速度開關(guān)型阻尼器在橋梁抗震設(shè)計中的應(yīng)用研究

理 鋒

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司橋梁處,天津 300142)

1 概述

某鐵路客運專線正線上有1座雙線鐵路橋,主跨為(40+64+2×80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,且全橋位于8度地震區(qū),地震動峰值加速度為0.2g,場地土類別為Ⅳ類。全橋立面布置見圖1。

圖1 全橋立面布置(單位：cm)

對于(40+64+2×80+48)m連續(xù)梁橋,傳統(tǒng)做法僅設(shè)置1個固定墩,通過加大固定墩的截面尺寸、采用新材料或增加構(gòu)件配筋來提高其剛度、強度或延性,以達到抗震目的。這種做法勢必導致固定墩及其基礎(chǔ)設(shè)計困難甚至難以設(shè)計,也難以保證抗震安全,因此考慮設(shè)置速度開關(guān)型阻尼器,在發(fā)生地震時改變橋梁結(jié)構(gòu)順橋向受力體系,由1個橋墩承受順橋向水平地震力改為由若干橋墩共同分擔順橋向地震力。本橋考慮在84號、85號、87號橋墩上設(shè)置速度開關(guān)型阻尼器。

2 地震力分析計算

2.1 速度開關(guān)型阻尼器鎖定前橋梁地震力計算分析

采用Midas程序建立有限元模型,主橋基礎(chǔ)剛度見表1。

表1 主橋基礎(chǔ)剛度

(1)輸入反應(yīng)譜

① 輸入多遇地震反應(yīng)譜

② 輸入設(shè)計地震反應(yīng)譜

(2)輸入地震波

彈性地震反應(yīng)時程分析時輸入的地震波為該鐵路場地地震安全性評價報告中提供的地震波,見圖2～圖6。

圖2 多遇地震第1條安評地震波(a42_050_63_1.dat)

圖3 多遇地震第2條安評地震波(a42_050_63_2.dat)

圖4 多遇地震第3條人工地震波(a42_050_63_3.dat)

圖5 多遇地震第4條人工地震波(a42_050_63_4.dat)

圖6 多遇地震第5條人工地震波(a42_050_63_5.dat)

(3)速度開關(guān)型阻尼器鎖定前全橋自振特性(表2)

表2 前5階自振頻率及其振型描述

(4)反應(yīng)譜計算結(jié)果(表3)

表3 反應(yīng)譜計算墩頂?shù)卣鹆?/p>

(5)時程分析結(jié)果(表4)

表4 時程分析計算多遇地震墩頂?shù)卣鹆?kN

2.2 速度開關(guān)型阻尼器鎖定后橋梁地震力計算分析

(1)全橋自振特性(表5)

(2)反應(yīng)譜計算結(jié)果(表6)

(3)時程分析計算結(jié)果(表7)

表5 前5階自振頻率及其振型描述

表6 反應(yīng)譜計算墩頂?shù)卣鹆?/p>

3 速度開關(guān)型阻尼器鎖定前后效果分析(表8)

通過對二部分計算結(jié)果匯總比較,分析設(shè)置阻尼器的減震效果。

表8 速度開關(guān)型阻尼器鎖定前后橋梁地震力比較

4 結(jié)論

通過以上對設(shè)置速度開關(guān)型阻尼器鎖定前后橋梁所受地震力情況的分析比對,得出以下結(jié)論。

(1)速度開關(guān)型阻尼器具有明顯的減震效果,能夠充分發(fā)揮活動墩的抗震承載能力,有效地提高橋梁結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。

(2)當速度開關(guān)型阻尼器鎖定時,由于結(jié)構(gòu)受力體系的改變導致結(jié)構(gòu)的動力特性發(fā)生了變化,會導致輸入結(jié)構(gòu)體系總的地震能量增加,這一點應(yīng)引起注意。

(3)當橋梁結(jié)構(gòu)聯(lián)長較長、單一橋墩承受順橋向地震力困難時,采用速度開關(guān)型阻尼器是一項很好的選擇。

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