日本隔震設(shè)計由來已久，其間遭受了幾次大地震的洗禮，經(jīng)過數(shù)代學者的探索，發(fā)展至今。特別是1995年阪神大地震之后，日本橋梁隔減震技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，積累了豐富經(jīng)驗，技術(shù)日趨成熟。
阪神大地震
01.
隔震概念的起源
隔震的概念由來已久，古代日本在建設(shè)寺廟時就沿用中國傳統(tǒng)方法，一層沙一層粘土交互鋪墊下部基礎(chǔ)，比如現(xiàn)存京都的三十三間堂，屹立不倒已750余年。
京都的三十三間堂
自上世紀60年代開始，新西蘭、日本、美國等國家就開始了對隔震技術(shù)的系統(tǒng)研究。
70年代起，新西蘭學者W.H.Robinson等率先研發(fā)了鉛芯橡膠支座，極大地推動了隔震技術(shù)的工程應(yīng)用。
然而隔震的概念真正應(yīng)用到橋梁中是在1980年以后。隨著隔震建筑的應(yīng)用逐漸推廣逐漸開始得到應(yīng)用，日本的國土交通省，一批頂尖的研究人員開展了由上至下研發(fā)隔減震橋梁的各種嘗試。
經(jīng)過多年研究，終于在1991年發(fā)表了他們的研究成果，也就是第一個公路橋梁隔震設(shè)計指南草案。同年日本第一個隔震橋梁——宮川橋竣工，這也宣告了日本橋梁隔震的誕生。
日本第一座隔震橋?qū)m川橋
02.
日本隔震橋梁的發(fā)展
早期的公路橋梁一般都采用鋼制的橡膠支座或移動支座。
在橋軸方向，考慮到橋梁上部結(jié)構(gòu)因溫差產(chǎn)生的收縮，一般橡膠支座布置在中央橋柱，其他橋柱和橋臺就需要布置滑動支座，以滿足上部結(jié)構(gòu)收縮。因此這樣的橋梁就需要中間橋柱很強，其他橋柱較弱，因為地震時只有中間橋柱抵抗水平地震力。
抗震橋與隔震橋的區(qū)別
在隔震橋梁出現(xiàn)之前就有很多橋梁使用橡膠支座，主要是把地震水平力分散到各個橋柱上，以增強橋梁整體抗震性能。
水平力分散橋不是嚴格意義上的隔震橋，其抗震能力的提高主要是靠水平力分散，但其客觀上起到了一定延長周期的作用，也增加了結(jié)構(gòu)變形能力。
在1995年兵庫縣南部地震中，傳統(tǒng)式樣的抗震橋梁遭受了慘重打擊，鋼制支座損害嚴重，甚至導致落橋。
而使用了橡膠支座的橋梁卻基本沒有嚴重的損傷，橡膠支座竟無一破壞。從此，日本興起建設(shè)隔減震橋的潮流，1995年之后建設(shè)的新橋梁大部分是隔減震橋，對舊橋進行加固改造時，也經(jīng)常將橋梁支座更換為隔震支座，采用隔減震的方法增加橋梁的抗震性能。
03.
橋梁隔震支座
橡膠隔震支座從原來單一的純天然橡膠支座，發(fā)展出了加鉛芯的LRB和人工合成高分子粘彈性材料的高阻尼橡膠(HDR)，甚至高阻尼橡膠中加入鉛芯的彈簧約束型鉛芯橡膠支座SPR-S。
鉛芯橡膠支座LRB
鉛芯橡膠支座LRB利用橡膠的彈性變形和鉛的塑性耗能分別起到延長的作用。
由于鉛芯所占比例可以調(diào)節(jié)，所以在設(shè)計上有一定的靈活性。而且LRB的特性穩(wěn)定，大變形情況下的超彈性硬化現(xiàn)象比較小，但由于鉛芯必須被有效約束，不然就會變成只有橡膠在變形，因此可加入的鉛芯是有限度的。
然而由于LRB需要大量使用鉛，其未來對環(huán)境的影響還不明確，所以后來研發(fā)了對環(huán)境負擔比較小的高阻尼橡膠HDR。
HDR隔震支座
HDR使用的是人工合成高分子材料，又稱之為粘彈性材料，除了用于HDR隔震支座還可用于HDR阻尼器，也有人稱之為粘彈性阻尼器或橡膠阻尼器等。
SPR-S隔震支座
結(jié)合了LRB和HDR兩者優(yōu)點的SPR-S，其耗能能力更是有飛躍性的提升。
04.
面臨的問題
雖然在阪神地震等大地震中，隔震支座無一破壞，然而在2011年東日本大地震和2016年熊本地震的時候，均發(fā)生了橡膠支座破壞的現(xiàn)象。其中，不排除設(shè)計不當和橡膠支座性能不均一等因素，但其中主要原因被認為是與橡膠支座的老化有關(guān)。
2011東日本大地震破壞嚴重
雖然隔震支座的老化原因還有待進一步研究，但總體上與其室外使用環(huán)境有關(guān)，如長期受到雨水沖刷、紫外線輻射等，還與在橋端經(jīng)歷反復伸縮及轉(zhuǎn)動變形等因素有關(guān)。
因此，隔震支座的后期維護極為重要，一是要對隔震支座進行定期檢查維護；二是在設(shè)計制作時就要考慮在出現(xiàn)老化或在地震中受損后可以及時更換。
資料參考：《日本橋梁隔震的發(fā)展歷程簡介》黨紀；《隔震技術(shù)在建筑物抗震設(shè)防中的應(yīng)用和推廣》羅桂純。
