1.2　桥梁减隔震基本理论

按常规方法建造的桥梁，其抗震设计是通过结构中某些选定的构件产生非弹性（非线性）响应对地震产生的能量进行耗散来实现的。这样的非弹性响应以结构的破坏为代价，造成直接的维修损失（主要损失）、间接的损失（可能性的建筑物封闭、变更交通路线或住址以及商业贸易的中断）和可能性的事故（受伤、死亡）。更为重要的一点是，传统的抗震分析和设计方法并没有对结构的变形和破坏进行精确地评估，因此更不会对可能造成的直接和间接的损失和伤亡进行预测。

抗震保护系统，在此认为包括地震（基础）隔震支座和阻尼器（能量耗散）装置，其作用在于减轻地震给桥梁和建筑物带来的振动反应。通常隔震支座安装在桥梁的梁和墩之间以及建筑物的基础和第一个承重层之间。对于桥梁构造来说，一般采用隔震装置的目的是：①减小上部结构和基础结构的受力（加速度）；②在桥墩和相邻墩之间实现力的重分配。

目前应用到桥梁中的隔震系统都具有的特征包括：①能够隔离水平向地震的振动效应；②利用本身的消能机理来减少位移量。在大多数情况下，桥梁的基本振动周期可以延长超过3倍，周期的延长可以显著地减小桥梁上层结构的加速度响应[周期的变化情况如图1-1（a）所示]。结构受力（加速度）的减小显著降低了桥梁的修建成本，并且在设计地震动作用下，这些桥梁仍处于弹性阶段（不会造成损坏）。图1-1（b）为安装有隔震系统的桥梁的位移响应情况。需要指出的是，几乎所有的位移都发生在隔震装置上，而没有发生在上部结构、桥墩或相邻墩上。

图1-1　隔震装置原理

由于采用隔震系统，引起上部结构位移增大，并对桥梁的伸缩缝产生不良影响。为了控制位移量，降低对伸缩缝的要求和隔震支座的花费，通常在隔震装置中加设阻尼（能量耗散）。在美国西部应用较多的两类桥梁隔震支座为：铅芯橡胶支座（LR）和摩擦摆支座（FP），它们是通过滞回的能量耗散来实现其功能的。图1-2为LR和FP支座的侧向剪力与侧向位移的关系曲线。

采用能量耗散装置（阻尼器）减少了桥体变形量并减轻了地震灾害，保护了桥梁的结构部件。通过特定功能构件的滞回作用或黏滞阻尼特性来实现能量的消耗。阻尼器并不是桥梁中抵抗重力荷载装置的一部分。阻尼器想要发挥作用，需要获得一定的相对位移或相对速度来耗散能量。在桥梁结构中，仅有几处可以产生这样较大的相对位移，如：①作为混合装置的一部分；②在斜拉桥和悬索桥的构造中。图1-3显示了斜拉桥中安装在桥面和桥塔间的液体黏滞阻尼器。

图1-2　在LR和FP支座中的滞回衰减

图1-3　在斜拉桥中阻尼器的典型安装