從近年我國地震的共同特點(diǎn)來看,提高處于路網(wǎng)樞紐位置的大跨度橋梁抗震顯得尤其重要。實(shí)踐應(yīng)用中,在橋梁體系中設(shè)置阻尼器來延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期,減小主梁位移,提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力較為普遍。其中,非線性黏滯阻尼器以其力學(xué)性能明確、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)在所有減震裝置中占有重要地位,但是其在具有輔助墩,過渡墩的斜拉橋中,設(shè)置位置和數(shù)量還需進(jìn)一步研究。
實(shí)驗(yàn)橋跨徑為(37+103+320+103+137)m的雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,半漂浮體系,在2個(gè)邊墩內(nèi)設(shè)置輔助墩,邊墩和輔助墩采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ),樁基均按摩擦樁設(shè)計(jì)。索塔采用雙柱式變截面“H”形索塔,由上塔柱、中塔柱、下塔柱及橫梁組成,塔高為107.5m,橋跨、索塔布置如圖1所示。
圖1 橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的總體構(gòu)造布置并考慮相鄰聯(lián)的影響,采用魚脊梁模式建立橋梁結(jié)構(gòu)的三維有限元模型,將橋面系的剛度及質(zhì)量都集中在中間節(jié)點(diǎn)上,通過三維梁?jiǎn)卧M,節(jié)點(diǎn)和斜拉索之間采用剛臂連接。斜拉索考慮垂度效應(yīng)采用空間桁架單元進(jìn)行模擬。采用三維梁?jiǎn)卧獊砟M橋塔、輔助墩和過渡墩。采用黏滯耗能器單元模擬結(jié)構(gòu)構(gòu)件支座和黏滯阻尼器,如圖2所示。
圖2 動(dòng)力分析模型
根據(jù)工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告內(nèi)容,由未來50年超越概率為10%的場(chǎng)地地表水平峰值加速度值213(gal),按照《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》 (GB18306-2001)中有關(guān)地震動(dòng)峰值加速度與烈度的對(duì)照表,得到場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅷ度。
采用安評(píng)報(bào)告中提供的3組50年超越概率為10%的人工地震波來進(jìn)行地震反應(yīng)分析,并提取出地震波作用下橋梁關(guān)鍵部位的地震響應(yīng)值。由這些響應(yīng)值的大小來確定各阻尼器布置方案的減震效果。地震波豎向加速度取水平向加速度的2/3,從豎向和水平向兩個(gè)方向輸入。表1列出了橋梁的前十階自陣頻率及其相應(yīng)振型特點(diǎn)。圖3給出了結(jié)構(gòu)的振型圖(前四階振型圖)。
表1 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性分析結(jié)果
圖3 結(jié)構(gòu)的前四階振型
該斜拉橋具有輔助墩和過渡墩,其阻尼器布置方案有下列3種:
方案一:僅在塔處布置阻尼器,每個(gè)塔處布置四個(gè)縱向阻尼器;
方案二:在塔處和輔助墩處布置縱向阻尼器,塔處布置四個(gè),輔助墩處布置兩個(gè);
方案三:在塔處和過渡墩處布置縱向阻尼器,塔處四個(gè),過渡墩處兩個(gè)。
采用非線性時(shí)程分析法對(duì)這三種方案進(jìn)行了地震響應(yīng)分析,分別取C為2000,5000,8000和ξ為0.2,0.5,0.8共9種工況,進(jìn)行時(shí)稱分析。
表2 控制截面的內(nèi)力和位移
提取結(jié)構(gòu)關(guān)鍵截面的位移、剪力以及彎矩。為了便于分析與比較,現(xiàn)列出C=2000,ξ=0.2時(shí)三種方案關(guān)鍵截面的地震響應(yīng)值及其減震效果,如表2所示。
由表2可以得出,在塔處設(shè)置阻尼器主梁跨中縱向位移可以降低40%~50%,可以起到良好的減震效果,方案二和方案三的減震效果要比方案一更好,僅位移就可以再降低15%左右。然而,比較方案二和方案三,可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的位移及彎矩和剪力沒有多大差別,考慮到過渡墩處情況復(fù)雜,安裝阻尼器比較困難,因此采取第二種方案,在輔助墩以及橋塔處設(shè)置阻尼器。
本文以某斜拉橋縱向設(shè)置黏滯阻尼器為例,設(shè)置三種不同的黏滯阻尼器布置方案,通過比較三種方案下關(guān)鍵截面處的地震響應(yīng)值,以及考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的要求,最后選定方案二為最佳布置方案,即在塔處和輔助墩處布置縱向阻尼器,塔處布置四個(gè),輔助墩處布置兩個(gè)。