大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)橫向消能減震設(shè)計(jì)方法

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1、維普資訊http://www.cqvip.com第19卷第3期Vo1．19No．32006年9月Sep．2006大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)橫向消能減震設(shè)計(jì)方法劉偉慶，徐秀麗，吳曉蘭，王仁貴。(1．南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇南京210009；2．中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院，北京100010)摘要：橋梁消能減振技術(shù)是通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上合理設(shè)置耗能裝置來(lái)增加結(jié)構(gòu)阻尼、吸收地震等其它外界因素作用下的振動(dòng)能量，減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)。本文結(jié)合杭州灣大橋工程南航道橋，提出在斜拉橋主梁與過(guò)渡墩、輔助墩之振間沿橫向設(shè)置粘滯阻尼器，來(lái)控制大跨橋梁的橫向地震反應(yīng)。分析表明，采用阻尼消能減震技術(shù)，不僅可有效地減眥少大跨橋梁的橫向地

2、震反應(yīng)，而且還可同時(shí)限制橋面橫向溫度變形，保護(hù)伸縮縫。動(dòng)V工關(guān)鍵詞：斜拉橋；粘滯阻尼器；橫向；減震設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào)：U448．27；TU352．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：lOO44523(2006)03—0426—07程ELkucki，Satitama和瀨戶(hù)大橋采用了TID系統(tǒng)，日學(xué)引言本Higashikobe斜拉橋索塔采用了TICD系統(tǒng)等。橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)的大量應(yīng)用，有效地提高了撂g一大跨橋梁通常是交通運(yùn)輸?shù)臉屑~工程，投資大，大跨橋梁的抗震抗風(fēng)安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適度。在大對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有著重大影響；如果在地震中一旦遭到跨橋梁中設(shè)置粘滯阻尼器，可以提高結(jié)構(gòu)的附加阻破壞，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失

3、，并嚴(yán)重影響到災(zāi)區(qū)尼，大幅度消耗結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，減少結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反的抗震救災(zāi)和恢復(fù)重建。因此，對(duì)大跨橋梁采取合應(yīng)；而且由于粘滯阻尼器為速度相關(guān)型，不會(huì)給結(jié)構(gòu)理、有效的抗震措施以確保其在大震中的安全性，具附加剛度，也不約束橋梁沿縱、橫向的溫度變形，在有十分重要的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。大跨橋梁的抗震抗風(fēng)設(shè)計(jì)和加固方面具有很好的應(yīng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是通過(guò)增加結(jié)構(gòu)的剛度和用前景。本文結(jié)合杭州灣大橋南航道橋工程，探討大強(qiáng)度來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，但這在一定程度上是跨橋梁的橫向消能減震設(shè)計(jì)方法。不經(jīng)濟(jì)的，也是不安全的I】]。因此，大跨橋梁的振動(dòng)控制技術(shù)研究成為目前橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法研1消能減震設(shè)計(jì)原理與計(jì)算模

4、型究的熱點(diǎn)課題。橋梁的振動(dòng)控制技術(shù)主要包括隔震、消能減震、調(diào)頻質(zhì)量阻尼系統(tǒng)等I5]。橋梁消能減震消能減震技術(shù)是利用消能裝置，增加結(jié)構(gòu)的阻技術(shù)是在橋梁結(jié)構(gòu)上設(shè)置消能裝置，如扭轉(zhuǎn)梁與懸尼或能量耗散能力，使之在地震發(fā)生時(shí)消耗傳人結(jié)臂梁等軟鋼消能裝置、鉛阻尼器、粘滯阻尼器等，依構(gòu)體系的振動(dòng)能量，從而降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)(如圖靠消能裝置吸收振動(dòng)能量，從而達(dá)到減小橋梁結(jié)構(gòu)1所示)。振動(dòng)反應(yīng)的目的；新西蘭的BoltonStreet橋等在采用隔震技術(shù)的同時(shí)，使用鉛阻尼器來(lái)限制橋梁的位霎移l_7]，美國(guó)采用粘滯阻尼器對(duì)金門(mén)大橋等進(jìn)行抗震加固，中國(guó)重慶鵝公巖大橋和上海盧浦大橋也采用粘滯阻尼器以減少主梁在地震、車(chē)

5、輛和風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生的縱向位移。調(diào)頻質(zhì)量阻尼技術(shù)在大跨斜拉橋、懸索橋的風(fēng)振控制中，也有許多成功的例子，周期如蘇格蘭Kessock斜拉橋主梁、東京港懸索橋橋塔圖1位移反應(yīng)譜以及中國(guó)九江大橋等采用了TMD減振系統(tǒng)，日本收稿日期：2004—07—24；修訂日期：2006—04—18基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(50378044)；江蘇省社會(huì)發(fā)展基金(BS2002044)維普資訊http://www.cqvip.com第3期劉偉慶，等：大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)橫向消能減震設(shè)計(jì)方法消能減震結(jié)構(gòu)的動(dòng)力平衡方程可表達(dá)為Elo]式中廠(chǎng)(f)為阻尼力，轉(zhuǎn)換到結(jié)構(gòu)整體坐標(biāo)系中即Mti(f)+Ca(f)+Ku(f)+R(

6、f)ⅣL—R(f)(1)為式(1)中的R(f)；Cd為阻尼系數(shù)；a為阻尼指數(shù)；式中C，M和K分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度矩b為阻尼器相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。陣，它們均為方形矩陣，其維數(shù)等于結(jié)構(gòu)總的未知節(jié)點(diǎn)位移數(shù)N，岡0度矩陣中只包含結(jié)構(gòu)的彈性剛度而2工程概況與計(jì)算模型忽略了非線(xiàn)性單元上的剛度di(t)，it()，()和R()分別為節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t的加速度、速度、位移和作用在2．1工程概況節(jié)點(diǎn)上的外部荷載；R(f)為在時(shí)刻t所有減震單元杭州灣大橋南航道橋是一座獨(dú)塔雙索面斜拉的總的節(jié)點(diǎn)力向量，該參數(shù)每一時(shí)刻均需根據(jù)各減橋，橋長(zhǎng)578m，跨徑為100m+160m+318m。橋塔震單元本身的非線(xiàn)性特性和其在上一

7、時(shí)刻的變形來(lái)為鋼筋混凝土A型塔，橋面以上塔高160m。主梁采重新計(jì)算。用扁平閉El流線(xiàn)型鋼箱梁，主梁頂寬37．1m．梁縱作為消能裝置的粘滯阻尼器，一般由缸體、活塞軸線(xiàn)處高3．5m。斜拉索為扇形雙索面體系，索面由和流體組成，它對(duì)結(jié)構(gòu)控制的機(jī)理是：當(dāng)活塞與缸筒40對(duì)索組成，在主梁上索間距一般為15m，在左邊之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于活塞前后的壓力差使流跨過(guò)渡墩附近間距為7．51TI。采用群樁基礎(chǔ)，其總體體阻尼材料從活塞孔中通過(guò)