安装耗能减震装置的连续梁桥特征值研究

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　　摘 要在新建和既有桥梁结构中设置抗震装置的优点是利用其自身特点消耗地震激起的能量或者分散能量到其他构件,关键都是减少或避免承重构件发生损伤。尽管震后仍需要进行测试和更换结构中发生损伤的耗能装置,但可避免替换结构中的承重构件,震后整个的维修费用同传统的加固及中断结构运营的造价相比是很少的。安装耗能减震装置后结构特性将发生改变,尤其是动力特性的改变对抗震效果影响较大,主要研究安装Lock-up装置和粘滞阻尼器两种减震装置的连续梁桥与未采用减震装置前后动力特性的改变。
　　关键词Lock-up装置;粘滞阻尼器;连续梁桥;减震
　　中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)111-0202-01
　　
　　粘滞阻尼器一般由缸体、活塞和粘滞液体组成,活塞在缸筒内可以作往复运动,活塞上有小孔或在活塞与缸壁间留有间隙,或既有小孔又有间隙。其控制机理是将结构的部分振动能量通过阻尼材料的粘滞特性和孔缩效应(由于管径截而的突然变小而使液体能量消耗的现象)耗散掉,达到减小结构振动(地震或风振)反应、保护结构在强震或强风下的安全。
　　Lock-up(LUD)装置可看作一个简单的但特殊的构件。当需要时,该构件可提供一种暂时的固定连接方式,而在正常使用条件下,仍为活动连接方式。该装置有时又称为冲击传递装置(Shock Transm fission Unit or STU)。该装置由一个圆柱形油缸和传力杆、活塞等组成,油缸内是特殊的硅介质,硅介质具有反复触变特性,在由温度或收缩、徐变引起的缓慢运动下硅介质可挤压通过活塞上的小孔或活塞与油缸间的间隙。通过调整间隙或油孔尺寸,得到不同特性的装置。因此该装置可近似看作是粘滞阻尼装置的一种特殊形式。
　　1两种装置的力学模拟
　　本文中粘滞阻尼器的理论模型选用了简化的非线性Maxwell模型,其表达式为:
　　                  (1)
　　其中Fd(t)为阻尼力,CS为对应不同速度指数s值的零频率时的阻尼系数,s取值范围为0.1~2;当s=1时为线性阻尼器。本文在计算分析中采用的是s<1时的情况。
　　Lock-up装置是一种约束性阻尼器,可以限制在瞬态变化中装置两端质量的相对位移,并具有在非瞬态变化时自由运动的能力。它可以看成是一个简单的速度开关,当速度大于启动值时,装置启动,变成刚性连杆。而在速度低于启动速度值时,装置不发挥作用,结构在荷载作用下的反应不受装置影响。运用该装置的好处是结构在地震力、制动力等瞬时荷载的作用下,装置启动锁定结构,有多个桥墩共同分担水平地震力、制动力的作用,而在温度荷载等慢速荷载的作用下,装置不起作用,主梁可以在桥墩上自由移动,主梁对桥墩没有温度荷载作用。因此利用主从自由度的方法来模拟lock-up装置。
　　2计算实例
　　工程概述:
　　本文的计算模型以某城市一高架连续梁桥为例。其基本参数如下:
　　主桥跨径组合:50+80+50米。
　　主梁截面形式:单箱三室箱型截面,梁高2.5~5米,其间采用二次抛物线变化。
　　桥墩类型:采用矩形桥墩。
　　基础类型:桩基。
　　设计荷载:城市A级。
　　地震基本烈度:7度,按8度设防。
　　3计算结果与分析
　　3.1振型及模态计算结果汇总(见表1)
　　3.2结果分析
　　通过对比三种模型的前十阶自振频率可以看出,连续梁桥增加消能减震装置后不同程度改变了体系的动力特性。采用Lock-up装置后,由于改变了结构的受力体系,增加结构的纵向刚度,振型改变较大,纵向一阶频率由0.4246 Hz增加到0.8222Hz。对于采用粘滞阻尼器装置后,虽然粘滞阻尼器本身无刚度,但由于考虑了阻尼的影响,故纵向一阶频增加到0.6390Hz,略有增大,但高阶频率变化不大,另外,从振型图可以看出,桥梁的侧向和竖向的振型基本没有发生改变,这是由于阻尼器只是影响结构的纵向刚度,对侧向和竖向刚度没有影响。
　　4结语
　　本文建立了Lock-up装置和粘滞阻尼器两种减震装置的连续梁模型并进行特征值分析,得出安装耗能减震装置对连续梁桥动力特性的影响,研究结果可供桥梁设计人员参考。
　　参考文献
　　[1]宋一凡.公路桥梁动力学.人民交通出版社,2000.
　　[2]范立础.桥梁抗震.上海:同济大学出版社,1997.
　　[3]周云.粘滞阻尼减震结构设计.武汉理工大学出版社,2006.

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