一種斜置式橋梁抗震阻尼器及其參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橋梁抗震技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斜置式橋梁抗震阻尼器及其參數(shù)優(yōu) 化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國橋梁設(shè)計(jì)建造技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，大跨度橋梁被大量修建； 斜拉橋是大跨度橋梁的首選方案之一，為了延長橋梁結(jié)構(gòu)的周期，降低塔柱在地震作用下 的內(nèi)力，全漂浮體系斜拉橋應(yīng)用越來越廣泛。但是，由于全漂浮體系斜拉橋的約束較少，斜 拉橋的主梁在地震作用下的縱橋向和橫橋向位移較大，因此需要采取相應(yīng)的措施控制主梁 在地震作用下的縱橋向和橫橋向位移。
[0003] 以下分別介紹4種現(xiàn)有的控制主梁在地震作用下的縱橋向和橫橋向位移的裝置及 缺陷：
[0004] (1)授權(quán)公告號為"CN102628252B"的中國發(fā)明專利公開了一種用于橋梁抗震的速 度鎖定裝置，該專利中的速度鎖定器在正常荷載下不發(fā)揮作用，允許橋梁結(jié)構(gòu)位移;速度鎖 定器在強(qiáng)震等突發(fā)荷載作用下臨時(shí)鎖定，避免橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生大位移。但是，該專利只能適用 于中小跨徑的橋梁，若用在大跨度橋梁上，強(qiáng)震作用下無法發(fā)揮阻尼耗能的作用，速度鎖定 器在塔-梁連接處將產(chǎn)生巨大的作用力，不利于結(jié)構(gòu)抗震。
[0005] (2)公告號為"CN204370296U"的中國實(shí)用新型公開了一種提高梁橋橫向抗震性能 的橋墩-蓋梁構(gòu)造，該專利在橋梁的蓋梁內(nèi)設(shè)置粘滯阻尼器，粘滯阻尼器一端連接橋墩，另 一端固定在蓋梁內(nèi)部，進(jìn)而有效提高橋梁的橫向抗震性能。但是，該專利的粘滯阻尼器只能 控制墩-梁之間的橫橋向位移，無法控制墩-梁之間的縱橋向位移。
[0006] (3)目前，在大跨度橋梁抗震措施中，應(yīng)用最廣泛的為抗震粘滯阻尼器(例如希臘 的Rion-Antirion橋）。橫橋向設(shè)置帶限位的粘滯阻尼器，橋梁日常運(yùn)營階段時(shí)，主梁橫向被 約束;發(fā)生地震時(shí)，限位裝置破壞，粘滯阻尼器發(fā)生耗能減振作用。但是，該方法無法控制主 梁的縱橋向位移，且橫向阻尼約束體系需要適應(yīng)主梁縱橋向的位移變化，進(jìn)而使得結(jié)構(gòu)比 較復(fù)雜。
[0007] (4)蘇通大橋的塔梁之間不設(shè)豎向支座，縱向設(shè)置帶限位的粘滯阻尼器，橫橋向設(shè) 置有抗風(fēng)支座。發(fā)生地震時(shí)，粘滯阻尼器會約束該大橋主梁的縱橋向位移;但是，塔柱的橫 向地震力會較大，而且橫向抗風(fēng)支座需要適應(yīng)主梁縱向位移變化，進(jìn)而使得橫向抗風(fēng)支座 的構(gòu)造設(shè)計(jì)具備一定難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種斜置式橋梁抗震阻尼器 及其參數(shù)優(yōu)化方法。本發(fā)明在橋梁發(fā)生橫向地震作用和縱向地震作用時(shí)，斜置式橋梁抗震 阻尼器均能夠起到阻尼耗能作用，進(jìn)而達(dá)到僅用一套斜置式橋梁抗震阻尼器同時(shí)控制縱、 橫向地震作用的效果。
[0009]為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供的斜置式橋梁抗震阻尼器的參數(shù)優(yōu)化方法，包括以 下步驟：
[0010] si:建立橋梁動(dòng)力有限元模型，根據(jù)橋梁動(dòng)力有限元模型計(jì)算得到橋梁的橫向地 震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果和縱向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，轉(zhuǎn)到S2;
[0011] S2:根據(jù)橫向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，優(yōu)化出1個(gè)斜置式橋梁抗震阻尼器的橫向等效阻 尼系數(shù)Ct;根據(jù)縱向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，優(yōu)化出1個(gè)斜置式橋梁抗震阻尼器的縱向等效阻尼 系數(shù)C1;根據(jù)橫向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果或縱向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，優(yōu)化出1個(gè)斜置式橋梁抗震 阻尼器的和速度指數(shù)α，轉(zhuǎn)到S3;
[0012] S3:根據(jù)橫向等效阻尼系數(shù)Ct、縱向等效阻尼系數(shù)Q和速度指數(shù)α，計(jì)算得到斜置式 橋梁抗震阻尼器的斜置夾角β;根據(jù)Ct和α、或者根據(jù)&和〇，計(jì)算得到斜置式橋梁抗震阻尼器 的阻尼參數(shù)C;轉(zhuǎn)到S4;
[0013] S4:判斷斜置式橋梁抗震阻尼器根據(jù)橫向等效阻尼系數(shù)Ct、縱向等效阻尼系數(shù)Q、 速度指數(shù)α、阻尼參數(shù)C和斜置夾角β設(shè)計(jì)時(shí)，是否滿足實(shí)際橋梁設(shè)計(jì)需求，若是，輸出橫向等 效阻尼系數(shù)Ct、縱向等效阻尼系數(shù)Q、速度指數(shù)α、阻尼參數(shù)C和斜置夾角β的取值;否則重新 執(zhí)行S2。
[0014] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，S3中所述斜置夾角邱勺計(jì)算公式為
所述阻尼參數(shù)C根據(jù)Ct和α計(jì)算得出時(shí)，計(jì)算公式為:Ct = C · (Sini3)1+a;阻尼參數(shù)C根據(jù)CjPa 計(jì)算得出時(shí)，計(jì)算公式為:Ci = C · (cosP)1+a。
[0015] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，S4之后還包括以下步驟：
[0016] S5:根據(jù)橋梁的主梁縱向遠(yuǎn)離橋塔的極限位置、主梁橫向遠(yuǎn)離橋塔的極限位置，計(jì) 算得出斜置式橋梁抗震阻尼器的最大軸向位移Amax;根據(jù)主梁縱向靠近橋塔的極限位置、 主梁橫向靠近橋塔的極限位置，計(jì)算得出斜置式橋梁抗震阻尼器的最小軸向位移A minJ| 據(jù)主梁縱向靠近橋塔的極限位置、主梁橫向遠(yuǎn)離橋塔的極限位置，計(jì)算得出斜置式橋梁抗 震阻尼器的端部水平角度變化最大值A(chǔ) 0max;根據(jù)主梁縱向遠(yuǎn)離橋塔的極限位置、主梁橫向 靠近橋塔的極限位置，計(jì)算得出斜置式橋梁抗震阻尼器的端部水平角度變化最小值A(chǔ) 0min， 轉(zhuǎn)到S6;
[0017] S6:確定斜置式橋梁抗震阻尼器的軸向位移變化行程（Amax，Amin)和端部水平角 度變化范圍（Δ 0max，Δ 0min)，斜置式橋梁抗震阻尼器的構(gòu)造設(shè)計(jì)需要適應(yīng)（Amax，Amin)和 (A 9max，A 9min) 〇
[0018] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述Amax的計(jì)算公式為：Amax=lmax-l〇,其中l(wèi) max為斜 置式橋梁抗震阻尼器與橋塔連接端至主梁連接端的最大距離，1〇為斜置式橋梁抗震阻尼器 與橋塔連接端至主梁連接端的初始距離；
[0019]所述Λ證的計(jì)算公式為：Δ min= lmin-l〇，其中1臟為斜置式橋梁抗震阻尼器與橋塔 連接端至主梁連接端的最小距離；
[0020] 所述Δ 0max的計(jì)算公式為：Δ 0max=0max-0Q，其中0max為斜置式橋梁抗震阻尼器的軸 線與橋梁縱向的最大夾角，θ〇為斜置式橋梁抗震阻尼器的軸線與橋梁縱向的初始夾角；
[0021] 所述Δ 0min的計(jì)算公式為：Δ 0min=0min-0Q，其中0max為斜置式橋梁抗震阻尼器的軸 線與橋梁縱向的最小夾角。
[0022] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，S1中所述橫向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果為橋梁在橫向+豎向 的地震作用下的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果，所述縱向地震動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果為橋梁在縱向+豎向的地震作 用下的動(dòng)力響應(yīng)結(jié)果。
[0023] 本發(fā)明提供的斜置式橋梁抗震阻尼器，所述斜置式橋梁抗震阻尼器的橫向等效阻 尼系數(shù)Ct、縱向等效阻尼系數(shù)&、速度指數(shù)α、阻尼參數(shù)C和斜置夾角β均上述斜置式橋梁抗震 阻尼器的參數(shù)優(yōu)化方法得出。
[0024] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述斜置式橋梁抗震阻尼器在橋梁上設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁的 橋塔處縱、橫對稱設(shè)置有4套斜置式橋梁抗震阻尼器。
[0025] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述斜置式橋梁抗震阻尼器的端部水平設(shè)置有球鉸， 球鉸的面外轉(zhuǎn)動(dòng)角度變化范圍大于斜置式橋梁抗震阻尼器平面外角度變化范圍；水平放置 的球鉸能夠適應(yīng)斜置式橋梁抗震阻尼器在水平運(yùn)動(dòng)過程中端部平面內(nèi)角度的變化。
[0026] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0027] (1)本發(fā)明能夠通過橋梁的地震響應(yīng)動(dòng)力有限元分析，設(shè)計(jì)和優(yōu)化斜置式橋梁抗 震阻尼器相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)而使得斜置式橋梁抗震阻尼器的軸線與橋梁的縱橫向均呈一定夾 角。與現(xiàn)有技術(shù)中只能控制墩-梁之間的橫橋向位移或縱橋向位移相比，本發(fā)明在橫向地震 作用下，橋塔(墩)與主梁發(fā)生橫向相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，該橫向相對運(yùn)動(dòng)的速度會在斜置式橋梁抗 震阻尼器的軸線上產(chǎn)生分量，斜置式橋梁抗震阻尼器在速度分量的作用下會產(chǎn)生阻尼力， 進(jìn)而控制主梁橫向的地震動(dòng)力響應(yīng)。本發(fā)明在縱向地震作用下，橋塔(墩)與主梁發(fā)生縱向 相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，該縱向相對運(yùn)動(dòng)的速度會在斜置式橋梁抗震阻尼器的軸線上產(chǎn)生分量，斜置 式橋梁抗震阻尼器在速度分量的作用下會產(chǎn)生