基础隔震技术是一种利用减、隔震装置将结构与基准面解耦来降低主体结构地震作用的控制技术，近几十年来在国内外诸多重要工程中成功应用，其有效性已经在数次地震中得到证实．近年来，GB 18036—2015《中国地震动参数区划图》和GB/T 51408—2021《建筑隔震设计标准》都在传统“三级地震作用”基础上修改为“四级地震作用”，即在多遇、基本(设防)和罕遇地震作用的基础上增加了极罕遇地震作用[1-2]．随着极罕遇地震作用的引入，基础隔震体系的基底位移是否依然满足隔震支座位移限值要求及上部结构是否仍然具有在设防地震和罕遇地震作用下的良好抗震性能值得进一步探讨．一般而言，采用基础隔震技术后，隔震体系上部结构地震反应大大降低，从而导致上部结构处于线弹性状态[3]．但随着地震动强度的增加，上部结构极有可能进入弹塑性状态．为此，国内外学者对于基础隔震体系上部结构进入弹塑性状态后的动力特性及灾变机理开展了进一步研究[4-5]，发现：a. 基础隔震体系上部结构一旦出现弹塑性变形，其延性需求的发展比相应的基底固定结构要快；b. 随着地震动强度的增加，基础隔震体系上部结构与相应基底固定结构具有相同数量级的可靠性；c. 适用于基底固定结构的R-μ-T(地震力调整系数-延性系数-结构周期)关系，不适用于基础隔震体系上部结构．为了定量描述基础隔震体系上部结构的非线性响应特征，Yaghmaei-Sabegh等[6]以两自由度隔震体系为对象，分析拟合了非线性上部结构塑性位移比的简化设计公式．上述研究集中在基础隔震体系上部结构的动力特性和响应特征，对与之相关联的隔震支座水平剪切变形并没有加以考虑．朱宏平等[7]以两自由度体系(简化模型)和多自由度体系(纤维模型)的铅芯橡胶支座(LRB)隔震体系为对象，系统研究了在设防、罕遇和极罕遇地震作用下LRB隔震系统力学性能参数和上部结构屈服承载力对于隔震体系地震响应的影响．为了准确预测极罕遇地震下基础隔震体系的动力响应，确保隔震系统和上部结构适应相应的性能需求，亟须在基础隔震系统性能评估与提升方面作进一步研究．本研究综述了近年来国内外橡胶隔震支座、摩擦摆支座、被动自适应隔震系统及组合隔震系统的理论与试验研究成果，重点分析了复杂环境条件下基础隔震系统的性能演化规律与性能提升方法，总结了现有研究存在的不足，为基础隔震系统性能评估与提升提供参考．1 橡胶隔震支座1.1　橡胶隔震支座的力学模型橡胶隔震支座的基本力学性能主要包括水平与竖向刚度、屈服荷载、阻尼特性等．为全面掌握其力学行为，准确预测隔震体系动力响应，国内外学者研究大变形、竖向压力变化及加载速率等影响橡胶隔震支座力学性能的规律，提出了多种力学模型．a. 双线性滞回模型Nagarajaiah等[8]开发的LRB双线性滞回模型已广泛应用于3D-BASIS，SAP2000等分析程序．该模型形式简洁、应用方便，但无法考虑大变形、竖向压力变化和加载速率等因素对支座性能的影响．b. 半经验模型Koh和Kelly[9]建立了考虑橡胶隔震支座剪切与弯曲变形的半经验分析模型．Nagarajaiah等[10]提出了可模拟橡胶隔震支座非线性及临界行为的力学模型．Iizuka[11]基于Koh-Kelly模型提出可描述橡胶隔震支座硬化、屈曲等大变形特性的分析模型．Yamamoto等[12]考虑橡胶隔震支座水平与轴向力耦合作用建立了多弹簧力学模型，Kikuchi等[13]在此基础上建立了考虑强化和屈曲行为的三维模型．Ryan等[14]利用双线性弹簧对Koh-Kelly模型进行了改进．c. 唯像模型Kikuchi等[15]基于试验研究建立了适用于高阻尼橡胶支座(HDRB)、LRB和硅橡胶支座大剪切应变的滞回模型．Grant等[16]建立了可表征HDRB刚度、阻尼和退化响应的应变速率无关模型．Abe等[17]研究发现支座水平恢复力耦合效应显著，建立了考虑耦合效应的橡胶隔震支座模型．d. 有限元模型Osgooei等[18]采用三维有限元法计算分析了隔震橡胶支座的动力响应特性．Das等[19]通过建立有限元分析模型考察了加载方向等因素对橡胶支座动力响应特征的影响．Ohsaki等[20]通过有限元分析模型研究了强震作用下橡胶隔震支座的动力响应分布特征．上述模型经国内外学者的改进已较为成熟，可描述支座大变形特征及复杂应力相关行为，并且已经应用于通用大型结构动力分析软件[21]．1.2　橡胶隔震支座的温度效应1.2.1　考虑温度效应的支座理论模型Hwang[22]对简化隔震结构模型在0~28 ℃不同温度下开展了正弦加载试验，结果表明支座等效刚度和最大剪应变均呈现出温度强相关性，进而提出了温度相关的支座理论模型．Kalpakidis等[23]试验研究了铅力学性能的温度相关性，提出了可预测LRB内部温度、耗能能力和特征强度随应变历程变化的理论，建立了可考虑铅芯加热效应的LRB模型．Shirazi[24]研究了铅芯的温度效应和滞回生热对LRB力学特性的影响，提出了预测支座内部温度分布的方法．此外，也有不少学者利用温度影响系数，考虑环境温度对橡胶隔震支座性能的影响[25-28]．1.2.2　温度效应的影响Ozdemir等[29]研究了近场地震作用下LRB隔震桥梁的支座位移和剪力峰值的响应规律，将考虑和不考虑支座性能退化两种情况的分析结果与规范AASHTO1999要求进行了对比，并研究了铅芯自热效应对双向地震下LRB隔震体系响应的影响[30]．石岩等[31]分析了温度对于隔震桥梁动力反应的影响，研究表明忽略低温影响将导致桥墩底部剪力及弯矩的严重低估．何文福等[32]对LRB进行了疲劳温度效应试验研究，发现支座疲劳温度效应引起的支座温度变化量与初始屈服应力成正比，与支座高度成反比．1.3　SMA复合型橡胶隔震支座形状记忆合金(SMA)是一种近几十年发展起来的新型智能材料，具有独特的形状记忆效应和超弹性效应，可恢复应变很大(常温为6%~8%，而普通材料为0.2%)，弹性模量随着温度的升高而增大，并且抗疲劳和耐腐蚀性能好，许多学者开展了SMA力学性能试验及本构模型方面的研究[33-34]，为SMA在土木工程领域的应用提供了可能．目前，SMA在结构抗震中取得了良好的应用效果，包括在隔震装置、耗能装置和位移控制装置等方面[35]．传统隔震支座缺点是隔震频带较窄，对多频特征的地震波不具备有效的减震效果，难以实现结构隔震的智能化[36]．为此，研究者将SMA引入到桥梁隔震中：通过将SMA绞线布置于橡胶支座的上下钢板之间，利用支座的相对变形使SMA绞线受拉来增加隔震耗能效果．空间布置方法使SMA能适应支座大变形，SMA连接方式更为简洁．由于SMA复合隔震支座具有良好的抗震性能，因此得到了众多研究人员的重视．Clark等[37]最先将镍钛SMA丝多重环绕在圆柱体橡胶支座周围，试验结果表明：位移减小50%，输入到结构中的能量也大大减少，但会出现加速度放大的现象．Bhuiyan等[38]考虑了隔震支座类型、SMA丝布置方式、不同材质和直径的影响．Dezfuli等[39]将SMA丝双交叉布置在LRB上，提出了复合支座承受竖向压力荷载和单向水平剪切荷载的滞回模型．文献[36，40-42]通过在普通叠层橡胶支座四周布置SMA丝，充分利用SMA的超弹性特性，作为叠层橡胶支座恢复力或耗能的补充．文献[43-45]分别对板式滑移支座、滑移铅芯橡胶支座、摩擦摆支座和SMA形成的复合型支座进行了试验研究和参数分析，证明了SMA对支座阻尼和自复位特性的有效性．曹飒飒等[46]提出一种新的复合型支座，研究表明在不同地震强度下该SMA支座具有多级设防特性．橡胶隔震支座在我国土木工程隔震中得到了广泛工程应用，它虽然具有良好的耗能能力，但残余变形比较大，如果将两者结合起来，既能进一步提高支座的耗能能力，又能发挥SMA强大的自复位能力．然而，SMA复合隔震支座的滞回特性与SMA丝的布置方式、材料特性、SMA丝与连接钢板连接方式、温度等因素有密切关系；因此，为了探明SMA复合隔震支座的耗能机理，须要进一步开展相应的理论和试验研究．2 摩擦摆支座2.1　传统摩擦摆支座Zayas等[47]于1985年研制出一种由低摩擦材料与高强抗压、耐腐蚀钢板组成的摩擦副耗能隔震装置，称作摩擦摆支座(FPB)，特有的圆弧滑动面使其具有自动复位机制和良好的稳定性．文献[48-49]针对FPB隔震体系性能开展了试验研究，结果表明：FPB具有对地震动激励的频率范围敏感性低的特征，在温度、时间、热运动等影响下可保持性能稳定，能够改善工程结构抗震性能．李大望等[50-51]提出了地震作用下FPB隔震体系振动状态转换条件，分析了FPB隔震体系振动性态特征和地震反应谱规律．Oh和Kim[52]证明FPB可显著增加桥梁抵抗地震荷载的能力．Llera和Almazán[53]证明FPB可控制非对称结构的横向扭转响应．Tsai等[54]提出了FPB隔震体系的分段式响应计算方法．近断层地震作用下，沿断层破裂方向有长周期、强速度与位移脉冲[55]，隔震体系的基础最大位移与上部结构最大加速度可能有放大现象，这将危及工程结构安全．Kasalanati[56]对近断层地震作用下FPB滑块高速滑移和抗拉能力进行了试验研究．Jangid[57]研究了近断层地震作用下FPB隔震性能及FPB参数优化问题，指出FPB最佳摩擦系数介于0.05～0.15之间．孙颖等[58]研究了长周期地震作用对FPB隔震性能及碰撞效应影响．Mazza和Sisinno[59]研究了FPB隔震建筑结构非线性动力行为．2.2　新型摩擦摆支座近十几年来国内外学者研制出多种新型FPB[60]．Tsai等[61]证明了复式FPB具有稳定的力学性能和良好的隔震效果．Fenz等[62]基于平衡协调条件提出了广义的复式FPB恢复力模型，可考虑不同的上、下滑动面曲率及摩擦系数．彭天波等[63]分析了地震作用下该复式FPB产生竖向位移的原因和影响因素．邓雪松等[64]探讨了摩擦系数、球面半径对复式FPB复位机制及耗能机制的影响规律．Ponzo等[65]分析了序列地震动激励对FPB隔震体系累计残余变形的影响．Becker和Mahin[66]提出了表征三重FPB力学行为的非线性模型．Moeindarbari等[67]研究了近断层地震作用下三重FPB隔震体系的优化设计问题．韩强等[68]建立了四重FPB力-位移关系的非线性恢复力模型，研究了该模型的合理性．Sodha[69]提出六重FPB的非线性模型，分析了近、远场地震作用下该FPB隔震体系地震响应特征．三维地震作用下FPB隔震体系可能因弯矩过大致使FPB支座受拉而隆起，滑块与滑道脱离接触后，难以正常发挥作用．Roussis等[70]研制出一种由两个正交反向凹梁组合而成的抗拉拔FPB，建立了表征其力学行为的数学模型．薛素铎等[71]提出一种新型构造的竖向抗拉拔FPB，研究了桩-土-结构相互作用下该FPB对网壳结构地震响应的控制效果．以上所提FPB具有诸多优越性，但在应用中仍存在一些技术问题亟须研究解决：FPB虽具有一定的自动复位能力，但不能保证完全复位，震后隔震体系仍可能存在残余位移；FPB滑移块在滑动过程中摩擦生热，对于长持时强震作用下FPB隔震体系性能可能有不良影响，须要在理论研究、数值模拟及实验研究中加以考虑与解决；FPB隔震性能与接触面摩擦系数紧密相关，摩擦系数越大，上部结构滑移量越小，但上部结构加速度响应越大，如何选取与实现合适摩擦系数材料以兼顾滑移位移与加速度的控制仍须进一步深入研究；如何对现有FPB进行优化以完善其功能，并开展可靠性、耐久性和经济性研究是一项须迫切解决的实际问题．3 被动自适应隔震系统被动自适应隔震的概念由Fenz等[72]于2008年提出，他们据此设计出一种被动自适应FPB．该FPB内外曲面的曲率半径不同，使隔震支座具有变刚度特征；凹面各处摩擦系数也有所差异，使支座在不同的位移状态下具有不同的阻尼．通过将FPB滑移面设计成曲率变化的曲面，达到改变隔震体系刚度和自振频率的目的．Tsai等[73]研制出一种具有自适应功能的变频率FPB，该支座可通过改变滑动关节与沟形凹槽滑移面之间的角度连续改变结构的自振频率和调整支座的复位和阻尼能力．Morgan[74]研制出一种多阶段FPB，结果表明该支座在不同的反应阶段逐步展现出不同的滞回特性．Panchal和Jangid[75]研究了近、远场地震作用下变频率FPB隔震体系的抗震性能，分析了摩擦系数和滑动面中心的基本周期对结构地震反应的影响．樊剑等[76]设计了含限位装置的变频率FPB，在不增加任何外部能量的情况下，使隔震体系在不同设防水准的地震输入下表现出不同的结构性能特点，满足多重结构抗震性能目标．洪越等[77]提出一种改进的变频率FPB，在大变形下可保持滑块与滑道的良好接触．张亚飞等[78-79]提出了一种轨道式变频率FPB，具有变刚度和阻尼的特征．赵桂峰等[80]提出了一种梯队式变刚度钢管砼短柱基础隔震装置，该装置依靠钢管砼短柱的弯曲耗散能量，设置限位挠度曲面实现变刚度效果．张玉良等[81]在此基础上建立了该隔震装置的力学分析模型．Dicleli[82]利用带空隙橡胶弹性支座，使隔震桥梁在近断层地震下梁体不发生过大位移，而下部支柱内力也得到有效控制．龚微等[83]提出了一种基于磁流变阻尼器的负刚度自适应控制方法．付伟庆等[84]提出了一种被动变阻尼装置，其阻尼系数随速度大小阶梯变化．刘涛等[85]提出了一种阻尼自适应刚度装置，该装置根据结构响应可自适应地表现为正刚度、负刚度和准零刚度．近年来，一些学者提出了多种被动自适应隔震装置的专利：谭平等[86]发明了一种多级变频变摩擦FPB，通过合理地布置摩擦面使支座具有刚度和阻尼自适应性且具有较强自复位能力；杜修力等[87]发明了一种自适应多球面FPB，设置不同球面的曲率半径和摩擦系数，具有自适应调节刚度和阻尼的特性；熊世树等[88]发明了一种自适应正负刚度隔震支座，可根据位移大小表现为正、负刚度的特性；葛胜锦等[89]发明了一种变频率FPB，通过滑块组件实现在不同曲率半径下支座摩擦面接触的自适应性；罗文杰等[90]发明了一种自适应复合滑移隔震支座，该支座由上连接板、下连接板和叠层支座主体组成，还设置了缓冲垫圈，对滑动位移起限制作用．以上所提的各种刚度和阻尼随位移可变的隔震体系均具有一定的自适应能力，较优地满足结构不同水准抗震性能设计需求．然而，若使该类支座在工程中得到广泛的应用，则仍有许多技术问题须要解决．例如：自适应FPB构造较为复杂，针对其在大变形条件下的稳定性和竖向承载能力仍须深入研究；变频率FPB虽有变刚度的功能，但无变阻尼功能，如何使该类支座具有变阻尼功能是今后值得研究的课题；多级刚度(阻尼)装置的刚度、不同阻尼形式的优化组合及变刚度和变阻尼的级数等因素对隔震体系性能的影响还须进一步研究．4 组合隔震系统传统隔震系统常采用单种类隔震支座，由于受到支座自身性能的制约，难以适应复杂场地条件下大型工程结构的隔震性能需求．随着减隔震技术的迅速发展，减隔震装置种类日益丰富，联合使用多种减隔震装置，建立优势互补的新型高性能组合隔震系统，已逐渐演变为隔震技术领域的发展趋势．4.1　滑移组合隔震系统组合滑移隔震系统利用叠层橡胶支座产生向心复位力，通过摩擦滑移支座耗能和隔离地震作用，兼具自复位和耗能隔震功能．Constaninou等[91]对白噪声激励下滑移组合隔震体系进行了优化设计．Chalhoub等[92]研究表明滑移组合隔震系统可以有效地控制基底位移，且不明显增加基底剪力．Maseki等[93]研究了不同强度地震作用下滑移组合隔震高层结构的地震响应．吕西林等[94]证明了滑移组合隔震系统良好的自复位及耗能能力．翁大根等[95]提出了一种滑移组合楼面隔震装置，证明了该装置具有良好的隔震性能．魏俊杰等[96]研究了不同类型近场地震作用下滑移组合隔震体系的反应特性．4.2　摩擦摆组合隔震系统为了控制长周期地震动激励下FPB隔震体系基底的大变形，须在隔震层中增设减隔震装置形成摩擦摆组合隔震体系，提升其隔震性能．Makris和Chang[97]研究了近断层地震作用下增设黏滞阻尼器的FPB隔震体系地震响应，通过开展振动台试验发现：增设黏滞阻尼器可有效地控制隔震体系的位移，且不明显增加隔震支座剪力．Dicleli[98]指出在普通橡胶隔震系统中增设FPB，不仅能控制隔震支座位移幅值，还可以有效延长结构体系的基本周期，从而使受到的地震力很小且分布均匀．Providakis[99]对近断层地震下增设黏滞阻尼器的FPS隔震体系进行了抗震性能评估．Gur等[100]提出联合使用FPB和温度调制SMA弹簧形成了FPB组合隔震体系，研究了近场地震作用下该隔震体系的响应特征．4.3　惯质组合隔震系统为了提升传统隔震体系的抗震性能，朱宏平和唐家祥[101]提出了组合使用隔震系统与调谐质量阻尼器(TMD)的控制系统．自Smith[102]提出惯质(Inerter，也译作惯容)的概念以来，国内外学者研制出多种惯质减震装置；这类装置可产生远大于自身质量的表观质量，基本不影响结构自身物理质量而实现对结构的调谐控制[103]．Ye等[104]研究了增设惯质的两自由度隔震体系动力响应特征，利用惯质消除了二阶模态对结构响应的影响．Wang等[105]研究了电磁惯质阻尼器参数对隔震体系动力特性的影响规律，开展了不同场地条件下阻尼器的优化设计．De Domenico等[106]研究了调谐惯性阻尼器(TID)对于隔震体系响应的控制效果并进行TID优化设计．Zhao等[107]提出将调谐黏滞质量阻尼器与FPB相结合，建立了摩擦摆-惯质隔震系统．用惯质和TMD形成调谐质量惯质阻尼器，减少隔震体系基底剪力和动力响应，且无过大行程需求[108]．4.4　磁流变阻尼组合隔震系统王焕定等[109]联合使用磁流变阻尼器(MRD)和普通橡胶隔震支座形成组合隔震系统，研究表明MRD组合隔震系统能适应不同强度地震，有效控制基底位移和上部结构加速度．Rodríguez等[110]针对MRD组合隔震系统提出了一种阻尼力导数反馈的半主动控制策略．杨林等[111]研究表明MRD组合隔震系统能显著减小基底位移并有效控制上部结构的层间位移和加速度．Oliveira等[112]提出结合力跟踪积分和剪切开关自适应规则实时改变MRD阻尼．相较于普通隔震系统，以上所提的各种组合隔震系统在抗震性能上均有一定程度的提升．然而，若使其在工程中得到广泛的应用，仍有许多技术问题须要解决．例如滑移组合隔震系统，虽然具有一定的耗能作用，但在大变形条件下难以提供足够的等效阻尼比，因此长周期地震作用下该隔震系统仍可能产生过大的基底位移；FPB组合隔震系统通过在隔震层中增设阻尼器来控制基底位移，然而针对FPB与阻尼器两种装置优化配置问题的研究仍较少，同时地震作用下该组合隔震系统中FPB产生的竖向变形对阻尼器性能的影响也有待进一步深入研究；惯质组合隔震系统利用惯质减震装置提升隔震性能，然而该装置出力对激励频率高度敏感，在高频地震激励下可能产生过大阻尼力致使装置连接破坏或上部结构加速度响应过大，在多频特征地震波激励下如何兼顾该组合隔震系统基底位移与装置出力的控制仍须进一步研究；MRD组合隔震系统可利用预先制定的半主动控制策略调整MRD出力，然而极端地震作用下该组合隔震系统可靠性及实际控制效果仍须进一步研究检验．5 展望对橡胶隔震支座、摩擦摆支座、被动自适应隔震系统及组合隔震系统的理论与试验研究现状进行综述分析，提出了如下亟须进一步研究解决的关键技术问题．a. 橡胶隔震支座具有良好的耗能能力，但残余变形比较大，SMA复合隔震支座既能进一步提高支座的耗能能力，同时又能发挥SMA强大的自复位能力．然而，SMA复合隔震支座滞回特性与SMA丝的连接方式、材料特性等密切相关，仍须进一步开展相应的理论和试验研究，以探明其耗能机理．b. 现有FPB难以保证完全复位，震后可能存在残余位移，且FPB滑移块在滑动过程中摩擦生热，这对于长持时强震作用下FPB隔震体系性能的影响仍须进一步研究；FPB性能与接触面摩擦系数紧密相关，如何选取与实现合适摩擦系数以兼顾滑移位移与上部结构加速度的控制仍须深入研究．c. 对自适应FPB稳定性、竖向承载能力、限位减震装置的材料选择和几何形状设计等仍须进一步研究；变频率FPB仅有变刚度功能，如何使其具有变阻尼功能是今后值得研究的课题；多级变刚度减震装置不同刚度和阻尼的优化组合及变刚度和变阻尼的级数等对于隔震体系性能的影响还须深入理论研究；在应用方面，对多级变刚度减震装置选型、多级刚度和阻尼的实现方式等也须进一步研究．d. 滑移组合隔震系统在长周期地震作用下可能产生过大的基底位移；FPB组合隔震系统中FPB与阻尼器优化配置的研究仍较少，三维强震作用下FPB产生的竖向变形对阻尼器性能的影响也有待深入研究；在多频特征地震波激励下惯质组合隔震系统如何兼顾基底位移与惯质减震装置出力的控制是今后值得研究的课题；MRD组合隔震系统在强震作用下的可靠性及实际效果仍须进一步研究检验．