粘滞阻尼器和Lock-up装置在连续梁桥抗震中应用

近年来,我国逐渐在一些桥梁结构中使用了可提高结构抗震性能的减隔震装置,如隔震支座、阻尼器(地震响应校正装置)等。对应用较广的粘滞阻尼器和Lock-up装置的工作机理进行了介绍,对其在连续梁桥抗震中的应用进行了研究,通过实际桥例探讨了两种装置对连续梁桥抗震性能改进的有效性,并对其实用的局限性也进行了分析。研究的结果可供桥梁工程设计人员和科研人员参考。     

三塔混凝土自锚式悬索桥减震装置参数研究

基于Midas-civil软件,以某三塔混凝土自锚式悬索桥为工程背景,采用时程分析方法研究了横向橡胶抗震挡块刚度和纵向粘滞阻尼器参数对三塔混凝土自锚式悬索桥的地震响应的影响,并选出了减震装置的最优参数。结果表明:横向抗震挡块刚度对于三塔混凝土自锚式悬索桥的横桥向振型和地震响应有很大的影响,阻尼系数C和速度指数α对粘滞阻尼器的减震效果也有显著的影响。本例桥横向橡胶挡块的最优刚度范围为600～900 MN/m,最优粘滞阻尼器参数为C=3000～4000 kN/(m/s),α=0.3～0.4。     

高烈度区人行桥阻尼器参数分析

采用MIDAS建立一座高烈度区人行桥的有限元计算模型,分析其动力特性,并采用非线性时程分析法对比了不同阻尼器参数下(阻尼系数C和速度指数α)的地震响应。分析结果表明:设置粘滞阻尼器后,可有效降低结构关键部位在地震作用下的相对位移,避免了相邻构件之间可能发生的碰撞。     

大跨连续梁桥中设置粘弹性阻尼器的减震效果研究

采用有限元结构分析软件Midas Civil,建立了跨径为(62+100+62)m的预应力混凝土连续梁桥的两种三维有限元模型,应用反应谱法分析了该桥在设置粘弹性阻尼器前后两种情况下的地震响应,讨论了大跨桥梁在安装粘弹性阻尼器前后的减震效果。结果表明,在大跨连续梁桥中设置粘弹性阻尼器能有效控制连续梁桥的地震响应:减小桥梁墩底内力、墩顶与梁体相对位移,其减震效果显著。     

Lock-up装置在连续梁桥中应用的优化研究

以某5跨连续梁桥为工程背景,对Lock-up装置的工作性能和机理进行了分析。采用非线性时程分析方法,对地震中Lock-up装置锁止速度和Lock-up装置的位置对桥梁减震的影响进行了分析,得到了Lock-up的最优锁止速度和该桥的最优减震方案。结果表明:对于多跨连续梁桥,Lock-up装置可以很好地提高桥梁的整体抗震性能;从经济和减震效果看并不是越多的Lock-up装置越好。     

基于随机振动的液体黏滞阻尼器参数优化

为克服参数敏感性分析方法在研究液体黏滞阻尼器最优阻尼参数时计算工作量大、分析效率低的缺点,利用随机振动理论推导了桥梁上部结构振动系统的理论最优阻尼比,得到了线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式.采用能量等效原理,进一步推导了非线性液体粘滞阻尼器的最优阻尼系数的解析表达式.以某连续梁桥为例,采用动力时程法分析了参数的敏感性.分析结果表明:桥梁用线性液体粘滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5,其对应的阻尼系数可以使阻尼器的减震效率达到最大值.与线性阻尼器相比,非线性阻尼器的最优阻尼系数和最优阻尼力分别降低了55%~67%及16%~22%.      

线性粘滞阻尼器布置方案对框架结构地震反应的影响

为研究线性粘滞阻尼耗能框架的地震反应,采用SAP2000分析了一座10层框架结构安装线性粘滞阻尼器之后,在地震作用下的地震反应。考虑了五种不同的阻尼器布置方案,其中三种方案为对称布置,但阻尼器布置位置不同;两种方案为非对称布置,且其中一种方案只在结构一侧布置阻尼器,由此探讨了阻尼器布置方式对框架结构地震响应的影响。可得对称布置方案结构各楼层减震效果良好,并且三种布置方案地震反应和减震效果基本相同;非对称布置方案相对前三种布置方案减震效果较差,这是由于阻尼器布置不对称,使结构产生了扭转,增大结构地震反应。因而阻尼器应在结构中灵活对称布置,不宜采用非对称形式布置。     

随机地震动下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究

为研究随机激励作用时粘滞阻尼器在结构中的实际减振效果,开展了随机地震动作用下粘滞阻尼减震结构振动台试验研究. 振动台试验中,采用基于物理随机地震动模型生成的地震动样本作为台面输入. 通过对有控和无控模型结构响应的均值、标准差以及概率密度函数等进行比较,系统分析了粘滞阻尼器的消能减震效果. 结果表明:有控模型结构层间位移响应显著减小,楼层剪力均方根值取得一定的减振效果,而大多数楼层绝对加速度响应出现不同程度增大;随机地震动作用下模型结构动力响应的变异性显著,且不同试验地震动样本输入时粘滞阻尼器取得的减振效果不同;粘滞阻尼器-钢支撑系统工作时能给被控结构提供一定的附加刚度和附加阻尼,使得结构动力特性产生变化,进而改变结构地震响应;有控模型结构底层位移响应的均值及标准差在地震动作用时段内均显著减小,且底层位移响应在各时刻的概率密度函数的分布宽度及其形态较无控时发生明显变化.      

某半飘浮体系独塔斜拉桥抗震性能研究

为研究半飘浮体系下独塔斜拉桥的抗震性能,以某全长415 m 的两跨组合梁斜拉桥为例,采用大型有限元分析软件Midas Civil,建立动力有限元模型,分别对其进行自振特性、反应谱和非线性时程分析,并评价其抗震性能。结果表明:仅设置竖向支撑的飘浮体系独塔斜拉桥一阶振型为塔梁纵飘,应在其纵桥向设置粘滞阻尼器以限制主梁位移;横桥向设置抗风支座的传统硬抗体系已经难以适应较大的地震烈度,必须采取有效的减隔震方案,以适当降低控制截面的地震响应。根据案例桥梁的结构特点,综合考虑各控制截面的地震响应,选取合适的阻尼参数,在桥塔和主梁间布置横向独立钢阻尼装置,并在过渡墩和主梁间布置弹塑性钢阻尼支座,该布置方式对大桥的减震效果最佳,证明此减隔震设计方案合理可靠。     

斜拉桥减震控制

以润扬大桥北汊斜拉桥为研究对象,运用有限元软件ANSYS建立了该斜拉桥结构的计算模型,选用粘滞阻尼器作为降低结构地震反应装置,确定两种粘滞阻尼器的布置方案,通过对比分析表明,在主梁和主塔横梁间以及辅助墩间设置纵向阻尼器的方案为最佳控制方案。