一 、概述
目前
橋梁設(shè)計(jì)者和負(fù)責(zé)
橋梁抗震保護(hù)者已分成尖銳對(duì)立的兩派，一派認(rèn)為減隔振裝置是解決所有抗震問題的最佳方法；另一派認(rèn)為這種方法極不可靠，應(yīng)杜絕使用。由于這種分歧，即便有減隔振橋梁非線性相應(yīng)的良好模擬能力和可靠的生產(chǎn)水平，減隔振設(shè)計(jì)在大震中的相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)也仍然有限。另一方面安全標(biāo)準(zhǔn)的建立又與變化的保護(hù)系數(shù)和相應(yīng)參數(shù)有關(guān)，而為建立這種安全標(biāo)準(zhǔn)的研究還不完善，這也是將來研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。
就目前來看，設(shè)計(jì)隔振橋梁應(yīng)采用較大的安全系數(shù)，減隔振器裝置必須進(jìn)行測(cè)試和非線性時(shí)程分析，
橋梁檢測(cè)中心必須慎重的進(jìn)行周期性檢查和裝置的重新測(cè)試。由于設(shè)計(jì)參數(shù)選擇余地大，因此，很難找到一個(gè)簡單的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，所以減隔振器也難以做到規(guī)范化。因此，最終的設(shè)計(jì)必須進(jìn)行更可靠的核查，其作用也必須用能模擬其真實(shí)響應(yīng)的模型來加以證實(shí)。
二、隔振器和耗能裝置
（一）常用隔振裝置的特性
減隔振體系提供附加水平柔度和能量耗散的同時(shí)，也必須能夠支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)物，這三種功能 同時(shí)集在一個(gè)裝置上，或者也可以用不同的組成部分來提供這些功能。例如，傳統(tǒng)的橋梁采用將連續(xù)梁面板支在四聚氟乙烯支座上來承受溫度變形，其位移可用液壓和粘滯
阻尼器加以限制，而且這些方法均可耗散額外能量。
除了減隔振體系改變震動(dòng)周期和增加結(jié)構(gòu)阻尼以外，選擇減隔振體系時(shí)尚需仔細(xì)考慮以下幾個(gè)參數(shù)；
重復(fù)準(zhǔn)靜力荷載下的變形能力（即初始剛度）；
屈服力和位移‘
極限位移和達(dá)到極限后的特性；
變形后的恢復(fù)能力；
豎向剛度；
以下介紹目前世界上主要常用的隔振裝置和它們的主要特性：
1、分層橡膠支座
對(duì)橋梁的上部結(jié)構(gòu)做簡單的隔振裝置是圓形或矩形橡膠支座，但這種支座也有許多缺點(diǎn)，這主要與豎向荷載作用下的大變形有關(guān)。在支座中插入一些水平鋼板后大部分大部分缺點(diǎn)都能克服，因?yàn)檫@些彈性支座墊片不但能使豎向剛度得以增加，也增大了只坐在水平荷載作用下的穩(wěn)定性，如圖6.5所示。因主要由橡膠控制特性，這種支座的反應(yīng)大致呈線性。因此，如果沒有其他構(gòu)件來提高其阻尼和非地震荷載下的穩(wěn)定性，通常很少采用這種支座，除非所用橡膠具有很高的內(nèi)阻尼。
支座的數(shù)量、形狀和設(shè)計(jì)由要傳遞的豎向荷載控制。假如最大水平位移已設(shè)定，則支座的強(qiáng)度將與作用面積成正比，與橡膠層厚度成反比，而這又決定了支座的豎向和轉(zhuǎn)動(dòng)剛度。橡膠層總厚度（層數(shù)）將對(duì)支座最大允許側(cè)向位移和振動(dòng)周期產(chǎn)生重要影響。
2、鉛芯橡膠支座
以上所述分層橡膠支座有許多顯著的優(yōu)點(diǎn)，然而也存在阻尼的增長幾乎可忽略以及在低靜載下變位較大等有關(guān)的基本缺點(diǎn)。插入鉛芯后（如圖6.7所示）由于鉛芯能耗散地震影響應(yīng)時(shí)的能量和增加靜載下的支座剛度，得到這種簡單裝置能滿足一個(gè)良好隔振體系的大部分要求，因此，在橋梁中這種裝置的應(yīng)用很廣。
鉛金屬合適的力學(xué)性能使其成了一種能與分層橡膠支座聯(lián)合作用的最佳
材料：較低的屈服剪切強(qiáng)度（約10MPa），足夠高的初始剪切剛度（約等于130MPa），基本呈彈塑性特征以及塑性循環(huán)下良好的疲勞特性。對(duì)一個(gè)鉛芯直徑為支座直徑的1/4的支座，如果考慮橡膠的特性，容易驗(yàn)證支座的初始水平剛度約增長了10倍，這在風(fēng)荷載和制動(dòng)力作用時(shí)具有顯著優(yōu)點(diǎn)。鉛芯的響應(yīng)基本呈理想彈塑性曲線，因此屈服后，支座剛度將與普通橡膠支座相同。如圖6.7所示。分層橡膠支座的最大側(cè)向力可由剛度和允許位移求得，其近似計(jì)算公式如下：
Vr= （1----1）
其中假的Gr=1MPa，A’/A=0.5，正方形支座寬度為B（mm）,高為h（mm），Vr單位為N,再假的鉛芯直徑為B/4，剪切剛度為10MPa,則鉛芯所受最大水平力可由下式求得：
Vl= （1---2）
或近似為 Vl=B2/2
對(duì)一個(gè)總高度為h、寬度為B、鉛芯直徑為支座邊長的1/4的支座，鉛芯與橡膠對(duì)支座總強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大致相當(dāng)。圖6.8表示支座理想的力----位移滯回歸線。鉛芯支座幾何尺寸及受力特征如下：橡膠直徑650mm,鉛芯直徑170mm，豎向壓力3159KN,水平力頻率0.9HZ，沖程90mm。虛線表示普通橡膠支座，實(shí)線表示鉛芯橡膠支座。
為了得到減隔振體系的期望特性，顯然鉛芯的形狀可作為一個(gè)附加設(shè)計(jì)變量。圖6.9概括了鉛芯和橡膠支座幾何形狀變化定性的影響。隔振器的屈服強(qiáng)度與鉛芯尺寸成正比，而屈服后的剛度則與橡膠支座成正比，隨著橡膠平面尺寸的增大而增大，橡膠高度的減小而增大。
實(shí)驗(yàn)表明，在一個(gè)很大的頻率范圍包括典型地震頻率在內(nèi)，鉛芯橡膠支座對(duì)應(yīng)變率的依賴性很小，并且在重復(fù)荷載下具有較強(qiáng)的穩(wěn)定特性（20圈后最大位移處耗能能力大約減少20%），而且其溫度依賴性也不強(qiáng)（60°C溫度變化大約引起30%的內(nèi)力變化）。鉛芯橡膠支座在徐變荷載下的影響也較好；在典型溫度引起的速率上，鉛芯的剪切應(yīng)力大約減少為較高地震加速率時(shí)的30%。由橡膠產(chǎn)生的彈性恢復(fù)力也足以將結(jié)構(gòu)推回初始位置。
鉛芯橡膠支座將周期偏移和阻尼增加結(jié)合到一個(gè)簡單的豎向支承上了，因此，成為橋 梁隔振經(jīng)濟(jì)而有效的方法。然而必須注意，鉛芯的增加也使大部分在分層橡膠支座下具有的自恢復(fù)特征喪失了。因此必須注意從制作的角度出發(fā)，為保證鉛芯的純受剪特性，鉛芯必須又鋼板良好的約束住，這將保證滯回線對(duì)較大范圍的豎向荷載均不敏感，因此，鉛芯圓柱應(yīng)略大于預(yù)留圓柱。
3、滑動(dòng)支座
不銹鋼—四氯乙烯支座作為橋梁上部結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)支座大約已使用了四十多年，這種支座允許橋梁產(chǎn)生溫度位移。在極低速率，例如溫度和徐變推到下，四氯乙烯在不銹鋼板上的摩擦系數(shù)約為0.02~0.03（依靠潤滑劑）；但在典型地震速度和
橋梁支座壓力下，摩擦系數(shù)卻相當(dāng)高，約在0.10~0.15之間變化，但這種支座需要定期予以檢查和維修。四氯乙烯支座的相應(yīng)幾乎為完全剛塑性，因而其能量耗散能力極大。由于等效屈服強(qiáng)度依賴于摩阻系數(shù)，這點(diǎn)就有些不太可靠。該體系沒有任何自恢復(fù)力，故存在滑動(dòng)較大甚至支座脫開的可能性。
由于相應(yīng)的可預(yù)測(cè)性和可靠性都不盡人意，也由于沒有任何自恢復(fù)力，四氯乙烯支座必須和其他裝置一起使用才能成為一種隔離裝置。四氯乙烯支座如與鋼板阻尼器或橡膠支座聯(lián)合使用，將產(chǎn)生良好的組合效果。對(duì)前者，所有豎向力將由四氯乙烯承擔(dān)，其摩阻系數(shù)將保持在最低值，而鋼板阻尼器則可提供部分自恢復(fù)力和額外的阻尼。對(duì)后者，豎向力由兩種體系分擔(dān)，四氯乙烯支座的軸向力將有所降低，而橡膠支座將提供一個(gè)自恢復(fù)力。橡膠支座與四氯乙烯支座也可組合成一個(gè)上下疊合體系，以在受力小于支座滑動(dòng)力時(shí)提供足夠柔度。
當(dāng)滑動(dòng)支座的概念和擺錘式響應(yīng)的概念相結(jié)合時(shí)，就產(chǎn)生了一種概念上有趣的隔振體系，即摩擦擺錘體系（簡稱FPS），如圖6.10所示，這個(gè)原理可由下圖6.11說明。橋面重力支撐于滑動(dòng)在一球面的滾軸上，因此，任何一個(gè)水平運(yùn)動(dòng)都將產(chǎn)生一個(gè)重力的豎向提升，如忽略摩阻，該體系的運(yùn)動(dòng)方程就近似與一質(zhì)量相等的擺錘運(yùn)動(dòng)，擺錘長度為球面曲線半徑。對(duì)一自重為W，質(zhì)量為M,曲線半徑為r的擺錘，顯然其振動(dòng)周期Tp和相關(guān)剛度Kp分別為（g為重力加速度）： Tp=2П1/2 （1---3）
Kp= （1---4）
對(duì)低于支座材料摩阻力的水平力，這種支座的力—位移響應(yīng)呈剛性，承受較大荷載時(shí)則與Kp成正比，換言之，當(dāng)水平力超過摩阻力時(shí)，結(jié)構(gòu)將以Tp為周期作擺動(dòng)。
它與相似形狀的橡膠支座相比，豎向承載能力、側(cè)向剛度和振動(dòng)周期的變化與支座尺寸變化的數(shù)量級(jí)相同。
三、結(jié)束語
盡管摩擦擺錘體系（FPS）支座具有很多顯著優(yōu)點(diǎn)，但在國內(nèi)很難見到這種支座用于
橋梁結(jié)構(gòu)中，也許這種技術(shù)的發(fā)展較新的緣故（或者還有
其它因素制約），建議我國橋梁研究工作者大力推廣應(yīng)用。
