液体黏滞阻尼器在乌锡线黄河特大桥中的应用研究
大跨度斜拉桥粘滞阻尼器减震体系研究综述

大跨度斜拉桥粘滞阻尼器减震体系研究综述发布时间:2022-05-20T08:39:55.683Z 来源:《建筑实践》2022年41卷第2月第3期作者:卢云松[导读] 如今大跨度斜拉桥的理论研究和工程实践飞速发展,斜拉桥的抗震性能也得到了越来越多的研究和关注。
卢云松重庆交通大学土木工程学院,重庆 400074)摘要:如今大跨度斜拉桥的理论研究和工程实践飞速发展,斜拉桥的抗震性能也得到了越来越多的研究和关注。
本文系统回顾了近20年来国内在采用液体粘滞阻尼器进行斜拉桥抗震体系研究的进展与代表性研究成果,总结了液体粘滞阻尼器的减震作用和局限性,并探讨了阻尼器在斜拉桥减震领域的发展趋势。
研究结果表明:设置液体粘滞阻尼器的约束方式,可以有效地控制地震作用下桥梁结构的纵向和横向位移反应和内力反应,对大跨度斜拉桥的减震具有显著作用。
关键词:斜拉桥液体粘滞阻尼器减震体系一、斜拉桥阻尼器减震体系研究现状现有研究结果表明:半漂浮体系受温度、收缩和徐变的影响较小[1]。
大跨度斜拉桥在倒塌过程中,桥塔均不会产生塑性铰,且卓越周期较长的地震动作用更容易引起斜拉桥结构的倒塌;在塔梁连接处设置粘滞阻尼器和增设辅助墩均可以增强斜拉桥结构的抗震倒塌能力,其中设置粘滞阻尼器的方法效果更为显著[2]。
近年来,运用这种方式进行桥梁的抗震设计正在成为一个研究和应用的热点,并在许多实际工程得到了应用。
(一)液体粘滞阻尼器的工作原理液体粘滞阻尼器设计一般采用双出杆油缸式结构,由油缸、活塞杆、活塞、阻尼孔、粘滞流体阻尼材料等部分组成。
活塞在缸筒内作往复运动,活塞上有相当数量的小孔成为阻尼孔,缸筒内填满了粘滞流体阻尼材料。
由活塞的往复运动带动钢筒内部硅油的流动,分子产生的相对运动不可恢复,分子之间产生内摩擦力,进而转换成热能;另外内部流体与固态缸体表面的摩擦力转换成热能,通过这种方式将地震能转化为分子热能,从而产生阻尼效果,以达到耗能的目的。
(二)粘滞阻尼器作用机理粘滞阻尼器产生的阻尼力与速度的关系表达式为:式中:为阻尼力;为阻尼系数;为结构相对运动速度;为速度指数。
某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

某三跨斜拉桥纵向设置液体黏滞阻尼器阻尼系数优化李世渊;秦晶迪【摘要】以某跨海大桥为例,采用有限元软件MIDAS建立三维空间有限元模型,考虑桩-土效应,研究在地震荷载作用下,阻尼器的阻尼比与阻尼指数之间的关系.根据能量等效原理,推导出非线性阻尼器最优阻尼系数,提出一种阻尼器参数优化的新方法.研究发现:当桥梁设置线性黏滞阻尼器时,体系的最优阻尼比近似等于0.5,与不设置黏滞阻尼器且阻尼比为0.05时的耗能能力近似相等;当阻尼器为非线性时,随着阻尼指数的增大,最优阻尼系数逐渐减小,结构位移逐渐增大;非线性阻尼器的减震效果优于线性阻尼器.这种阻尼器参数优化的新方法不仅可以大大减少计算时间,而且可以直接得到最优阻尼系数和最优阻尼比.【期刊名称】《交通运输研究》【年(卷),期】2017(003)006【总页数】6页(P69-74)【关键词】斜拉桥;液体黏滞阻尼器;阻尼系数优化;桩-土结构相互作用;最优阻尼系数【作者】李世渊;秦晶迪【作者单位】广州大学,广东广州510405;广州大学,广东广州510405;【正文语种】中文【中图分类】U441.30 引言液体黏滞阻尼器最初应用在航空、航天和机械等行业,到20世纪80年代开始被应用于建筑和桥梁上,并进行了大量的试验、研究、鉴定和试用[1]。
在桥梁纵、横两个方向上安置液体黏滞阻尼器已成为桥梁抗震设计中的一个重要选择。
为了减少桥梁受到各种振动的影响,我国正在建设的大型公路桥梁、铁路桥梁纷纷考虑加设液体黏滞阻尼器。
到目前为止,美国最早开始试验并发展起来的阻尼器生产厂家泰勒公司,已经在世界各地近120多座大型桥梁上安置了液体黏滞阻尼器,用来减少桥梁的各种振动[2]。
其中,我国以苏通长江大桥、江阴长江大桥、南京三桥、舟山群岛西堠门大桥、金塘跨海大桥和津秦铁路大桥等为代表的30多座大跨径桥梁也已安置了世界上最先进的液体黏滞阻尼器[3]。
液体黏滞阻尼器是一种最为理想的土木工程领域可采用的耗能装置,这主要表现在:①液体黏滞阻尼器可以消耗较多的能量,耗能效率较高,这也意味着可附加给结构较大的阻尼比,一般可达到5%~20%;②阻尼器与阻尼器之间的位移存在90°的相位差,黏滞阻尼器对结构物的扰动要小于其他屈服耗能装置。
结构爱惜系统液体粘滞阻尼器在桥梁工程上的测试和应用的长大年夜

随着社会的发展和科技的进步,桥梁工程的设计和施工也越来越重要。
在桥梁工程中,结构耐久性和安全性是最为关键的考虑因素之一、为了提高桥梁的抗震性能和减小结构受力的振动,液体粘滞阻尼器被广泛应用于桥梁工程中。
本文将介绍结构爱惜系统液体粘滞阻尼器在桥梁工程上的测试和应用的发展。
首先,结构爱惜系统液体粘滞阻尼器在桥梁工程上的测试方面取得了长足的进步。
测试液体粘滞阻尼器的性能是确保其在桥梁工程中可靠应用的重要环节。
传统的液体粘滞阻尼器测试方法主要是通过实验室试验和特定结构的试验来评估其性能。
然而,这些方法存在着试验结果与实际应用差距大、试验成本高、时间长等问题。
近年来,随着计算机模拟和数值计算技术的发展,结构工程师们开始采用数值模拟方法来测试液体粘滞阻尼器的性能。
通过有限元分析等方法,可以更准确地评估液体粘滞阻尼器的性能,提高工程设计的可靠性和经济性。
其次,结构爱惜系统液体粘滞阻尼器在桥梁工程上的应用逐渐扩大。
液体粘滞阻尼器的应用可以有效地控制桥梁结构的振动和位移,提高结构的抗震性能和安全性。
液体粘滞阻尼器广泛应用于大跨度桥梁、高层建筑和地铁隧道等工程中。
通过调整液体粘滞阻尼器的参数和布置方式,可以满足不同工程对抗震性能的要求。
另外,液体粘滞阻尼器还可以与其它结构支撑系统相结合,形成结构爱惜系统,更好地发挥其性能。
在实际应用中,结构爱惜系统液体粘滞阻尼器的效果也得到了验证。
许多桥梁工程采用液体粘滞阻尼器后,结构的振动和位移得到了有效控制,大大提高了桥梁的耐久性和安全性。
例如,广州海珠大桥采用液体粘滞阻尼器后,成功降低了桥梁结构的振动响应,保证了桥梁的运行安全。
此外,液体粘滞阻尼器还可以通过调整参数和布置方式,实现在线控制和优化调整。
这种智能控制系统可以根据结构受力状态和环境条件变化,自动调整液体粘滞阻尼器的工作状态,提高结构的动态性能和抗震性能。
总结起来,结构爱惜系统液体粘滞阻尼器在桥梁工程上的测试和应用经历了长足的发展。
高铁桥梁减隔震设计研究现状与进展

高铁桥梁减隔震设计研究现状与进展摘要:随着大地震的不断发生,结构的抗震设计越来越多的受到设计者的重视,抗震设计方法也在不断丰富和进步。
传统的抗震设计,利用结构自身来吸收地震能量,结构及构件产生的损伤是不可避免的,震后对桥梁结构的修复工作也大大增加。
近年来,减隔震技术受到越来越多研究者的青睐,得到不断发展,各种合理的减隔震约束体系相继被提出,并运用于高铁桥梁工程实践当中。
本文将对高铁桥梁减隔震设计的研究现状与进展进行总结和梳理,为今后桥梁抗震设计提供参考。
关键词:高铁桥梁;减隔震;现状与进展1 引言大地震的发生,必然带来建筑物、构筑物及基础设施的破坏和人员的伤亡。
人类历史上经历的数次大地震,给人们带来灾难的同时,也逐渐让人们意识到抵抗地震的重要性。
随着时代的发展,各国抗震规范也在不断进步和完善。
桥梁是交通工程中最重要的基础设施,一旦在地震中倒塌破坏,相当于救援的路被阻断,必然加重次生灾害。
因此对桥梁结构的有效抗震研究,是极有意义的工作。
传统的抗震设计,利用增大尺寸、优化配筋、设置塑性铰等方式来增强结构的强度和刚度,利用结构自身来吸收地震能量,从而抵抗地震的作用。
在大地震过后,这种“硬抗”式抗震设计虽然可以确保结构继续使用且不倒塌,让灾后救援工作顺利展开,但结构及构件产生的损伤是不可避免的,震后对桥梁结构的修复工作量及强度大大增加。
后来,研究者们提出了减隔震设计方法,其原理是在结构与桥墩之间设置减隔震装置,将结构与基础分离,通过延长结构的自振周期、消耗地震的能量,减小传到上部结构的地震作用。
近年来,减隔震技术受到越来越多研究者的青睐,得到不断发展,各种合理的减隔震约束体系相继被提出,并运用于高铁桥梁工程实践当中。
2.减隔震技术的提出和发展最早提出隔震概念的研究者是日本学者河合浩藏,随后美国、德国、新西兰等发达国家便开始大规模的研究并编制相关规范,减隔震技术在桥梁结构领域得到快速发展。
随着科学技术的不断发展,各国开始研发更多不同类型的减隔震支座,并设置在新建桥梁结构上。
弹塑性索和黏滞阻尼器系统用于斜拉桥横向减震分析

弹塑性索和黏滞阻尼器系统用于斜拉桥横向减震分析游瀚;管仲国【摘要】The feasibility of utilizing the elastoplastic cable pair and viscous damper in the seismic isolation of long span cable-stayed bridges was evaluated.A nonlinear constitutive model for the elastoplastic cable pair was developed based on the Caltrans standard.Through linearly increasing the excitation intensity, the responses of the Yongning Yellow River Bridge were analyzed, where the elastic cable pair and viscous damper were successfully applied in lateral seismic control, and the cable pairs were forced to enter into an inelastic phase.The results show that the deformation capacity of cable pairs can be greatly enhanced if certain plastic behavior is allowed and consequently the ability of the structure against strong earthquakes can be significantly improved.In comparison with the conventional system with fixed transverse girder-tower connections, the utilization of elastoplastic cable pair and viscous damper can substantially reduce the base bending moment response on pylon and the acceleration response of girder.When compared with the hypothetic case with ideal elastic cable pair, though the residual displacement of the girder is relatively larger, the maximum transmitted force of the cables and the acceleration of the girder can be well controlled, while the relative displacements at the tower and piers and the base bending moment on tower columns maintain almost unchanged.%旨在研究弹塑性索对与黏滞阻尼器组合减震系统用于大跨度斜拉桥横向抗震设计作用.依据Caltrans规范构建了弹塑性索对的非线性本构关系,基于永宁黄河大桥弹性索对与黏滞阻尼器组合减震系统设计,通过调增地震波幅值,使弹性索进入塑性状态并分析结构响应.研究结果表明:容许拉索进入塑性可以显著增加其变形能力,进而提高整个结构应对强震作用的能力;与塔梁固定的常规体系相比,引入弹塑性索与黏滞阻尼器组合体系可以大幅降低主塔塔底弯矩及主梁加速度响应;与理想弹性索对工况相比,采用弹塑性索对虽然会导致较大的主梁残余位移,但对于控制最大索力和改善主梁加速度响应效果明显,同时塔梁、墩梁最大相对位移和塔底弯矩基本不变.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)014【总页数】6页(P183-188)【关键词】斜拉桥;横向减震;弹塑性索;黏滞阻尼器【作者】游瀚;管仲国【作者单位】同济大学土木工程学院,上海 200092;同济大学土木工程学院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U441+.3斜拉桥是大跨度桥梁常用桥型,具有良好的美观、力学和经济性能,应用日渐广泛。
具有特殊功能的液体粘滞阻尼器的设计与使用-奇太振控

具有特殊功能的液体粘滞阻尼器的设计与使用马良喆曹铁柱陈永祁(北京奇太振控科技发展有限公司北京100037)摘要:随着液体粘滞阻尼器在工程中的广泛应用和发展,工程师们经常会提出各种不同减震需求。
这些需求带来了适于不同使用功能阻尼器的创新和发展。
本文将介绍几种近几年创新的具有特殊功能的液体粘滞阻尼器,供设计者选用时参考选用。
同时,我们也希望我们的桥梁工程师,根据桥梁设计功能上的各种需要,和我们合作,创新出其它功能的阻尼器。
为我国和世界阻尼器在桥梁上的应用作出新贡献。
关键词:锁定装置,熔断阻尼器,液体粘弹性阻尼器,位移限位阻尼器,金属密封无摩擦阻尼器,带特殊熔断的锁定装置,新型斜拉索阻尼器,变阻尼系数阻尼器,预载流体阻尼器;The Design and application of the Fluid Viscous Dampers with special FunctionsLiangze Ma1,Yongqi Chen1, Tiezhu Cao1(1.Beijing Qitai Shock Control and Scientific Development Co. Ltd., Beijing 100037, China)Abstract: The application of Fluid Viscous Damper for Civil engineering had been developed widely, the engineers always prompted some requirement for the purposes of vibration reduction, it bring the forth new ideas and kinds of dampers with different functions. Here nine kinds of viscous dampers with special functions developed in these years were introduced. It could be the reference for the designer. We also expect the bridge engineers could create more new ideas in their design work depend on the bridge purposes. It will be the new contribution for the application of dampers in bridge areas.Key words: Lock-up devices, Fuse Damper, Fluid Viscoelastic Damper, Limited Displacement Damper, Frictionless Hermetic Damper, Lock-up Fuse Devices, New Cable Damper, Variable Coefficient Damper, Pressurized Fluid Dampers.1.前言常规的粘滞阻尼器所具有的工程效果这些年逐渐显现,安置这类阻尼器已经成为建设大跨度桥梁必不可少的一部分。
京雄商高铁跨北京五环路特大桥设计

工程建设京雄商高铁跨北京五环路特大桥设计冯文章(中国铁路设计集团有限公司土建工程设计研究院,天津300308)摘要:依托京雄商高铁跨北京五环路特大桥设计项目,根据桥梁工程概况,对桥跨控制因素进行详细分析,对主桥结构体系开展对比研究。
重点在结构参数、施工方法、计算结果、基础形式、景观效果、工程造价等方面,对半漂浮体系独塔斜拉桥方案和加劲连续梁体系矮塔斜拉桥方案进行对比分析,独塔斜拉桥跨度紧凑,在温度跨度、梁端转角、支座吨位、景观性方面有较大优势,推荐采用半漂浮体系独塔斜拉桥方案,可为同类项目设计提供借鉴。
关键词:京雄商高铁;独塔斜拉桥;矮塔斜拉桥;桥梁设计中图分类号:U442文献标识码:A文章编号:1001-683X(2022)02-0090-07 DOI:10.19549/j.issn.1001-683x.2021.03.16.0011工程概况新建京雄商高速铁路跨北京五环路特大桥主桥位于北京市丰台区丰台西站南侧。
桥址西侧整体背景为燕山山脉,周边为城市郊区、村镇。
勘探深度范围内揭示的地层有第四系人工堆积层杂填土、素填土及填筑土,第四系全新统、上更新统冲洪积层黏土、粉质黏土、粉土、砂土、细(粗)圆砾土及卵石土,第三系上新统全风化及强风化泥岩、砂岩及砾岩。
桥位处地震动峰值加速度为0.2g,反应谱特征周期为0.55s,场地土类别为Ⅲ类。
桥址区土壤最大冻结深度为0.8m。
线路主要技术标准如下:(1)铁路等级:高速铁路。
(2)设计速度:350km/h。
(3)正线数目:双线。
(4)正线线间距:5.0m。
(5)最小平面曲线半径:平面位于直线上。
(6)最大坡度:±1‰。
(7)列车运行控制方式:自动控制。
(8)调度指挥方式:调度集中。
(9)最小行车间隔:3min。
2桥跨方案总体设计2.1桥跨方案控制因素(1)地震因素。
桥址地处8度震区,地震烈度较作者简介:冯文章(1988—),男,工程师。
E-mail:*********************高,从减轻地震响应方面考虑,应尽量降低结构自重,同时尽量缩短桥梁的联长[1-4]。
粘滞阻尼器在长联大跨连续梁桥抗震设计中的应用

中图分类号 : 4.5 文献标识码 : U4 25 A
文 章 编号 :6 23 5 (0 0 0 —0 20 17 —9 3 2 1 )30 5—3
1工 背 程景
新建铁路 乌拉 山一 锡尼线 黄河 特大 桥桥 址位 于 黄河 三湖 河 口至昭 君坟 段 , 岸 为乌 拉 山 山前倾 平 北 原, 南岸 为鄂 尔多斯台地 , 黄河本段平均河宽约 40 0 0 主桥立 面布置如 图 1 所示混凝土收缩徐 变等 引起 主梁 的伸缩 , 粘滞 阻尼 器 可产生 小的抗力或不产生抗力 , 以保 证主梁 的 自由伸 缩 ; 于地震作用 , 滞 阻尼器 则通 过产 生耗 能或 改 对 粘
图 2 主桥箱梁横断面图( 位 : ) 单 锄
2 主桥 抗 震 设 计 卜
桩一 土效 应 , 用 6个 弹簧来模 拟 ( 水平弹 簧 , 采 3个 3
侧 4 20 0k 个 0 N的粘滞阻尼器 , 一个墩顶共 8 ) 个 。
个转动弹簧 ) 。⑦ 为考虑结构 的安全性 , 选取 3 ~5条
地震波进行分析 。主桥有 限元计算模 型如图 3所示 。
3 主 桥 结 构 抗 震 分 析
3 1 有 限元 计算模 型 . 将主 桥上 下 部 结 构 离散 成 3 2个节 点 、 2 4 3 4个 单元 , 结构部 分采用 空 间梁单元进 行模 拟 , 滞阻尼 粘
图 3 主桥 (5 ×1 8 5 m 连续 梁 有 限元 分 析模 型 6 +7 0 +6 )
器采 用非线 性复 合 阻尼 单元 进 行模 拟 , 拟 原则 如 模 下 : 不考虑 粘滞 阻 尼器 的刚 度影 响 。② 不 考虑 混 ①
凝土开 裂 的截 面刚度 影响 。③桥 梁阻尼采 用瑞 利阻
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液体黏滞阻尼器在乌锡线黄河特大桥中的应用研究刘红绪【摘要】The type of bridge structure for the main bridge of Yellow River extra-long bridge on Wu-Xi railway is a large cross-span continuous beam bridge with huge mass superstructure. The seismic fortification is the key technology of this project. In this paper, a spatial finite element model is built with Midas/civil and three seismic waves suitable for site grade and seismic characteristics of bridge site are selected. The anti-seismic effect of the fluid viscous damper device installed between the non-fixed pier and the main beam is calculated with nonlinear time history analysis method. By setting up fluid viscous damper between the non-fixed pier and the main girder, the non-fixed pier is effectively coordinated under the dynamic action, and the seismic force of the fixed pier is reduced. The seismic fortification standard of the main bridge is effectively improved.%乌锡铁路黄河特大桥主桥的桥式方案为长联大跨混凝土连续箱梁结构,梁部质量巨大,主桥的地震设防为本项目技术关键。
利用Midas/civil建立空间有限元模型,选用适合桥址处场地等级及地震特性的3条地震波,采用非线性时程分析方法检算在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置的抗震效果。
结论为:在活动墩与主梁之间设置液体黏滞阻尼器装置,有效协调各活动墩在动力作用下的参与工作,降低固定主墩地震力,有效提高主桥的地震设防标准。
【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】5页(P79-82,83)【关键词】铁路桥梁;长联大跨连续梁;液体黏滞阻尼器;地震波;非线性分析【作者】刘红绪【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043【正文语种】中文【中图分类】U443.5乌锡铁路位于内蒙古自治区鄂尔多斯市和巴彦淖尔市境内,主要以开发鄂尔多斯地区煤炭资源、集煤外运为目的,是"十一五"铁路网规划连接我国内蒙中东部的新通路,正线全长约90.9 km。
乌锡线黄河特大桥位于黄河三湖河口至昭君坟段,河道属游荡性河道向弯曲性河道的过渡段,河宽约3 500 m,主槽平均宽约700 m,河床比降0.12‰~0.15‰,百年一遇设计洪峰流量6 460 m3/s,Ⅳ级通航,设计通航流量4 520 m3/s,三湖河口~昭君坟段河床年平均淤积厚度约0.042 m。
黄河特大桥自北向南穿越乌拉山前倾平原区和鄂尔多斯台地,是新建乌锡铁路的控制性工程,全长9 303.68 m,总投资5.7亿元,232个墩(台),是国内目前跨越黄河的最长单线铁路桥。
其主桥采用(64+7×108+64) m+(64+5×108+64) m两联预应力混凝土连续箱梁,长1 555.6 m,桥高约24 m,位于直线上。
(1)铁路等级:国铁Ⅰ级;(2)正线数目:单线;(3)设计荷载:中-活载;(4)主梁结构按100年使用年限进行设计;(5)地震动峰值加速度:0.15g(相当于地震基本烈度7度),动反应谱特征周期为0.40 s;(6)土壤最大冻结深度:1.11 m。
乌锡铁路黄河特大桥主桥(64+7×108+64) m+(64+5×108+64) m两联预应力混凝土连续箱梁,采用单箱单室箱梁变高截面;支点处梁高8.4 m,跨中合龙段及边跨直线段梁高4.8 m。
箱梁底曲线线型按y=0.003 148 88X1.8抛物线变化。
箱梁顶宽7.0 m,底宽5.8 m;腹板厚度由中支点处120 cm变至跨中及边跨直线段40 cm;底板由箱梁中支点处厚130 cm变至跨中及边跨直线段厚40 cm;顶板厚40 cm,其中箱梁中支点处加厚至120 cm。
梁体设计为纵、竖双向预应力体系,纵向按全预应力构件设计;纵向预应力筋采用钢绞线,竖向采用预应力混凝土用PSB830螺纹钢筋。
悬臂灌注法施工,单侧13节悬臂灌注梁段,边跨现浇段9.75 m。
箱梁截面参见图1。
主桥桥墩采用圆端形实体墩。
固定主墩墩颈尺寸4.6 m×6.7 m(纵×横),墩身坡率20∶1,基础采用16根φ180 cm钻孔灌注桩;活动主墩墩颈尺寸4.0 m×6.5m(纵×横),墩身坡率40∶1,基础采用16根φ150 cm钻孔灌注桩。
乌锡铁路黄河特大桥主桥系长联大跨混凝土连续箱梁结构,梁部质量巨大,最大联长分别达885.5 m,梁体重约326 900 kN,桥高约24 m,桥墩高度矮,刚度大,又位于7度地震区,为确保结构安全合理,主桥连续梁桥纵向按罕遇地震分析检算。
故主桥的地震设防为本项目技术关键。
以(64+7×108+64) m连续梁为例,如按常规方法设计,全联纵向设置单固定主墩,主桥梁部水平地震力通过固定支座传递于固定主墩。
采用反应谱法分析,按多遇地震(重要性系数1.5)[1]的设防标准进行计算,墩身内力及桩顶外力计算结果见表1。
经过检算,固定主墩墩底截面需要布设φ28 mm的HRB335钢筋约350根,桩基础出现大偏心拉力桩,桩身截面最大拉力达433 kN,配筋率μ=1.92%[2],钢筋面积Ag=489 cm2。
在多遇地震作用下,固定主墩纵向力偏大、结构设计困难,且地震设防标准偏低,不能满足抗震设计要求,但活动主墩纵向力偏小、仅需构造配筋,从全桥设计综合考虑,结构受力不均衡、材料力学性能发挥不充分,故单个固定主墩承受梁部巨大的纵向水平地震力不尽合理。
为解决水平地震力设计难题,活动墩顶设置黏滞阻尼装置以共同分担纵向水平地震力。
黏滞阻尼器[3-4](图2)是一种用于安装在发生相对位移的桥梁构件之间,在缓慢施加的静态荷载(如温度、汽车荷载等)作用下可自由变形,在快速作用的动态荷载(如汽车振动、地震、脉动风等)作用下产生阻尼力并耗散能量的振动控制装置。
阻尼力F与速度的函数关系F=CVα,其中C为阻尼系数,α为速度指数[5]。
地震时梁部的纵向水平地震力通过液体黏滞阻尼器传力于活动主墩,使活动主墩分担部分地震力,起到分担全梁地震力、协同抵御地震的作用。
(64+7×108+64) m连续梁结构中6号墩为固定支座,其余均为顺桥向滑动支座。
阻尼器的设置也是围绕固定墩依次向外展开,除1号、10号墩外,每个活动墩各设置2个连接单元,共设置14个连接单元,如图3、图4所示。
桥梁的计算模型采用了有限元专业分析软件Civil Midas进行,主桥连续梁桥纵向按罕遇地震分析检算。
采用边界单元模拟了黏滞阻尼器的特性,并采用多条地震波对模型进行了动力时程分析[6-7]。
通过对结构的特征值分析,得到结构基阶自振周期为1.903 s,一阶振型为主梁纵飘,表2是结构前十阶振型信息统计情况。
活动主墩墩顶安装液体黏滞阻尼器后,因在计算模型中引入了非线形连接,反应谱法分析不再适用计算模型。
采用在线弹性结构状态下考虑非线性阻尼特性的振型叠加法(FNA)[8-9]具有较为快捷、准确的特性,在分析附加液体黏滞阻尼的减振结构中应用较多。
经过筛选最终选用适合桥址处场地等级及地震特性的3条地震波作为计算输入,采用动力时程分析计算。
地震波参数如表3所示,图5给出了这3条地震波的拟加速度反应谱曲线以及设计反应谱的对比。
阻尼力F与速度的函数关系F=CVα,其中C为阻尼系数,α为速度指数。
阻尼力和最大冲程是阻尼器的主要指标,而阻尼系数和速度指数是阻尼器控制作用的两个关键参数。
C取值范围暂定为1 000~10 000 kN/(m/s),α取值范围0.2~1.0,经过计算比较后确定。
非线性弹簧连接刚度107 kN/m,每个活动墩各设置2个连接单元,共设置10个连接单元。
在计算分析过程中,选取以下结构响应作为减振效果的评价依据,这里主要评估固定墩底部的受力情况(弯矩、水平剪力),主梁梁端的位移(节点1号)情况,此外,还包括由于阻尼器附加在活动支座对桥墩受力的影响。
设置黏滞阻尼器可对桥梁主体结构的振动起到抑制作用,从多数安置阻尼器的桥梁结构的位移控制效果来看,减振幅度一般可达30%甚至更高。
而实现最佳控制效果的条件是如何给出最优的阻尼器技术参数。
近几年在不断的工程应用中,国内学者逐渐总结出一套比较实用的附加阻尼器的桥梁结构设计的计算办法:即通过设置多种阻尼器参数分别观察控制效果——分别采用不同的速度指数α和阻尼常数C,通过阻尼器参数的变化趋势来掌握桥体主要控制点的减振效果,并最终确定阻尼器的技术参数。
这种方法需要用大量的图表将时程分析计算结果汇总,并最终达到结构设计、阻尼器参数设计、经济效益综合分析及减振预期控制目标的综合设计优化结果[11,12]。
在分析中采用的阻尼系数取C=1 000~20 000 kN/(m/s),速度指数α=0.2~1.0进行试算,在计算分析过程中,选取以下结构响应作为减振效果的评价依据,这里主要评估固定墩底部的受力情况,也就是为使活动墩也能尽可能多地分担部分地震力,地震时梁部的纵向水平地震力通过阻尼器传力于各墩,协同抵御地震作用。
采用时程分析法按罕遇地震进行分析。
对于选取的不同地震波,对阻尼系数C值、速度指数α值分别进行计算比较。
以Elcentro波为例,图6、图7分别为固定墩、2号活动墩墩底弯矩减震前后比较,图中横坐标是速度指数,纵坐标是墩底弯矩。
在强震作用下,未设置阻尼器时,固定墩墩底弯矩达到717 600 kN·m,2号活动墩底部弯矩为23 960 kN·m;设置阻尼器,当参数在C=2 500 kN/(m/s)、速度指数0.4情况下,固定墩墩底弯矩为315 800 kN·m,降低了50%,2号活动墩墩底弯矩为82 270 kN·m,增加了接近3.5倍。