塔梁間設(shè)置BRB跨海斜拉橋減震約束體系及其地震反應(yīng)

陳寶魁 王東升 李宏男 陳少林 李超

摘要： 提出在塔（墩）梁間設(shè)置防屈曲支撐（BRB）的斜拉橋耗能減震新型結(jié)構(gòu)約束形式。以某跨海斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，建立包括全漂浮體系、塔（墩）梁間設(shè)置黏滯阻尼器，以及塔梁間設(shè)置BRB的三類斜拉橋模型。通過比較不同約束方式斜拉橋結(jié)構(gòu)在地震作用下橋塔的位移與彎矩反應(yīng)，關(guān)鍵位置的相對(duì)位移與內(nèi)力，以及耗能裝置的滯回耗能響應(yīng)等，確定設(shè)置BRB跨海斜拉橋新型減震約束體系的地震反應(yīng)性態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)斜拉橋結(jié)構(gòu)設(shè)置黏滯阻尼器可以有效地減小支座以及塔（墩）梁間的相對(duì)位移，對(duì)塔頂相對(duì)于塔底的位移也有較好的控制，但明顯增大了塔底及橋墩的彎矩。而設(shè)置BRB的斜拉橋結(jié)構(gòu)可以大幅度降低塔（墩）底的彎矩，并且表現(xiàn)出了良好的耗能能力。

關(guān)鍵詞： 斜拉橋; 防屈曲支撐; 減震耗能; 地震反應(yīng)分析; 海底地震動(dòng)

中圖分類號(hào)： U448.27; U441+.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? ? 文章編號(hào)： 1004-4523（2021）03-0452-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.03.002

引 言

中國擁有總長約為1.8萬公里的海岸線，近年來建成包括港珠澳大橋在內(nèi)的40余座跨海橋梁?？紤]到東南沿海地區(qū)處于環(huán)太平洋地震帶，且已發(fā)生的震害中，作為生命線工程的跨海橋梁的破壞將極大地阻礙震后救援與恢復(fù)工作。例如奧克蘭海灣大橋（Oakland Bay Bridge）在1989年美國Loma Prieta地震中發(fā)生落梁，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。1995年日本Kobe地震中有幾座跨海橋梁也發(fā)生了不同程度的破壞[2]。因此，本文嘗試提出一種塔梁間設(shè)置防屈曲支撐（BRB）的大跨斜拉橋新型減震體系，即在橋塔（橋墩）與主梁間沿縱橋向安裝BRB。

BRB屬于金屬耗能器范疇，其支撐內(nèi)芯受外套筒約束，在拉壓兩個(gè)方向都具有穩(wěn)定的滯回性能，自20世紀(jì)80年代中后期被文獻(xiàn)[3]提出。在1994年美國Northridge地震和1995年日本Kobe地震后被美日逐步應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)，1999年中國臺(tái)灣集集地震后，更是在世界范圍內(nèi)得到重視。隨著BRB產(chǎn)品屈服力與尺度的增長，已具備了在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的商業(yè)化產(chǎn)品支持。近年逐漸有學(xué)者進(jìn)行了一些將BRB作為減震耗能構(gòu)件在橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的相關(guān)研究。Usami等[4]嘗試將BRB用于鋼桁架拱橋的減震加固中。Chen等[5]提出在鋼橋排架橋墩間設(shè)置BRB的抗震設(shè)計(jì)方法。Celik等[6]嘗試在鋼桁架橋的兩端橫隔板位置布置BRB，討論水平雙向地震荷載作用下BRB對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震與耗能作用[7]。EI?Bahey等[8?10]發(fā)展了“保險(xiǎn)絲””的設(shè)計(jì)理念，并將BRB應(yīng)用于雙柱墩分析其作為保險(xiǎn)絲構(gòu)件的耗能與滯回性能。其后，較多研究集中于BRB作為“保險(xiǎn)絲”與減震構(gòu)件在多柱排架墩間的應(yīng)用與減震效果。謝文等[11?12]將BRB應(yīng)用于大型斜拉橋的雙柱式輔助墩，進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)與數(shù)值研究。孫治國等[13]基于“保險(xiǎn)絲”的理念，利用BRB實(shí)現(xiàn)橋梁排架墩的抗震加固設(shè)計(jì)，驗(yàn)證了其對(duì)排架在地震中損傷的影響。石巖等[14]基于“保險(xiǎn)絲”與損傷控制的抗震理念，發(fā)展了設(shè)置BRB橋梁排架墩基于位移抗震的設(shè)計(jì)方法。李曉莉等[15]以含高低墩的雙柱式橋墩山區(qū)橋梁為例，研究了雙柱式橋墩排架間設(shè)置BRB的耗能與減震效果。Dong等[16]開發(fā)出自復(fù)位防屈曲支撐（SC?BRB）并應(yīng)用于雙柱墩橋梁，通過試驗(yàn)與數(shù)值研究分析其對(duì)結(jié)構(gòu)減震與限制殘余位移的作用。Bazaez和Dusicka[17?18]利用大比例擬靜力試驗(yàn)與數(shù)值分析，發(fā)現(xiàn)在鋼筋混凝土橋梁排架墩間設(shè)置BRB可以有效地提高排架的橫橋向抗震性能與位移延性，并起到“保險(xiǎn)絲”構(gòu)件的作用。Wang等[19]以某三跨鋼筋混凝土梁橋?yàn)閷?shí)例，通過在橋墩排架間設(shè)置BRB改善既有橋梁的抗震性能。Upadhyay等[20]比較了BRB與自復(fù)位耗能裝置（SCED）對(duì)某既有橋梁排架墩加固后的殘余位移及減震效果。

目前，BRB引入橋梁工程的研究主要集中于在排架墩間作為“保險(xiǎn)絲”構(gòu)件增強(qiáng)排架的延性與耗能能力，提高其橫橋向的抗震性能。但以BRB作為大跨橋梁縱橋向的減震耗能構(gòu)件及形成約束體系的研究十分有限。Lanning等[21]嘗試以BRB替換黏滯阻尼器，安裝于Vincent Thomas懸索大橋的縱橋向，發(fā)現(xiàn)在大跨橋梁的縱橋向布置BRB可以起到很好的減震耗能作用。本文針對(duì)大型跨海斜拉橋，嘗試在塔（墩）梁間縱橋向設(shè)置BRB，替換既有跨海橋梁縱橋向設(shè)置的黏滯阻尼器。這種新型斜拉橋減震構(gòu)造以BRB代替常用的黏滯阻尼器，將兼顧控制塔頂與主梁縱向位移，降低塔（墩）底內(nèi)力，以及耗能減震的功能，并避免黏滯阻尼器可靠性弱、存在漏油及后期維護(hù)費(fèi)用高的問題。設(shè)置BRB的斜拉橋結(jié)構(gòu)在正常使用條件下，防屈曲支撐提供的剛度可使大跨度橋梁接近塔梁固結(jié)或彈性支承體系，也可以產(chǎn)生良好的抗風(fēng)性能。

基于海底實(shí)測強(qiáng)震記錄的分析，發(fā)現(xiàn)海底與陸地地震動(dòng)的特性存在明顯差異，海底水平向地震動(dòng)反應(yīng)譜具有更豐富的長周期成分，這可能對(duì)自振周期較高的跨海橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響[22?23]。因此，研究結(jié)合波動(dòng)分析程序與有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖嗀DINA，實(shí)現(xiàn)了考慮樁?土?海水?跨海橋梁耦合的精細(xì)化地震反應(yīng)分析模型，通過考慮海底地震動(dòng)特性的非線性時(shí)程分析對(duì)BRB提高跨海橋梁縱橋向抗震性能的有效性進(jìn)行分析。

1 樁-土-海水-跨海橋梁耦合地震反應(yīng)分析模型

本文結(jié)合有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖嗀DINA與自編自由場地波動(dòng)分析程序，建立包括海水層、海底覆蓋層、跨海橋梁耦合的地震反應(yīng)分析模型。

1.1 海底場地建模

首先，利用ADINA有限元軟件模擬海底場地模型，其中海水層被視為勢流體，并使用流固耦合邊界（FSI）、流體無限邊界（Infinite Element）和流體自由表面邊界（Free Surface）等建立海底場地模型。在海底模型土體介質(zhì)邊界建立黏彈性人工邊界，并利用自編地震波動(dòng)程序?qū)θ斯み吔缥恢貌煌?jié)點(diǎn)，輸入考慮地震波動(dòng)效應(yīng)的等效應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)地震波在海底場地輸入和傳播過程的模擬。

其次，為驗(yàn)證海底地震波動(dòng)分析模型的準(zhǔn)確性，以實(shí)際土層數(shù)據(jù)建立3類（無限半空間）單覆蓋層海底場地模型，并以脈沖型P波作為輸入荷載[24]。為了驗(yàn)證海水層勢流體單元側(cè)邊界約束形式對(duì)分析結(jié)果的影響，分別建立如圖1所示海水層雙側(cè)（岸）土層約束模型1，以及如圖2所示左側(cè)（岸）約束右側(cè)應(yīng)用流體無限域邊界的模型2。另外，為了對(duì)比模型尺度對(duì)分析結(jié)果的影響，在模型2基礎(chǔ)上，建立僅縮減模型寬度至600 m的模型3。

Crouse等[25]發(fā)現(xiàn)P波在與水層共振的頻率位置明顯降低，其各階共振頻率計(jì)算如下

另外，有水模型/無水模型位移傅里葉譜的比譜（W/L比譜）的解析解為

式中 H為水深;f為頻率;α=ρ1vP/（ρ2v2）為海水與海床間的阻抗比;ρ1為水層的密度;ρ2為海底的密度;v2為海底覆蓋層P波波速。

對(duì)比各海底場地模型海床（B點(diǎn)）W/L比譜的（平滑處理后）數(shù)值解與理論解如圖3所示，發(fā)現(xiàn)3類模型的數(shù)值分析結(jié)果均與理論解十分接近。由此初步驗(yàn)證了本文提出的海底地震動(dòng)波動(dòng)分析方法的準(zhǔn)確性，并確定了海水層側(cè)邊界約束形式與模型尺度對(duì)數(shù)值分析結(jié)果的影響。

1.2 樁-土-海水-跨海橋梁耦合地震反應(yīng)建模

基于上述海底場地地震波動(dòng)分析模型，輸入基巖地震動(dòng)可以得到海底場地中各節(jié)點(diǎn)地震響應(yīng)。實(shí)際上，此時(shí)海床位置的地震反應(yīng)已具備了海底地震動(dòng)的特性，有利于更精確地分析跨海橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

在海底場地模型中加入橋梁結(jié)構(gòu)，將橋梁的樁基礎(chǔ)單元與海底覆蓋層和海水層單元合理地連接，實(shí)現(xiàn)“樁?水”和“樁?土”間的耦合作用，將不同海底場地位置的等效地震應(yīng)力作用于模型的黏彈性人工邊界處，即實(shí)現(xiàn)考慮樁?土?海水?跨海橋梁耦合的地震反應(yīng)分析。

2 設(shè)置BRB跨海斜拉橋新型減震結(jié)構(gòu)建模

2.1 工程算例概述

以港珠澳跨海大橋青州航道橋作為工程案例，建立考慮樁?土?海水相互作用的跨海斜拉橋地震反應(yīng)分析模型。該橋?yàn)殡p塔雙索面鋼箱梁航道橋，全橋長1150 m。斜拉橋通航孔主跨458 m，邊跨236 m，邊跨兩側(cè)連接110 m不設(shè)斜拉索的端跨。全橋主梁與橋塔間共布置56對(duì)扇形雙索面斜拉索。橋塔位于主梁以上高117.822 m，主梁至承臺(tái)高49.178 m。下部體系為現(xiàn)澆承臺(tái)和鋼管復(fù)合群樁基礎(chǔ)[26]。

2.2 海底場地模型參數(shù)

本橋位于中國南海的伶仃洋，該海域的海底地形平坦地質(zhì)條件簡單，水深較淺，一般在5?15 m之間[27]。橋段水深10 m左右，覆蓋層厚約為74.5?82.4 m[28]，通過工程海域的勘探作業(yè)，發(fā)現(xiàn)海底覆蓋層主要分為四層，即厚度在20?30 m左右的淤泥軟土層、黏土層、砂土層、以及分為上部強(qiáng)風(fēng)化巖層與下部為弱風(fēng)化巖層的基巖層。因此，研究建立130 m厚（包括海水層）海底場地模型，具體參數(shù)如表1所示。其中淤泥軟土層參數(shù)通過考慮土體的孔隙率與孔隙水的飽和度，將含有水和土的雙相介質(zhì)轉(zhuǎn)化為單相介質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算[29]。

2.3 跨海橋梁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

本文提出一種在塔（墩）梁間設(shè)置防屈曲支撐（BRB）的斜拉橋新型耗能減震結(jié)構(gòu)。為了確定該結(jié)構(gòu)的抗震與耗能能力，共建立包括全漂浮體系斜拉橋結(jié)構(gòu)（模型I）、塔（墩）梁間設(shè)置黏滯阻尼器的斜拉橋結(jié)構(gòu)（模型II）、以及塔（墩）梁間設(shè)置BRB的斜拉橋結(jié)構(gòu)（模型III）的三類數(shù)值模型，比較各類（縱橋向）未約束和耗能減震約束體系跨海斜拉橋結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)。

模型Ⅰ：全漂浮體系（半漂浮體系）斜拉橋梁屬于塔梁分離結(jié)構(gòu)，在主梁與橋塔之間不設(shè)置水平向支承。

模型Ⅱ：塔（墩）梁間設(shè)置黏滯阻尼器的斜拉橋結(jié)構(gòu)，塔梁分離，橋塔與主梁間除設(shè)置滑動(dòng)鉸支承外，還增加了縱橋向的耗能約束構(gòu)件黏滯阻尼器。該數(shù)值模型中，以非線性阻尼的彈簧單元模擬黏滯阻尼裝置。其中非線性阻尼力的輸出方程為

式中 F為阻尼力;C為阻尼器阻尼系數(shù);v為速度;α為速度指數(shù)（α的取值范圍一般在0.1?2.0之間，抗震分析中常在0.3?1.0范圍內(nèi)取值）。從式（3）中不難發(fā)現(xiàn)，隨阻尼系數(shù)C增大，黏滯阻尼器提供的阻尼力與耗能能力增加。速度指數(shù)α對(duì)阻尼器耗能的影響與速度v有關(guān);當(dāng)v<1時(shí)，阻尼力隨α減小而增大;當(dāng)v>1時(shí)，阻尼力隨α增大而增大。本實(shí)例中橋塔（墩）設(shè)置黏滯阻尼器的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

模型Ⅲ：塔（墩）梁間設(shè)置BRB的斜拉橋結(jié)構(gòu)，是指在橋塔（墩）支座處布置連接主梁的沿縱橋向的BRB（如圖4所示），數(shù)值模型中采用雙線性理想彈塑性材料的桁架（truss）單元模擬。模型中BRB裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)參考實(shí)例橋黏滯阻尼器的設(shè)計(jì)屈服力、額定限位位移等參數(shù)設(shè)定，如表3所示，其中屈服位移取為黏滯阻尼器設(shè)計(jì)行程的1/10，使BRB盡早屈服耗能，但帶來的問題是初始彈性剛度可能較大，對(duì)溫度荷載不利。三個(gè)模型中，各模型的橋梁、海水、覆蓋層場地的參數(shù)均相同。具體截面幾何參數(shù)與材料參數(shù)不作贅述，可參見文獻(xiàn)[30]。

2.4 地震輸入時(shí)程的選擇

對(duì)不同橋梁結(jié)構(gòu)模型均輸入3條選自日本KiK?net臺(tái)網(wǎng)的基巖強(qiáng)震記錄，其中2條選自臨近海岸臺(tái)站SZOH35在2006?04?21和2009?08?11地震中的強(qiáng)震記錄，另1條強(qiáng)震記錄選自日本3.11（2011?3?11）大地震福島附近陸地臺(tái)站FKSH20。3次地震的震級(jí)在Mw 5.8?Mw 9.0之間，所選地震波分別來自中震與大震的近?；鶐r臺(tái)站。具體震源與強(qiáng)震臺(tái)站信息參如表4所示。

該橋梁工程抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)以該橋結(jié)構(gòu)完整性狀態(tài)為2400年（基準(zhǔn)期120年超越概率5%）為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，基巖位置輸入地震動(dòng)峰值加速度（PGA）為190gal，地表處輸入地震動(dòng)的PGA為235gal。本文所選基巖強(qiáng)震記錄按照設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)幅。利用自編波動(dòng)分析程序?qū)⒌卣鸷奢d采用外源波動(dòng)輸入法施加于模型的外人工邊界節(jié)點(diǎn)。圖5列出日本3.11地震的加速度時(shí)程曲線。限于篇幅，下文主要列出日本3.11地震的計(jì)算結(jié)果，并總結(jié)3次地震中對(duì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的主要共同認(rèn)識(shí)。

3 設(shè)置BRB的跨海斜拉橋地震反應(yīng)及比較

3.1 自振特性分析

自振特性分析使用ADINA軟件的重啟動(dòng)功能，首先考慮橋梁結(jié)構(gòu)在重力荷載作用下的受力平衡，然后以此為初始條件重啟動(dòng)進(jìn)行自振特性分析，考慮了初始索力等幾何非線性的影響。本文雖考慮了土層、海水等因素，但更關(guān)心的是橋梁結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，因此在表5中僅列出了以橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)為主的振型，以供參考。表5列出了全漂浮體系橋梁結(jié)構(gòu)的前8階的自振頻率，因黏滯阻尼器不附加結(jié)構(gòu)剛度，自身質(zhì)量很小，因此表5中列出的自振特性同樣適用于塔梁間設(shè)置黏滯阻尼器的斜拉橋結(jié)構(gòu)。

表6列出了塔（墩）梁間設(shè)置BRB的橋梁結(jié)構(gòu)的前8階的自振頻率，因BRB有初始彈性剛度，因此其自振頻率明顯高于漂浮體系斜拉橋。

3.2 橋塔的地震反應(yīng)分析

以跨海斜拉橋在重力荷載作用下的受力平衡為初始條件，利用ADINA重啟動(dòng)進(jìn)行地震反應(yīng)時(shí)程分析。分析過程中阻尼模型采用Rayleigh阻尼，取計(jì)算模型的第1階與第2階自振頻率f1和f2控制α與β參數(shù)。因主梁為鋼橋，阻尼比較小，取為3%。

3.2.1 橋塔的位移反應(yīng)

圖6為橋塔在日本3.11地震中的位移包絡(luò)圖。圖中左、右橋塔的位移包絡(luò)圖總體是一致的，但也有些許差異，可能原因是初始索力并非嚴(yán)格對(duì)稱而地震波一般也非對(duì)稱輸入造成的?？梢园l(fā)現(xiàn)：在橋塔橫梁以下（主梁支座處，標(biāo)高0 m），漂浮體系結(jié)構(gòu)橋塔的最大位移比另兩個(gè)結(jié)構(gòu)體系更大;在橋塔橫梁以上，漂浮體系塔身位移相對(duì)于塔底的相對(duì)位移更大。由此可見，安置縱橋向約束耗能裝置可以有效地控制橋塔絕對(duì)位移反應(yīng)。

3.2.2 橋塔的彎矩反應(yīng)

圖7所示為橋塔在日本3.11地震中的彎矩包絡(luò)圖。圖中各單元均為計(jì)算時(shí)間內(nèi)最大反應(yīng)的絕對(duì)值，因橋塔結(jié)構(gòu)的內(nèi)力反應(yīng)主要由其各部分（截面）相對(duì)位移控制，相當(dāng)于減去了地震動(dòng)輸入的絕對(duì)位移影響，因此作為橋塔反應(yīng)分析的重點(diǎn)。在橋塔橫梁以上，不同體系橋梁結(jié)構(gòu)橋塔地震受力相近。在橋塔橫梁以下至橋塔承臺(tái)頂部，其受力幾乎都表現(xiàn)為漂浮體系最小、設(shè)置BRB橋梁次之，設(shè)置黏滯阻尼器橋梁最大。其他兩次地震中，橋塔位移及彎矩包絡(luò)圖的反應(yīng)規(guī)律均與日本3.11地震一致。

3.3 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位移與單元受力

為更全面了解水平地震輸入下不同縱向約束體系斜拉橋的地震反應(yīng)情況，表7和表8統(tǒng)計(jì)了在日本3.11地震水平地震波激勵(lì)下，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位移與單元內(nèi)力（彎矩與剪力）反應(yīng)結(jié)果。從表中結(jié)果可見，設(shè)置黏滯阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)可以有效地減小支座的相對(duì)位移（主梁與塔（墩），對(duì)塔頂相對(duì)于塔底位移也有較好的控制，但明顯增大了塔底及輔助（過渡）橋墩的彎矩;設(shè)置BRB的橋梁結(jié)構(gòu)對(duì)支座和塔頂?shù)南鄬?duì)位移影響有限，但很大程度降低了塔底及輔助（過渡）橋墩的彎矩與剪力。其他兩次地震中（2006?04?21與2009?08?11），跨海橋梁結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)規(guī)律相同。

要說明的是，本文中BRB設(shè)計(jì)參數(shù)主要參考黏滯阻尼器的設(shè)計(jì)參數(shù)，以更好地與之對(duì)比，如果可以進(jìn)一步地獨(dú)立優(yōu)化BRB設(shè)計(jì)參數(shù)，可能會(huì)發(fā)揮其更佳的減震效果。

3.4 黏滯阻尼器和BRB的反應(yīng)比較

圖8給出日本3.11地震激勵(lì)下，在設(shè)置黏滯阻尼器橋梁結(jié)構(gòu)中，左側(cè)橋塔和過渡橋墩位置處黏滯阻尼器的反應(yīng)骨架曲線和滯回曲線，前者為黏滯阻尼器的相對(duì)速度和黏滯阻尼力的關(guān)系，后者則是其相對(duì)位移和阻尼力的關(guān)系。

在日本3.11地震中橋塔與橋墩位置的黏滯阻尼器在地震荷載作用下均達(dá)到其設(shè)計(jì)阻尼力，其中橋塔位置黏滯阻尼器的阻尼力達(dá)到12000 kN，與設(shè)計(jì)阻尼力相近;橋墩位置黏滯阻尼器的阻尼力達(dá)到6000 kN，要大于設(shè)計(jì)阻尼力4500 kN，其最大相對(duì)速度達(dá)到0.8?1.2 m/s，要大于設(shè)計(jì)預(yù)估的0.5 m/s，這對(duì)抗震設(shè)計(jì)而言可能是危險(xiǎn)的信號(hào)。因?yàn)闊o法準(zhǔn)確預(yù)估黏滯阻尼器在未來地震中的最大受力，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)面臨困難。1995年Kobe地震中東神戶大橋的黏滯阻尼器的錨栓就發(fā)生脫落破壞。在2006?04?21地震和2009?08?11地震中橋塔位置的黏滯阻尼器的阻尼力基本為6000 kN，橋墩位置黏滯阻尼器的阻尼力在3000 kN左右，由此可見，在2006?04?21地震和2009?08?11地震作用下，橋塔（墩）位置的黏滯阻尼器并未發(fā)揮其全部作用，它們的地震反應(yīng)相對(duì)速度也小于預(yù)估值0.5 m/s。

圖9給出了在日本3.11地震激勵(lì)下設(shè)置BRB橋梁結(jié)構(gòu)中，左側(cè)橋塔（過渡墩）位置BRB的滯回曲線，即BRB的相對(duì)位移和其軸向力之間的關(guān)系曲線。從分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，在3次地震中橋塔（墩）位置BRB的軸向力基本達(dá)到設(shè)計(jì)屈服軸力（橋塔位置BRB的設(shè)計(jì)屈服軸力為12000 kN，橋墩位置BRB的設(shè)計(jì)屈服軸力4500 kN）。同樣，在日本3.11地震中BRB的地震反應(yīng)較強(qiáng)烈，其滯回耗能反應(yīng)也較大。

作為比較，表9量化了日本3.11地震中橋梁不同位置黏滯阻尼器與BRB的滯回耗能值，發(fā)現(xiàn)橋塔處設(shè)置BRB的滯回耗能明顯高于橋塔處設(shè)置黏滯阻尼器的耗能。這點(diǎn)可以用來解釋設(shè)置BRB橋梁模型中橋塔底部的內(nèi)力小于設(shè)置黏滯阻尼器橋梁模型的現(xiàn)象。

4 結(jié) 論

本文提出了在塔（墩）梁間縱橋向設(shè)置防屈曲支撐（BRB）的跨海斜拉橋結(jié)構(gòu)新的耗能減震方式，并與全漂浮斜拉橋結(jié)構(gòu)和在塔（墩）梁間設(shè)置黏滯阻尼器的斜拉橋結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)進(jìn)行了比較。數(shù)值計(jì)算中開發(fā)了考慮樁?土?海水?跨海橋梁結(jié)構(gòu)耦合的精細(xì)化地震波動(dòng)反應(yīng)分析模型，并輸入包含東日本3.11大地震在內(nèi)的基巖地震波作為激勵(lì)。就本文實(shí)例橋梁分析發(fā)現(xiàn)：

（1）設(shè)置黏滯阻尼器的斜拉橋結(jié)構(gòu)可以有效地減小支座（或主梁與橋塔（墩）間）的相對(duì)位移反應(yīng)，對(duì)塔頂相對(duì)于塔底（承臺(tái)頂）的位移也有較好的控制，但明顯增大了塔底及輔助（過渡）橋墩的彎矩。

（2）設(shè)置BRB的斜拉橋結(jié)構(gòu)對(duì)支座和塔頂?shù)南鄬?duì)位移控制較為有限，但相對(duì)于設(shè)置黏滯阻尼器的橋梁結(jié)構(gòu)，很大程度降低了塔底及輔助（過渡）橋墩的彎矩。

（3）對(duì)東日本3.11大地震跨海斜拉橋地震反應(yīng)進(jìn)行比較，設(shè)置的BRB與黏滯阻尼器均達(dá)到設(shè)計(jì)軸力和設(shè)計(jì)阻尼力，并表現(xiàn)出了較好的耗能能力。但橋墩位置黏滯阻尼器的阻尼力與相對(duì)速度均超過設(shè)計(jì)值，存在損壞風(fēng)險(xiǎn)。

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作者簡介： 陳寶魁（1982?），男，博士，講師，碩士研究生導(dǎo)師。電話：15180166744;E-mail： baokui_2000@163.com