粘滞阻尼器在金水沟特大桥中的应用研究

桥梁粘滞阻尼器在金水沟特大桥中的应用研究周友权(中铁第一勘察设计院集团有限公司桥隧处，西安710043)

摘要：金水沟特大桥为黄韩侯铁路线上的一座高墩大跨刚构连续粱桥。对其进行抗震分析后发现，地震力控制桥梁的设计。为减小其地震反应，在金水沟特大桥上设置液体粘滞阻尼器。采用动力非线性时程分析方法，对非线性粘滞阻尼器的阻尼系数和阻尼指数进行参数敏感性分析，研究不同阻尼器参数对减震效果的影响，并与不设阻尼器情况的地震响应结果进行比较。分析表明，在金水沟特大桥上设置粘滞阻尼器后。可以有效地降低结构关键部位在地震作用下的位移，减小结构构件的地震力，确保结构在地震下的安全。关键词：刚构连续梁；液体粘滞阻尼器；时程分析法；减震中图分类号：U448．23；U443．5文献标识码：A文章编号：1004—2954(2012)02—0066—04

ApplicationandResearchaboutViscousDamperonJinshuigouBridgeZhouYouquan

(ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroupCo．。Ltd．，Xi’an71

0043)

Abstract：JinshuigouBridgeisacontinuousrigidframegirderbridgewithhighpiersinHuanghanhou

Railway．Theresultsofseismicanalysisonit

showedthatthebridgedesignwasdominatedbythe

earthquakeforce．So，fluidviscousdampersweresetonthebridgetocontroltheseismicresponses．Inthepaper，thesensitivityanalysisofdampingcoefficientanddampingexponentoffluidviscous

damper

areperformedbyusingnonlineardynamictime—historymethod，andtheshockabsorptioneffectsfromdifferentdamperparametersarediscussedincontrastwiththatofcaseswithoutthedamper．Itindicates

thatsettingtheviscousdamperinJinshuigouBridgecouldreduceefficientlythedisplacementofkey

positionsaswellastheseismicresponseofthebridge，andSOcouldensurethesafetyofthestructure

underearthquake．

Keywords：continuousrigidframegirder；fluidviscousdamper；timehistorymethod；shockabsorption

1工程概况

黄韩侯铁路是连接陕西省黄陵县与山西省侯马市的l条客货共线铁路，位于铁路线上的金水沟特大桥，其主桥孔跨布置为(80+3×140+80)m，联长581．8m，

主桥3、4号主墩为刚构墩，2、5号次主墩及l、6号边墩为连续梁墩，整体结构为刚构连续梁桥。桥面与地面的最大高程差约93m，3、4号墩墩高均为80

m，2、

5号墩高均为55m，立面布置如图1所示。桥址处的地震动峰值加速度值为0．1529，相当于地震基本烈度7度，地震动反应谱特征周期为0．43s。由于金水沟主桥墩高联长，属于技术复杂、修复困难的特殊结构桥梁…，并且地震动峰值加速度为0．1529，需对全桥进行专门的抗震分析，并采取一定的减震措施。

收稿日期：201l—08一19作者简介：周友权(1979一)．男．工程师，2006年毕业于西南交通大学。

工学硕士，E—mail：boat7450@163．com。

限。彦～j剐圈1全挢立面布置(单位：m)

2主桥抗震分析2．1模型建立采用Midas／Civil2010程序，将金水沟主桥离散为空间梁单元，用M法计算桩基对承台的弹性支承刚度，在模型承台底加上6个自由度的弹性支承，计算模型如图2所示。2．2地震波来源由于金水沟主桥结构的特殊性，对其桥址区做了专门的地震安全性评价工作。采用拟合基岩反应谱的三角级迭加法合成场地基岩地震动时程，给出了

铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2012(2)周友权一帖滞阻尼器n-金水沟特人桥小的心川研究围2计算模型50年超越概率63％、10％和2％三种设防概率水平的合成场地基岩地震动加速度时程，每种概率水平各给H{r3条加速度时程。由于本桥墩高联k，属于修复困难的重点桥渡，并且桥址属于0．159的7度区，因此拟采用3条超越概率2％的人工合成波来进行全桥的地震反应分析。当采用3条时程波汁箅时．时程分析的最终结果应取3组计算结果的最大值”1。图3仅示出了50年超越概率为2％的l条时程曲线。囊50隔…Kth图3水平地震动时程曲线(2％2．3地震反应结果分析将50年超越概率为2％的3条时程曲线分别输入．在Midas巾采用直接积分法，得到顺桥及横桥向书桥的地震反应。当采用3条时程渡计算时。时程分析的最终结果应取3组计算结果的最大值”。将地震力与主力进行组合，按照桥墩与桩基的实际配筋．对桩基的承载力及桥墩桩基的强度进行检算。横桥向桩基的承载力及桥墩桩基的强度均满足要求．这是由于横桥向由上部结构产生的地震力由2—5号4个主墩分担。在顺桥向，3号与4号主墩桩基承载力及桥墩桩基的强度远远超限，而其他桥墩桩基的承载JJ及强度还有很大的富裕量．这是由于纵桥向由上部结构产生的地震力仅由3号与4号刚构墩来承担，其余墩主要承担桥墩自身产生的地震力。另外。查看结构的地震反应发现．地震下连续粱墩墩顶处的梁勺墩之J．ⅡJ的相对位移很大．最大双边位移之和即位移幅值在40cm左右，地震下粱端伸缩缝与边墩顶帽高{lj部分很容易发生破坏。因此，拟在次主墩纵向设置耗能的液体粘滞阻尼器．减小桥梁纵向的地震反心．并使次主墩分担纵向地震力的比重加大，以确保结构的安全。3粘滞阻尼器参数的选取3．1粘滞阻尼器的特性粘滞阻尼器般}{1活寒、油缸及节流iL组成，是利用活塞前后压力差使油流过节流孔产生阻尼力的一种减震装置”。粘滞m【尼器的公式为“帙遵符准波iIRAILWAYSTANDARDDESIGN2012(∞．桥粱f’=CV”(I)式|{fI．F为阻尼乃；c为脚【恺器的趾I尼系数；V为阻尼器两端问的千H埘运动速度；“为速度的指数，其取值范}l；】为0．1～2，从机罐角度．』￡常川的取值范围为0．2～05。由粘滞阻尼器的公式可知，在温度、收缩和徐变等荷载作用下．V值很小．粘滞阻尼器产生的阻尼力很小，对结构产生的附加力也很小”’；在地震作用下．墩梁问的相对速度很大．阻尼器可以对结构提供较大的反力，并且阻尼器自身会消耗地震产生的能量，这对于结构抗震是有利的。而且内置液体，本身没有可计算的刚度，不影响整个结构的固有周期”J。呈椭圆形的滞回曲线．保证了安置在结构上的阻尼器在最大位移的状态下受力为零，最大受力情况下位移为零，这一性能对减小结构反应十分有利”J。3．2阻尼器设置位置地震中．梁与墩之间的位移越大．墩梁之间的相对速度才可能越大．而由式(1)可知，墩粱之间的相对速度越大．阻尼器输出的阻尼力也就越大。阻尼器对结构的地震反应抑制作用也越大。因此。阻尼器应该安置在结构最大相对位移处。对于本桥，连续梁墩墩顶的相对位移均较大，而l、6号墩为边墩．墩身及基础均较小，2、5号墩为次主墩．墩身及基础与刚构主墩相差不大。设置阻尼器后．桥墩受力会增大．考虑到桥墩及基础的设置，决定只在次主墩每个墩顶设置4个阻尼器。3．3粘滞阻尼器参数的对比分析最大阻尼力和最大冲程是确定阻尼器的主要指标，而阻尼系数和速度指数是阻尼器控制作用大小的2个关键参数”l。目前对于非线性粘滞阻尼器的设计，最终目的是确定粘滞阻尼器的阻尼系数及速度指数。通过改变阻尼系数及速度指数，可以改善并提高控制效果，但同时也可能会增加阻尼器的最大输出阻尼力，而最大阻尼力越大．阻尼器越昂贵”。因此，对于阻尼器的设计，实际上是一个结构设计、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过程。粘滞mi尼器参数选取的不同，其对结构响应的影响也不同。闪此，需对结构引人粘滞阻尼器的情况进行结构响应分析式(1)巾，y是与结构f|身有火的参数．阻尼器参数的选取．主要考虑埘阻尼器参数c、a进行参数敏感性分析．研究这些参数变化对结构响应的变化规律．为粘滞阻尼器设计参数的确定挺供依据”…。表l给m了金水沟特大桥阻尼器参数敏感性分析l：况。利j}Jml尼器减震，主要是控制结构的最大佗移和

67桥粱-

周友权一粘滞阻尼器在金水沟特大桥中的应用研究

表1金水沟特大桥阻尼器参数分析工况

结构关键点的内力水平，桥墩的配筋及基础的承载力百主藁静必皤尴努努州

言●Z

喜捌静彩皤世努努州280000260000240(X)0220000200000180COO160000140000120f)()()100000080000060000与墩底弯矩的大小密切相关，另外阻尼器输出的最大阻尼力是影响减震措施造价的关键参数，一般来说，最大阻尼力越大，阻尼器越昂贵。综上所述，图4～图9仅给出了不同阻尼器参数下，梁端墩梁相对位移、主墩墩底弯矩及阻尼器最大阻尼力的变化情况。地震时程中，结构的上述参数都是随时间变化的，下图仅给出了各参数地震反应中的最大值。阻尼器参数(C)／0cN(m／s)。1图4阻尼器参数C对主墩墩底最大弯矩的影响2800002600()0240000220000200000180000160000140000120()00100()00080()00阻尼器参数(C)／0,N(m／s)。)图5阻尼器参数C对梁端最大相对位移的影响Z芒器世蛊×《阻尼器参数口图8阻尼器参数a对梁端最大相对位移的影响阻J芒器参荻8图9阻尼器参数a对阻尼器最大阻尼力的影响由图4可知，随着阻尼器参数C的增大，墩底最大弯矩呈先单调递减、后单调递增趋势，即参数c有最优化值。相同的c值下，a值不同，墩底最大弯矩也不尽相同，即对于墩底弯矩来说，c与a具有相关性。Z岜R瞄四斗毗胁以矶小Ⅲ¨¨ⅢⅢ

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