，新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用，发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。随着我国高速铁路、高速公路、城市轻轨和地铁的加快发展，铁路桥梁和公路桥梁在祖国各地如雨后春笋般地涌现。
2011年3月11日发生的日本9.0级超强地震作为该国历史上发生过的最强烈地震之一，将注定被载入史册。这次的大地震按照9.0级计算，是人类有记录历史以来发生过的第四大地震。2008年5月12日发生在我国四川省的汶川大地震，遇难6.9万人。1923年9月1日，日本关东大地震引起大火，7万多人在火灾中丧生。1920年，发生在我国海源8级大地震，因滑坡和泥石流死亡10多万人，超过地震原生灾害。这些都让我们记忆忧心。
1．2国家开始重视海洋权益和海洋经济快速发展
十八大报告中多次提到海洋这个词，其中在“关于优化国土空间开发格局”以及“国防和军队现代化”中都提到了海洋权益、海洋安全，加上中国不断提升海军和空军力量，中国未来将更重视海洋国土安全和海洋权益的维护。2013年3月，改革后的国务院机构设置中重新组建国家海洋局，负责研究制定国家海洋发展战略，统筹协调海洋重大事项，促进海洋经济持续、健康、快速发展。在不久的将来，在我国的东海钓鱼岛、南海南沙群岛上会建设桥梁工程。
1．3必须设计桥梁抗震耐久支座
近几年来世界各国发生的大地震，给桥梁设计和建设敲响了警钟。地震的惨痛教训对桥梁抗震提出了新的课题，如何解决桥梁设计中的抗震问题，摆在了桥梁设计者和桥梁施工者的面前。尤其是在大江大河、沿海、沿湖、东海、南海等桥梁工程上，考虑到有海水对桥梁腐蚀的影响，因此在设计桥梁时，除了必须设计抗震结构外，还必须重视桥梁抗震结构的耐腐蚀作用。
2桥梁工程抗震系统设计
桥梁是由多种材料、不同结构组合而成的复杂系统。桥梁总体设计是一个很复杂的问题。首先要适应地形、水文、地质等自然条件的限制，符合桥面交通和通航的使用要求。其次，才是我们考虑的结构设计问题，桥梁结构系统是桥梁工程大系统的一个子系统。
2．1桥梁抗震结构设计
桥梁结构系统整体不等于部分之和。单个基本构件，比如单个桥梁支座，是无法实现跨越峡谷甚至海峡的目的的，而多个构件按照一定的构造规则组成悬索桥或斜拉桥就可以实现。
2.1.1桥梁抗震支座和消能构件
桥梁支座是桥梁上、下部结构的连接点，是桥跨结构的支撑部分。抗震支座是抗震结构设计中的支座单元部分，是非常关键的部件。因此，对桥梁支座要正确设置，并经常注意保养维修。
对抗震性能要求较高的地区，应选用抗震性能较好的结构系统，设计支座单元，达到减震目的。在桥梁的抗震和抗风领域中结构控制方式主要是被动控制、主动控制和混合控制，被动控制是通过支座、阻尼器等装置来消耗输入系统的外部环境能量；主动控制是通过主动施加外部能量来抵消和消耗环境输入能量，使偏高平衡状态的系统在新的注入能量流作用下找到平衡。
2.1.2大跨径斜拉桥拉索减震和减振的主要方法
大跨径斜拉索可能发生的振动类型有以下几种：涡激振动、尾流驰振、风雨激振、抖振、空气动力失稳、参数振动、索内共振。抑制振动主要采用被动控制的方法：a）高阻尼橡胶阻尼器。b）油压阻尼器。c）剪切粘滞阻尼器。d）摩擦型阻尼器。e）半主动控制减振器。f）对长索的控制，有油压和粘滞二种结构，还有磁流变等。
2．2桥梁抗震耐久性设计：防腐与防疲劳措施
国内从上世纪90年代开始重视对结构耐久性的研究，大多是从材料和统计分析的角度进行的。长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注，例如防腐与防疲劳方面。
2.2.1缆索系统防腐蚀与防疲劳
现代大跨度桥梁的缆索系统是斜拉桥和悬索桥的主要承重结构，也可以说是桥梁的生命索。一旦缆索系统发生腐蚀，后果是不可想象的。为了保证桥梁的安全和缆索结构的安全，必须对缆索进行防腐保护。
2.2.2大型钢结构防腐中的纳米技术
大型钢结构是大量基础设施的重要组成部分。桥梁中大量采用钢结构。它们存在着严重的电化学腐蚀问题。目前，纳米技术在钢结构重防腐产品中的应用还处于起步阶段。但普遍认为，纳米技术的采用无疑将会给该领域带来巨大的收获。
a)无机覆盖层主体结构纳米化：在无机防腐涂层或表面处理层的情况下，使用特殊方法，可以使覆盖层呈现纳米结构，从而带来一系列膜层性质的变化。通常，覆盖层在化学性质上相对钢基体总是惰性的。如要达到好的防蚀效果与长久不失效，就要求它与基体的结合强度要高，覆盖完整，孔隙率与缺陷少，均匀性好，耐冲击，具有高的强度与一定的韧性。
b)传统有机涂料的性能提升：通过向涂料中添加某些纳米粒子形成纳米复合涂料，可以导致性能的大幅度提高。如TiO2、SiO2、ZnO、Fe2O3等纳米粒子通过对紫外线的散射作用，可以地提高有机涂料的耐老化性。;;;;
c)钢结构自防护腐蚀产物形态控制：耐候钢相对于碳钢有较好的耐大气腐蚀性能，一般不需要表面处理就具有抗蚀性，因而得到广泛应用。但它也存在腐蚀失效问题。近年研究发现，通过表面忏悔处理，可以得到更加致密的腐蚀产物层，该产物具有纳米结构，使防腐蚀性能得到大幅度提高。
3 结论
本文主要分析了跨江跨河、沿湖沿海、跨海入岛等桥梁工程中的抗震系统设计，提出了自己的设计理念和应用前瞻。既要重视桥梁抗震结构的设计，还应注意桥梁抗震耐久性的设计。同时，这个抗震系统设计方法会随着时间的推移，而不断发展进步的，还会有一些不为我们所认知的部分，我们还应继续努力，不断探索。
参考文献
1 段树金.土木工程概论[M].北京:中国铁道出版社，2005
2 孙世国.21世纪土木工程发展趋势刍议[J].北方工业大学学报,2002.9,14(3) 3 刘惟信.机械可靠性设计[M]．第一版,北京：清华大学出版社．1995
4 刘玉彬.工程结构可靠度理论研究综述[J]．吉林建筑工程学院学报,2002,19(2):41-43 5王春剑．公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J] .科技信息,2007(28):376 6公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004
7何向东，奚绍中 . 风雨导致的斜拉桥斜拉索的振动 . 国外桥梁，2000,2
江河湖海桥梁工程中的抗震系统设计
作者：苗卫国
来源：《城市建设理论研究》2013年第09期
摘要：在人类文明的发展史中，桥梁工程占有重要的一页。随着我国高速铁路、高速公路、城市轻轨和地铁的加快发展，铁路桥梁和公路桥梁在祖国各地如雨后春笋般地涌现。本文结合工程实践经验，分析了桥梁及支座设计中的抗震，尤其是分析了江河湖海中的桥梁支座在抗震设计问题和现实意义。
关键词：桥梁抗震结构 耐久
中图分类号：TU20文献标识码：A 文章编码：
1引言
在人类文明的发展史中，桥梁工程占有重要的一页，土木工程建设在和自然斗争中不断地前进和发展。在我国的现代化建设中，随着国家对维护海洋权益方面的重视，桥梁工程将延伸到东海到南海。
1．1中国及周边地震频发
中国古代木桥、石桥和铁索桥都长时间保持世界领先水平，为世人所公认。我国的桥梁工程建设从20世纪50年代起，尤其在近年来，新结构、新材料、新技术大力研究、开发和应用，发展之快，数量之巨，令世界各国惊叹不已。随着我国高速铁路、高速公路、城市轻轨和地铁的加快发展，铁路桥梁和公路桥梁在祖国各地如雨后春笋般地涌现。
2011年3月11日发生的日本9.0级超强地震作为该国历史上发生过的最强烈地震之一，将注定被载入史册。这次的大地震按照9.0级计算，是人类有记录历史以来发生过的第四大地震。2008年5月12日发生在我国四川省的汶川大地震，遇难6.9万人。1923年9月1日，日本关东大地震引起大火，7万多人在火灾中丧生。1920年，发生在我国海源8级大地震，因滑坡和泥石流死亡10多万人，超过地震原生灾害。这些都让我们记忆忧心。
1．2国家开始重视海洋权益和海洋经济快速发展
十八大报告中多次提到海洋这个词，其中在“关于优化国土空间开发格局”以及“国防和军队现代化”中都提到了海洋权益、海洋安全，加上中国不断提升海军和空军力量，中国未来将更重视海洋国土安全和海洋权益的维护。2013年3月，改革后的国务院机构设置中重新组建国家海洋局，负责研究制定国家海洋发展战略，统筹协调海洋重大事项，促进海洋经济持续、健康、快速发展。在不久的将来，在我国的东海钓鱼岛、南海南沙群岛上会建设桥梁工程。
1．3必须设计桥梁抗震耐久支座
近几年来世界各国发生的大地震，给桥梁设计和建设敲响了警钟。地震的惨痛教训对桥梁抗震提出了新的课题，如何解决桥梁设计中的抗震问题，摆在了桥梁设计者和桥梁施工者的面前。尤其是在大江大河、沿海、沿湖、东海、南海等桥梁工程上，考虑到有海水对桥梁腐蚀的影响，因此在设计桥梁时，除了必须设计抗震结构外，还必须重视桥梁抗震结构的耐腐蚀作用。
2桥梁工程抗震系统设计
桥梁是由多种材料、不同结构组合而成的复杂系统。桥梁总体设计是一个很复杂的问题。首先要适应地形、水文、地质等自然条件的限制，符合桥面交通和通航的使用要求。其次，才是我们考虑的结构设计问题，桥梁结构系统是桥梁工程大系统的一个子系统。
2．1桥梁抗震结构设计
桥梁结构系统整体不等于部分之和。单个基本构件，比如单个桥梁支座，是无法实现跨越峡谷甚至海峡的目的的，而多个构件按照一定的构造规则组成悬索桥或斜拉桥就可以实现。
2.1.1桥梁抗震支座和消能构件
桥梁支座是桥梁上、下部结构的连接点，是桥跨结构的支撑部分。抗震支座是抗震结构设计中的支座单元部分，是非常关键的部件。因此，对桥梁支座要正确设置，并经常注意保养维修。
对抗震性能要求较高的地区，应选用抗震性能较好的结构系统，设计支座单元，达到减震目的。在桥梁的抗震和抗风领域中结构控制方式主要是被动控制、主动控制和混合控制，被动控制是通过支座、阻尼器等装置来消耗输入系统的外部环境能量；主动控制是通过主动施加外部能量来抵消和消耗环境输入能量，使偏高平衡状态的系统在新的注入能量流作用下找到平衡。
2.1.2大跨径斜拉桥拉索减震和减振的主要方法
大跨径斜拉索可能发生的振动类型有以下几种：涡激振动、尾流驰振、风雨激振、抖振、空气动力失稳、参数振动、索内共振。抑制振动主要采用被动控制的方法：a）高阻尼橡胶阻尼器。b）油压阻尼器。c）剪切粘滞阻尼器。d）摩擦型阻尼器。e）半主动控制减振器。f）对长索的控制，有油压和粘滞二种结构，还有磁流变等。
2．2桥梁抗震耐久性设计：防腐与防疲劳措施
国内从上世纪90年代开始重视对结构耐久性的研究，大多是从材料和统计分析的角度进行的。长期以来，人们一直偏重于结构计算方法的研究，却忽视了对总体构造和细节处理方面的关注，例如防腐与防疲劳方面。
2.2.1缆索系统防腐蚀与防疲劳
现代大跨度桥梁的缆索系统是斜拉桥和悬索桥的主要承重结构，也可以说是桥梁的生命索。一旦缆索系统发生腐蚀，后果是不可想象的。为了保证桥梁的安全和缆索结构的安全，必须对缆索进行防腐保护。
2.2.2大型钢结构防腐中的纳米技术
大型钢结构是大量基础设施的重要组成部分。桥梁中大量采用钢结构。它们存在着严重的电化学腐蚀问题。目前，纳米技术在钢结构重防腐产品中的应用还处于起步阶段。但普遍认为，纳米技术的采用无疑将会给该领域带来巨大的收获。
a)无机覆盖层主体结构纳米化：在无机防腐涂层或表面处理层的情况下，使用特殊方法，可以使覆盖层呈现纳米结构，从而带来一系列膜层性质的变化。通常，覆盖层在化学性质上相对钢基体总是惰性的。如要达到好的防蚀效果与长久不失效，就要求它与基体的结合强度要高，覆盖完整，孔隙率与缺陷少，均匀性好，耐冲击，具有高的强度与一定的韧性。
b)传统有机涂料的性能提升：通过向涂料中添加某些纳米粒子形成纳米复合涂料，可以导致性能的大幅度提高。如TiO2、SiO2、ZnO、Fe2O3等纳米粒子通过对紫外线的散射作用，可以地提高有机涂料的耐老化性。;;;;
c)钢结构自防护腐蚀产物形态控制：耐候钢相对于碳钢有较好的耐大气腐蚀性能，一般不需要表面处理就具有抗蚀性，因而得到广泛应用。但它也存在腐蚀失效问题。近年研究发现，通过表面忏悔处理，可以得到更加致密的腐蚀产物层，该产物具有纳米结构，使防腐蚀性能得到大幅度提高。
3 结论
本文主要分析了跨江跨河、沿湖沿海、跨海入岛等桥梁工程中的抗震系统设计，提出了自己的设计理念和应用前瞻。既要重视桥梁抗震结构的设计，还应注意桥梁抗震耐久性的设计。同时，这个抗震系统设计方法会随着时间的推移，而不断发展进步的，还会有一些不为我们所认知的部分，我们还应继续努力，不断探索。
参考文献
1 段树金.土木工程概论[M].北京:中国铁道出版社，2005
2 孙世国.21世纪土木工程发展趋势刍议[J].北方工业大学学报,2002.9,14(3) 3 刘惟信.机械可靠性设计[M]．第一版,北京：清华大学出版社．1995
4 刘玉彬.工程结构可靠度理论研究综述[J]．吉林建筑工程学院学报,2002,19(2):41-43 5王春剑．公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J] .科技信息,2007(28):376 6公路桥涵设计通用规范.北京:人民交通出版社,2004
7何向东，奚绍中 . 风雨导致的斜拉桥斜拉索的振动 . 国外桥梁，2000,2