广州大学 土木工程学院 广东广州 510006
摘要：我国地处于地壳运动活跃的地带，建筑结构在稳固承载建筑本身以及其他的配套设施之余要有足够的能力在剧烈的地质灾害中幸存下来。自上世纪 70 年代以来，结构减隔震理论和应用取得长足发展，目前建筑结构减隔震技术已日趋成熟，其推广应用也得到重视。综述了结构减隔震技术概念、应用前景，旨在为结构抗震设计研究和工程应用提供参考。
关键词：消能减震技术；隔震技术；应用发展
一、引言
自20世纪70年代以来，人们不断探索和创新促进了结构减隔震技术的长足发展。尤其最近20年，结构减隔震研究及应用处于崭新的历史时期，有学者指出抗震设计理论发展可分为四个阶段即从静力设计阶段到反应谱设计阶段、动力设计阶段，再到基于性态的振动控制设计理论阶段。上世纪 70、80 年代结构抗震设计进入到基于性态的振动控制设计理论阶段。所谓基于性态设计是指为控制结构应对不同地震强度建立不同的性态水准和指标，从而在地震作用下维持所期望的性态，达到减轻或避免地震危害的目的。第四阶段的突出标志是人们将振动控制理论成功引入到结构工程领域，形成了“结构振动控制理论”并获得迅速发展，成为抗震设计史上的一个重要里程碑，是理论的一次重大变革。结构振动控制分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制，其中被动控制理论和技术的应用使建筑结构具有耗能减震功能强、性能稳定、性价比高等特点，在国际上得到广泛研究和应用。被动控制技术是指在原结构上附设不需要外部输入能量的振动控制装置，从而减轻或避免地震危害的技术。其中的结构减隔震技术因其具有突出的应用优势成为目前国内外研究的主流方向。
二、结构隔震技术
传统的抗震技术是把建筑物上部结构和基础牢固地连接在一起，用更粗的钢筋、更多的混凝土浇注，但这样抗震效果并不理想。建筑结构隔震技术，是在房屋基础、底部或下部结构与上部结构之间设置隔震层，以延长整个结构体系的自振周期，阻隔输入上部结构的地震作用，减小结构的振动，达到预期防震要求。目前常用的隔震措施主要有橡胶垫隔震装置、滑移隔震和滚动隔震。
（一）橡胶垫隔震装置
橡胶垫隔震装置由钢板和橡胶交替叠合而成。钢板作为橡胶支座的加劲材料，改变了橡胶体竖向刚度较小的特点，使其既能降低水平地震作用，又能承受较大竖向荷载。橡胶垫隔震装置包括天然橡胶垫、标准多层橡胶垫、内包阻尼体橡胶隔震垫、铅芯橡胶隔震垫等。橡胶隔震垫技术发展已比较成熟，隔震装置竖向承载力大，具有稳定的弹性复位功能，且隔震周期长、阻尼比大。研究结果表明，采用橡胶垫隔震装置可以把地震80%左右的能量抵消，上部结构的设防烈度可降低1～2度，具有较大的安全储量，隔震效果明显，性能可靠稳定，是目前最常用的一种建筑结构隔震技术。但目前使用最多的橡胶隔震垫，由于橡胶的老化和耐久性能会影响到隔震效果以及隔震装置的使用，因此，还有待进一步研究。
（二）滑移隔震
滑移隔震是在房屋基础底面处设置钢摩擦滑板、石墨、砂料、涂层垫层及聚四氟乙烯等材料形成滑移层，当建筑物遭遇地震时，通过该处不连续界面的滑移错动，部分切断地震波的传播，限制上部结构的地震反应。地震发生时，滑移层发生滑动，结构自振周期变大，滑动隔震能防止地震波产生的共振效应。缺点是滑移层滑动后难以自动复位。
三、结构消能减震技术
相对于隔震技术阻隔输入上部结构的地震作用，减震技术则是立足于消耗或吸收输入上部结构的地震能量，包括耗能减震技术和吸震减震技术。
在结构物某些部位（如支撑、剪力墙、连接缝或连接件）设置减震装置，通过该装置产生摩擦、弯曲（或剪切、扭转）、弹塑性（或黏弹性）滞回变形来耗散或吸收地震输入结构的能量，以减小主体结构的地震反应，从而避免结构产生破坏或倒塌，达到减震的目的。小震作用下，这些减震装置处于弹性状态，使结构具有足够的侧向刚度以满足正常使用要求；当发生强震时，减震装置率先进入非弹性状态耗散或吸收地震能量，以减小主体结构的动力反应，从而有效保护主体结构不受损伤或破坏。
（一）减震阻尼器
减震阻尼器通过增加结构阻尼，耗散传入结构的地震能量来减小结构所受的振动。减震阻尼器种类繁多，根据减震耗能机理的不同，可分为位移相关型阻尼器和速度相关型阻尼器。位移相关型阻尼器耗能能力与位移大小相关，既有一定刚度调节结构，又有一定耗能能力，提供附加阻尼比；速度相关型阻尼器耗能能力与速度大小相关，变形速度越快，阻尼力越大。其中，常见的位移相关型阻尼器有金属阻尼器和摩擦阻尼器，常见的速度相关型阻尼器有粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器。
（二）屈曲约束支撑
屈曲约束支撑（BRB）是一种将支撑和耗能阻尼器合二为一的耗能减震产品，利用套管给支撑芯材提供约束，抑制支撑受压屈曲。防屈曲支撑一般由核心单元、约束单元和滑动机制单元（无粘结材料）3部分组成。普通支撑受压会产生屈曲现象，在地震作用下滞回性能较差。屈曲约束支撑仅芯材与其他构件连接，所受的荷载全部由芯材承担，外套筒和填充材料仅约束芯材受压屈曲，使芯材在受拉和受压下均能进入屈服，滞回性能优良，可全面提高传统支撑框架在中震和大震作用下的抗震性能。
四、减隔震技术应用与前景
减隔震技术作为建筑结构减轻地震灾害的新技术，近年来得到不断应用。目前建筑结构减隔震技术已取得较为全面的研究和发展，基于不同的减隔震原理，研发出了各种不同类型的减震装置和隔震装置，各类建筑物可根据实际需求选择相应的减隔震装置。一些建筑由于使用该类技术，在经历汶川、芦山等地震考验后没有受到损坏，与周围大量房屋倒塌形成鲜明对比，从而保障了人民生命财产安全，产生了良好的社会效益。有鉴于此，建筑减隔震技术具有重大的应用推广价值，中央及地方各级政府也曾先后发文强制或推荐在房屋建筑工程中推广应用减隔震技术。
五、结语
现代结构减隔震理论和技术的探索走过了40多年的历程，研究者围绕以各类隔震装置、阻尼器和以其为核心单元的减隔震结构体系构建进行了不懈努力，在性能分析、参数优化、多功能复合、布置规划、新材料应用等多方面不断涌现出丰硕的创新技术和应用成果，持续推进了结构消能减振技术的发展。当前，在信息技术、智能技术和新材料科学迅猛发展背景下，多功能复合减隔震装置的创新研发，以及构建以其为核心构件的减隔震结构体系将成为未来的发展趋势。
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作者简介：
李炫，1996年出生，男，汉族，湖南邵阳人，广州大学硕士研究生，研究方向：建筑结构与材料。