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【摘 要】 簡要介紹橋梁減隔震技術(shù)的研究現(xiàn)狀，簡要介紹了現(xiàn)有的橋梁減隔震裝置，并同傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設計相對比，討論了結(jié)構(gòu)采用隔震技術(shù)的一些特點，最后展望了橋梁減隔震技術(shù)與理論的未來發(fā)展趨勢，以促進對減隔震技術(shù)在橋梁工程領域的應用和發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 橋梁 抗震 減隔震裝置 減隔震技術(shù)

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設計方法是依靠增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件自身的強度、變形能力來抗震的。該方法中，容許很大的地震能量從地面?zhèn)鬟f給結(jié)構(gòu)，而橋梁抗震設計主要考慮的問題就是如何為結(jié)構(gòu)提供抵抗這種地震作用的能力。盡管通過適當?shù)倪x擇塑性鉸的位置和仔細設計構(gòu)件的細部構(gòu)造可以確保結(jié)構(gòu)的整體性和防止結(jié)構(gòu)倒塌的發(fā)生，但結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生損傷是不可避免的。近幾十年來，為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，一些研究人員提出一些新的抗震技術(shù)，主要包括減隔震技術(shù)、被動控制技術(shù)、主動控制技術(shù)以及混合控制技術(shù)等。

減隔震是指通過采用減隔震裝置來盡可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運動或支座運動分離開來，大大減少傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量。在滿足正常使用要求的情況下，這種分離或解耦是通過增加系統(tǒng)的柔性和提供適當?shù)淖枘醽韺崿F(xiàn)的。被動控制、主動控制及混合控制技術(shù)均屬于結(jié)構(gòu)控制技術(shù)范疇，結(jié)構(gòu)控制技術(shù)是指在工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設某種裝置、或某種機構(gòu)（如耗能支撐等）或某種子結(jié)構(gòu)（如調(diào)頻質(zhì)量等）或施加外力（外部能量輸人），以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性或動力作用，確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的各種附屬物的安全。從本質(zhì)上說，減隔震方法也是結(jié)構(gòu)控制方法中的一種，屬于被動控制技術(shù)的一種。

1.橋梁減隔震裝置簡介

經(jīng)過近40年的發(fā)展，減隔震技術(shù)給傳統(tǒng)的地震工程領域帶來了強大的活力，也不斷涌現(xiàn)出不同類型的新型裝置，根據(jù)不同的目的和用途可以簡要分為以下幾類：（1）耗能減震裝置：黏滯阻尼器、黏彈性阻尼器、電流變阻尼器、磁流變阻尼器，以及金屬類阻尼器，如軟鋼阻尼器、鉛阻尼器、記憶合金阻尼器及約束屈曲支撐（BRB）等;（2）柔性橡膠支座：疊層板式橡膠支座、鉛芯橡膠支座（LRB）、高阻尼橡膠支座（HDRB）、填充鋼珠橡膠支座等;（3）滑動摩擦類支座：純滑動摩擦支座（如四氟滑板支座）、摩擦擺式支座（FPS）、雙曲面球型支座、多球面滑動摩擦支座;（4）組合型減隔震裝置：如橡膠支座與滑動支座的組合支座、拉索減震支座;（5）連接、限位裝置：如Lock-up 鎖定裝置、耗能擋塊、耗能限位器等。

2.同傳統(tǒng)抗震設計相比采用隔震技術(shù)的一些特點

通過設計隔震系統(tǒng)，全面降低地震荷載，并改善降低后的地震荷載在上部結(jié)構(gòu)各支座間的分布，以保護橋墩、橋臺，必要時還保護上部結(jié)構(gòu)。由于增大了上部結(jié)構(gòu)各支座的總?cè)岫群妥枘幔沟卣鸷奢d減小，又由于使支座剛度與下部結(jié)構(gòu)強度相關(guān)，荷載分布也得以改善。

采用隔震系統(tǒng)后，在同等造價情況下可達到比傳統(tǒng)抗震設計高的抗震性能，如保護墩柱，降低其延性需求等。

傳統(tǒng)抗震設計的非彈性響應分析還存在許多不確定性，這是因為恰當模擬構(gòu)件的非線性及構(gòu)件屈服后的弱化行為通常較困難。但對于隔震結(jié)構(gòu)，若采用全保護隔震設計，非線性僅局限于隔震裝置，因隔震裝置的力學特性相對于構(gòu)件的力學性能要清楚得多，從而易于得到較可靠的分析結(jié)果。

3.橋梁減隔震技術(shù)與理論的未來發(fā)展趨勢

自上個世紀70 年代減隔震技術(shù)應用于橋梁工程領域以來，國內(nèi)外的工程師和研究人員開發(fā)了許多類型的減隔震裝置，隨著減隔震技術(shù)已越來越廣泛地應用于強地震區(qū)橋梁設計與加固工作，表現(xiàn)出一些新的發(fā)展趨勢：

（1）減隔震設計從傳統(tǒng)梁式橋擴展到了大跨度橋梁，如舊金山金門大橋（懸索橋） 就在上部結(jié)構(gòu)加裝了較多黏彈性阻尼器以進行抗震加固;2005 年希臘建成的里翁-安蒂里翁跨海大橋通過在橋塔基礎與地基之間設置滑移墊層以及在主橋（斜拉橋）加裝液體黏滯阻尼器，使之可抵御水平、豎向各2 m 的斷層運動位移及強烈地震動作用。

（2）多種減隔震裝置組合應用已獲得更優(yōu)的橋梁減震方案，除前面提到的智利Amolanas 橋和美國Bill Emerson Memorial 斜拉橋外，美國加州南部91 /5 公路橋在兩橋臺上組合使用了橡膠支座和液體黏滯阻尼器。

（3）減震裝置與橋墩等結(jié)合形成損傷可控或具自復位功能的新型構(gòu)件或結(jié)構(gòu)體系。如El-Bahey等提出了在雙柱式排架之間設置剪切鋼板或屈曲約束支撐等可更換耗能裝置，用以消耗地震能量以保護排架本身免于地震損傷的設計概念。孫利民等則提出了設置耗能型輔助墩，將墩間的剪切型連桿或屈曲約束支撐等耗能構(gòu)件設計為“保險絲”，以達到保護斜拉橋主塔的目的。

（4）中國高速鐵路橋梁的減隔震技術(shù)有較大的發(fā)展空間。我國高速鐵路運行里程和建設規(guī)模已局世界前列。高速鐵路橋梁與公路、一般鐵路橋梁相比具有如下不同抗震特點：1）為保證列車高速平穩(wěn)運行，橋墩、支座體系剛度要求高，位移限制嚴格，這也意味著其要承受更大的地震荷載;2）高速鐵路橋梁占比大，行車密集，地震時列車位于橋上概率極大，即便采取緊急剎車，其到完全靜止所用時間也與強震持續(xù)時間相當。橋梁抗震設計必須要保證運行列車的充分安全，堅決杜絕脫軌及傾覆事件發(fā)生;3）地震過后高速鐵路首要任務是在盡短的時間內(nèi)恢復通車，這要求橋梁要滿足地震損傷可控及具備被快速修復條件。

如前所述，傳統(tǒng)的公路橋梁減隔震技術(shù)未必適用于鐵路橋梁，更不適用于高速鐵路橋梁。因此，深入開展高速鐵路橋梁抗震問題研究，發(fā)展適用的減隔震技術(shù)，已顯很是急需、迫切。

（5）第三代結(jié)構(gòu)設計理論是減隔震橋梁發(fā)展的必然選擇。“第三代結(jié)構(gòu)設計理論”將是以結(jié)構(gòu)生命周期中的整體可靠性設計為主體，以現(xiàn)代固體力學理論、結(jié)構(gòu)動力災變分析理論和耐久性設計理論、工程隨機系統(tǒng)分析理論為支撐，以結(jié)構(gòu)全壽命周期中的服役功能可靠為目標的新一代設計理論。支座在全壽命周期內(nèi)力學特性隨時間和環(huán)境變化、健康監(jiān)測技術(shù)、震后損傷探測與評估等涉及到的問題都有待深入研究。

【參考文獻】

[1] 范立礎，王志強：我國橋梁隔震技術(shù)的應用Journal of VibrationEngne， Vo1.12 No.2，1999.7

[2] 王東升，韓建平，孫治國，等. 橋梁減隔震技術(shù)的應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 地震工程與工程振動，2017，37（5）：118-128.