大跨度斜拉桥结构横向消能减震设计方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第19卷第3期Vo1．19No．32006年9月Sep．2006大跨度斜拉桥结构横向消能减震设计方法刘伟庆，徐秀丽，吴晓兰，王仁贵。(1．南京工业大学土木工程学院，江苏南京210009；2．中交公路规划设计院，北京100010)摘要：桥梁消能减振技术是通过在桥梁结构上合理设置耗能装置来增加结构阻尼、吸收地震等其它外界因素作用下的振动能量，减小结构的振动反应。本文结合杭州湾大桥工程南航道桥，提出在斜拉桥主梁与过渡墩、辅助墩之振间沿横向设置粘滞阻尼器，来控制大跨桥梁的横向地震反应。分析表明，采用阻尼消能减震技术，不仅可有效地减眦少大跨桥梁的横向地

2、震反应，而且还可同时限制桥面横向温度变形，保护伸缩缝。动V工关键词：斜拉桥；粘滞阻尼器；横向；减震设计中图分类号：U448．27；TU352．1文献标识码：A文章编号：lOO44523(2006)03—0426—07程ELkucki，Satitama和濑户大桥采用了TID系统，日学引言本Higashikobe斜拉桥索塔采用了TICD系统等。桥梁结构振动控制技术的大量应用，有效地提高了撂g一大跨桥梁通常是交通运输的枢纽工程，投资大，大跨桥梁的抗震抗风安全性、经济性和舒适度。在大对国民经济有着重大影响；如果在地震中一旦遭到跨桥梁中设置粘滞阻尼器，可以提高结构的附加阻破坏，将会造成巨大的经济损失

3、，并严重影响到灾区尼，大幅度消耗结构的振动能量，减少结构的振动反的抗震救灾和恢复重建。因此，对大跨桥梁采取合应；而且由于粘滞阻尼器为速度相关型，不会给结构理、有效的抗震措施以确保其在大震中的安全性，具附加刚度，也不约束桥梁沿纵、横向的温度变形，在有十分重要的社会和经济意义。大跨桥梁的抗震抗风设计和加固方面具有很好的应传统结构的抗震设计是通过增加结构的刚度和用前景。本文结合杭州湾大桥南航道桥工程，探讨大强度来提高结构的抗震能力，但这在一定程度上是跨桥梁的横向消能减震设计方法。不经济的，也是不安全的I】]。因此，大跨桥梁的振动控制技术研究成为目前桥梁结构抗震设计方法研1消能减震设计原理与计算模

4、型究的热点课题。桥梁的振动控制技术主要包括隔震、消能减震、调频质量阻尼系统等I5]。桥梁消能减震消能减震技术是利用消能装置，增加结构的阻技术是在桥梁结构上设置消能装置，如扭转梁与悬尼或能量耗散能力，使之在地震发生时消耗传人结臂梁等软钢消能装置、铅阻尼器、粘滞阻尼器等，依构体系的振动能量，从而降低结构的振动反应(如图靠消能装置吸收振动能量，从而达到减小桥梁结构1所示)。振动反应的目的；新西兰的BoltonStreet桥等在采用隔震技术的同时，使用铅阻尼器来限制桥梁的位霎移l_7]，美国采用粘滞阻尼器对金门大桥等进行抗震加固，中国重庆鹅公岩大桥和上海卢浦大桥也采用粘滞阻尼器以减少主梁在地震、车

5、辆和风荷载作用下产生的纵向位移。调频质量阻尼技术在大跨斜拉桥、悬索桥的风振控制中，也有许多成功的例子，周期如苏格兰Kessock斜拉桥主梁、东京港悬索桥桥塔图1位移反应谱以及中国九江大桥等采用了TMD减振系统，日本收稿日期：2004—07—24；修订日期：2006—04—18基金项目：国家自然科学基金(50378044)；江苏省社会发展基金(BS2002044)维普资讯http://www.cqvip.com第3期刘伟庆，等：大跨度斜拉桥结构横向消能减震设计方法消能减震结构的动力平衡方程可表达为Elo]式中厂(f)为阻尼力，转换到结构整体坐标系中即Mti(f)+Ca(f)+Ku(f)+R(

6、f)ⅣL—R(f)(1)为式(1)中的R(f)；Cd为阻尼系数；a为阻尼指数；式中C，M和K分别为结构的质量、阻尼和刚度矩b为阻尼器相对运动速度。阵，它们均为方形矩阵，其维数等于结构总的未知节点位移数N，冈0度矩阵中只包含结构的弹性刚度而2工程概况与计算模型忽略了非线性单元上的刚度di(t)，it()，()和R()分别为节点在时刻t的加速度、速度、位移和作用在2．1工程概况节点上的外部荷载；R(f)为在时刻t所有减震单元杭州湾大桥南航道桥是一座独塔双索面斜拉的总的节点力向量，该参数每一时刻均需根据各减桥，桥长578m，跨径为100m+160m+318m。桥塔震单元本身的非线性特性和其在上一

7、时刻的变形来为钢筋混凝土A型塔，桥面以上塔高160m。主梁采重新计算。用扁平闭El流线型钢箱梁，主梁顶宽37．1m．梁纵作为消能装置的粘滞阻尼器，一般由缸体、活塞轴线处高3．5m。斜拉索为扇形双索面体系，索面由和流体组成，它对结构控制的机理是：当活塞与缸筒40对索组成，在主梁上索间距一般为15m，在左边之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流跨过渡墩附近间距为7．51TI。采用群桩基础，其总体体阻尼材料从活塞孔中通过