土木工程隔震方法综述

康纪平　马燕

摘 要：目前工程常见的隔震系统有叠层橡胶支座隔震系统、滑移支座隔震系统、套管桩隔震系统、弹簧隔震系统、摆动隔震系统。文章将对叠层橡胶支座隔震系统和滑移支座隔震系统进行概述

关键词：隔震；橡胶支座；滑移支座

隔震、耗能减震与其他结构控制技术能为结构控制提供有效、经济、简单、可靠的抗震新方法。隔震技术是采用一种特殊的措施来隔离地震对上部结构的影响，使建筑物在地震时只产生很小的振动，不致造成结构和设施的破坏，并能保证结构物上的重要设备和仪表正常运行。

1 隔震系统概述

1.1 叠层橡胶支座隔震系统。叠层橡胶支座隔震系统是目前工程中最常用的隔振系统，该支座是由一层层的薄钢板和橡胶相互叠置，经过专门的硫化工艺粘合而成，其结构、配方、工艺需要特殊的设计，属于一种橡胶厚制品。隔震橡胶支座的力学性能如下：第一，受压性能。隔震橡胶支座的受压性能的纵向承载能力比橡胶自身大得多，与同样截面的钢筋混凝土柱子相当。第二，受拉性能。隔震橡胶支座受拉时的弹性刚度只有受压时的1/10左右。多层橡胶经过较大的受拉变形后再压缩时，受压刚度降低为初期刚度的1/2左右。第三，耐久性。隔震橡胶支座的耐久性能取决于橡胶。采用耐久性能好的橡胶作保护层，以NR表面覆CR和聚四氟乙烯的橡胶符合支撑体的耐久性可长达100年。因此，隔震橡胶支座作为结构构件，其耐久性能与建筑物寿命相当。常用的橡胶隔震支座有：天然橡胶支座（NB，Nature Rubber Bearing）、铅芯橡胶支座（LRB，Lead plug Rubber Bearing）、高阻尼橡胶支座（HDB，High Damping Rubber Bearing）等。

1.1.1 天然橡胶支座。天然橡胶支座由连接钢板、橡胶层和夹层钢板组成。其基本性能如下：第一，天然橡胶支座竖向承载能力。支持垂直承载力和天然橡胶轴承基本相同；第二，天然橡胶支座的水平变形能力。天然橡胶支座的水平变形能力也很出众，剪切变形达到300%仍能保持稳定.无故障，因此，其抗震能力不错；第三，天然橡胶支座的复位能力。天然橡胶支座具有优良的变形能力与复位能力；第四，天然橡胶支座的耐久性。RB轴承使用lO年后，其性能保持不变，并预计只有3%在60年后下降性能。

1.1.2 高阻尼橡胶支座。国产高阻隔震橡胶支座按照国标GB20688设计的产品又称HDR支座，它是在天然橡胶中加入各种配合剂，用来提高橡胶的阻尼性能（增加滞后损失，降低其储存模量），然后利用这种具有阻尼效果的橡胶制成的与普通橡胶支座结构近似的一种钢板和橡胶通过热硫化构成的叠层产品。该产品隔震性能好，适用范围广，是一款性价比较高的新型桥梁和房屋建筑产品。因其加工制造工艺简单，产品力学性能可靠，在5.12大地震之后得到了广泛的应用和发展。高阻尼橡胶支座有以下优点：第一，竖向承载力、水平恢复力、阻尼（吸能）三位一体；第二，支座滞回特点（载荷-变形曲线）饱满、耗能显著；第三，橡胶配方改进、等效阻尼比可达12%以上；第四，维修管理成本低（无需其他阻尼装置）；第五，大震后残余变形极小，无需更换；第六，高阻尼支座表面覆盖有橡胶保护层，保护内部橡胶不受臭氧、紫外线影响，具有更好的耐老化性，50年等效阻尼比降低不到2%；第七，HDR高阻尼橡胶的温度依存性较低，广泛用于不同气候地区；第八，HDR高阻尼橡胶与天然橡胶一样拥有比较优越的蠕变性能；第九，环保无污染。

1.2 滑移支座隔震系统。基础滑移隔震是把建筑物上部结构做出一个整体，在基础部位设置低摩擦的滑移元件和限位元件等，通过相对滑移和摩擦耗能有效限制地震能量向上部建筑传递和下部反馈。摩擦滑移装置承担上部建筑的全部荷载，而限位机构仅提供水平向的限位作用，此外还可安装阻尼器等耗能装置。因其安全可靠、造价低廉、简单实用受到了工程界的一致认可。研究表明，滑移隔震技术能大大地降低房屋上部结构的地震作用，起到良好的隔震效果，真正做到房屋在罕遇地震下“大震不倒”。基础滑移隔震支座的构造、材料是隔震系统效率高低的关键。目前常用的滑移隔震支座有：砂垫层隔震支座，石墨垫层滑动支座，钢珠、辊轴滚动支座，聚四氟乙烯滑板摩擦支座，回弹滑动支座，滞变-摩擦基础隔震支座，直线式滑动支座等。

1.2.1 砂垫层隔震支座。砂垫层隔震减震是利用基础底面和地基之间一定厚度砂土垫层的大阻尼、易于流动耗能显著及界面相对滑移的特性，实现在地震作用下减轻上部结构动力响应的振动控制。砂垫层隔震属于褥垫层隔震的范畴，在建筑物基础和地基之间铺设一定厚度、密实度和含水量的砂垫层，来控制地面运动向上结构的传递，既要满足建筑物的功能性、使用性、安全性的要求，又要在遇到大地震作用时，保证建筑物不倒塌，从而达到抗震设防的目的。研究结果表明：第一，砂垫层水平刚度较大，多遇地震作用下不能有效地延长结构的自振周期、远离地震动的卓越周期，但通过砂垫层滞回耗能能够减轻上部结构动力响应，一定程度会出现加震的现象；第二，在罕遇地震作用下通过垫层和基础界面相对滑移与砂垫层滞回耗能能够有效地降低上部结构的动力响应；第三，砂垫层隔震结构的动力响应及隔震效果主要取决于砂垫层的土动力学特征参数（厚度、面积、砂垫层土体剪切模量、密度、接触面滑移系数等）和上部结构的动力特征（质量、阻尼、刚度）；第四，随着砂垫层厚度的增加，隔震效果会增加，但不显著；随着砂垫层滑移系数增加，隔震效果劣化；随着地震动强度的增加，砂垫层隔震效果显著增加。

1.2.2 石墨垫层滑动支座。石墨膏泥是较为理想的一种低摩阻滑移材料，一般摩擦系数为0.23，造价低、耐压力大、耐久性好、滑移性能稳定。由此作为摩擦滑移材料的构成的隔震系统造价低，特别适用于我国量大面广的砌体房屋。试验与理论研究都表明了在大地震时，隔震层的构造确实能大大提高多层砖房的抗震性能。石墨垫层隔震系统总体隔震效果好，工程造价低，特别适用于我国量大面广的砌体房屋。但存在设计、耐久性、震后复位等问题。

2 结语

本文总结了两种隔震系统，并概述其隔震性能及优缺点。不过，这些隔震方法的应用有的并不是单一的，因此在选择时，应根据建筑物抗震的需求以及其他条件，合理选用。

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作者简介：康纪平（1993.07- ），女，汉族，四川泸县人，西南科技大学土木工程本科在读；马燕（1993.08- ），女，四川达州人，西南科技大学土木工程专业2012级本科在读。