《液體黏滯阻尼器與雙曲面球形減隔震支座聯(lián)合應(yīng)用研究論文為PDF文檔格式免費(fèi)下載,本文檔關(guān)鍵詞球形,液體,應(yīng)用,雙曲面,聯(lián)合.pdf-匯文網(wǎng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《液體黏滯阻尼器與雙曲面球形減隔震支座聯(lián)合應(yīng)用研究論文為PDF文檔格式免費(fèi)下載,本文檔關(guān)鍵詞球形,液體,應(yīng)用,雙曲面,聯(lián)合.pdf-匯文網(wǎng)（7頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、收 稿 日 期:2016 09 21; 修 回 日 期:2016 10 30 作 者 簡(jiǎn) 介: 周 友 權(quán)(1979), 男, 高 級(jí) 工 程 師,2006 年 畢 業(yè) 于 西 南 交 通 大 學(xué) 橋 梁 工 程 專 業(yè), 工 學(xué) 碩 士, 主 要 從 事 高 速 鐵 路 大 跨 橋 梁 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 與 抗 震 研 究 工 作,E-mail:。 第61 卷 第6 期 2017 年6 月 鐵 道 標(biāo) 準(zhǔn) 設(shè) 計(jì) RAILWAY STANDARD DESIGN Vol.61 No.6 Jun. 2017 文 章 編 號(hào):1004 2954(2017)06 0082 06 液 體 黏 滯 阻 尼

2、 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 應(yīng) 用 研 究 周 友 權(quán) ( 中 鐵 第 一 勘 察 設(shè) 計(jì) 院 集 團(tuán) 有 限 公 司 橋 隧 處, 西 安 710043) 摘 要: 以 某 城 際 鐵 路105m 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 橋 為 工 程 依 托, 采 用 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 方 式, 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 進(jìn) 行 罕 遇 地 震 下 的 抗 震 設(shè) 計(jì), 以 了 解 二 者 聯(lián) 合 應(yīng) 用 于 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 時(shí) 的 特 性。 利 用Midas/Civil 軟 件, 采 用 非 線 性 時(shí) 程 分 析 方

3、 法, 對(duì) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 分 別 應(yīng) 用 于 結(jié) 構(gòu) 的 減 震 效 果, 以 及 二 者 聯(lián) 合 應(yīng) 用 時(shí) 的 減 震 特 性 分 別 進(jìn) 行 了 分 析。 分 析 結(jié) 果 顯 示, 液 體 黏 滯 阻 尼 器 的 減 震 效 果 要 優(yōu) 于 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座。 在 給 定 的 減 震 目 標(biāo) 下 二 者 聯(lián) 合 應(yīng) 用 時(shí), 液 體 黏 滯 阻 尼 器 的 噸 位 及 結(jié) 構(gòu) 墩 頂 水 平 力 均 較 單 獨(dú) 使 用 有 所 降 低, 對(duì) 阻 尼 器 的 布 置 及 結(jié) 構(gòu) 的 抗 震 設(shè) 計(jì) 是 有 利

4、的; 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 對(duì) 地 震 能 量 耗 散 小, 支 座 的 摩 阻 系 數(shù) 提 高 時(shí) 雖 然 增 大 了 地 震 能 量 消 耗 比, 但 增 大 了 結(jié) 構(gòu) 墩 頂 水 平 力 與 震 后 殘 余 位 移, 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 抗 震 是 不 利 的; 二 者 聯(lián) 合 應(yīng) 用 時(shí), 應(yīng) 結(jié) 合 設(shè) 防 結(jié) 構(gòu) 自 身 特 點(diǎn) 與 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo), 選 取 合 適 的 設(shè) 計(jì) 參 數(shù)。 關(guān) 鍵 詞: 液 體 黏 滯 阻 尼 器; 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座; 減 隔 震 裝 置 聯(lián) 合 應(yīng) 用; 罕 遇 地 震; 減 隔 震 裝 置 聯(lián) 合 布

5、 置 方 式; 非 線 性 時(shí) 程 分 析 中 圖 分 類 號(hào):TU352.1;U443.36 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2017.06.018 StudyofCombinedApplicationofFluidViscousDamperand DoubleCurvatureSeismicIsolationBearing ZHOUYou-quan (BridgeDoublecurvatureseismicisolationbearing;Combinedapplicationof shockabsorber devices; Rare

6、earthquake; Combined arrangement mode of shock absorber device; Nonlineartime-historyanalysis 1 工 程 背 景 某 城 際 鐵 路105m 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 橋, 梁 部 按 剛 性 系 梁 剛 性 拱 設(shè) 計(jì), 拱 軸 線 采 用 二 次 拋 物 線, 計(jì) 算 跨 徑 102.4m, 矢 高20.48m, 矢 跨 比1/5。 拱 肋 采 用 外 徑 90cm、 壁 厚 為16mm 鋼 管 混 凝 土 空 腹 啞 鈴 形 截 面。 系 梁 截 面 為 單 箱 雙 室 箱 形 截 面, 三 向 預(yù)

7、應(yīng) 力 體 系。 箱 梁 頂 寬12.1m, 底 寬10.1m, 梁 高 為 支 點(diǎn)2.7m、 跨 中 2.1m。 橋 墩 均 采 用 圓 端 形 實(shí) 體 墩, 橋 墩 縱 橫 向 尺 寸 為 4.2m 與14.5m, 墩 高 分 別 為12m 與13.5m, 基 礎(chǔ) 均 采 用12 根1.5m 鉆 孔 灌 注 樁 基 礎(chǔ), 立 面 布 置 如 圖 1 所 示。 根 據(jù) 地 震 安 評(píng) 報(bào) 告, 場(chǎng) 地 類 別 按 照 類 場(chǎng) 地 考 慮, 橋 址 處 未 來50 年 超 越 概 率10 的 地 面 地 震 動(dòng) 峰 值 加 速 度 為0.21g, 相 當(dāng) 于 地 震 基 本 烈 度 八 度,

8、對(duì) 應(yīng) 地 震 動(dòng) 反 應(yīng) 譜 特 征 周 期 為0.65s。 圖1 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 橋 立 面 布 置( 單 位:cm) 2 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 本 橋 屬 于 技 術(shù) 復(fù) 雜、 修 復(fù) 困 難 的 特 殊 結(jié) 構(gòu) 橋 梁, 并 且 位 于 地 震 動(dòng) 峰 值 加 速 度 為0.2g 的 八 度 區(qū), 根 據(jù) 建 設(shè) 要 求, 對(duì) 本 橋 按 照 罕 遇 地 震 1 進(jìn) 行 設(shè) 防。 由 于 本 橋 上 部 為 混 凝 土 結(jié) 構(gòu), 橋 墩 矮 剛 度 大 墩 底 難 以 出 現(xiàn) 塑 性 鉸, 按 照 罕 遇 地 震 進(jìn) 行 設(shè) 防 時(shí), 常 用 的 強(qiáng) 度 抗 震 設(shè) 計(jì)(“ 硬 抗”

9、) 或 延 性 抗 震 設(shè) 計(jì) 均 不 滿 足 設(shè) 計(jì) 要 求 2 , 對(duì) 于 本 橋 來 說 合 理 的 抗 震 設(shè) 計(jì) 為 采 用 減 隔 震 措 施。 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 是 采 用 減 隔 震 裝 置, 延 長(zhǎng) 結(jié) 構(gòu) 的 周 期 或 增 加 結(jié) 構(gòu) 的 阻 尼 3 , 將 結(jié) 構(gòu) 與 可 能 引 起 的 地 面 運(yùn) 動(dòng) 分 離 開 來, 大 大 減 小 了 地 震 來 臨 時(shí) 橋 梁 結(jié) 構(gòu) 的 響 應(yīng), 減 小 梁 部 傳 遞 給 墩 臺(tái) 及 基 礎(chǔ) 的 地 震 力, 使 得 設(shè) 計(jì) 經(jīng) 濟(jì) 合 理, 結(jié) 構(gòu) 安 全 性 能 更 高。 目 前 工 程 上 應(yīng) 用 的 減 隔 震 裝

10、 置 眾 多,但 一 般 采 用 單 一 的 裝 置 來 控 制 結(jié) 構(gòu) 的 地 震 反 應(yīng)。 對(duì) 處 于 高 烈 度 區(qū) 的 混 凝 土 結(jié) 構(gòu), 當(dāng) 結(jié) 構(gòu) 的 重 要 性 高 并 要 求 采 用 罕 遇 地 震 進(jìn) 行 設(shè) 防 時(shí), 采 用 單 一 的 減 隔 震 裝 置 往 往 難 以 達(dá) 到 預(yù) 期 控 制 目 標(biāo)。 因 此, 以105m 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 橋 為 工 程 背 景, 采 用 常 用 的 液 體 黏 滯 阻 尼 器( 后 文 可 簡(jiǎn) 稱 阻 尼 器) 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座( 后 文 可 簡(jiǎn) 稱 減 隔 震 支 座) 聯(lián) 合 應(yīng) 用 的 方 式 進(jìn)

11、 行 結(jié) 構(gòu) 的 減 隔 震 設(shè) 計(jì), 以 了 解 二 者 聯(lián) 合 作 用 的 特 性。 抗 震 設(shè) 計(jì) 思 路 為, 多 遇 地 震 作 用 下, 固 定 墩 承 受 地 震 力 并 保 證 固 定 支 座 限 位 裝 置 不 被 剪 斷;地 震 效 應(yīng) 超 過 多 遇 地 震 時(shí), 固 定 支 座 限 位 裝 置 剪 斷, 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 均 發(fā) 揮 作 用, 阻 尼 器 耗 散 地 震 能 量, 減 隔 震 支 座 起 隔 震 與 耗 能 作 用, 同 時(shí) 起 使 結(jié) 構(gòu) 震 后 復(fù) 位 的 作 用。 3 減 隔 震 裝 置 3.1 液 體 黏 滯 阻 尼 器 阻 尼

12、 器 作 為 一 種 結(jié) 構(gòu) 保 護(hù) 系 統(tǒng), 是 目 前 應(yīng) 用 最 為 廣 泛、 發(fā) 展 最 為 成 功 的 減 震 裝 置, 目 前 在 橋 梁 工 程 領(lǐng) 域 內(nèi) 普 遍 采 用 的 阻 尼 器 為 液 體 黏 滯 阻 尼 器。 液 體 黏 滯 阻 尼 器 一 般 由 活 塞、 油 缸 及 節(jié) 流 孔 組 成, 是 利 用 活 塞 前 后 壓 力 差 使 油 流 過 節(jié) 流 孔 產(chǎn) 生 阻 尼 力 的 一 種 減 震 裝 置 4 。 黏 滯 阻 尼 器 的 計(jì) 算 公 式 為 F=CV (1) 式 中,F 為 阻 尼 力;C 為 阻 尼 器 的 阻 尼 系 數(shù);V 為 阻 尼 器 兩

13、端 間 的 相 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 速 度; 為 速 度 指 數(shù), 其 取 值 范 圍 5 7 為0.12.0, 從 抗 震 角 度, 其 常 用 的 取 值 范 圍 為0.21.0。 為 了 解 參 數(shù) 間 的 關(guān) 系, 圖2 給 出 了 阻 尼 系 數(shù) 取1000kN/(m/s) 時(shí), 不 同 的 速 度 的 指 數(shù) 下 阻 尼 力F 與 速 度V 的 關(guān) 系 曲 線。 對(duì) 于 阻 尼 器 而 言, 阻 尼 力 越 大, 阻 尼 效 應(yīng) 越 明 顯, 減 震 耗 能 效 果 越 明 顯 8 。 由 圖2 可 知, 速 度 指 數(shù) 越 小, 速 度 很 小 時(shí) 就 可 以 輸 出 較 大 的 阻 尼

14、 力, 即 速 度 指 數(shù) 取 值 越 小, 阻 尼 器 對(duì) 速 度 的 響 應(yīng) 越 敏 感; 速 度 指 數(shù) 越 小, 相 同 速 度 下 阻 尼 力 越 大, 減 震 效 果 越 好 9 , 但 速 度 指 數(shù) 越 小 制 作 工 藝 要 求 越 高。 圖2 液 體 黏 滯 阻 尼 器 參 數(shù) 關(guān) 系 曲 線 由 圖2 可 知, 阻 尼 力 的 輸 出 隨 速 度 的 增 大 而 加 大, 阻 尼 器 為 速 度 型 的 減 震 裝 置, 在 地 震 作 用 下, 結(jié) 構(gòu) 位 于 平 衡 位 置 時(shí) 速 度 最 大, 阻 尼 器 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 的 作 用 力 最 大, 結(jié) 構(gòu) 位 于 最 大

15、 位 移 處 速 度 為 零, 阻 尼 器 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 的 作 用 力 為 零, 這 對(duì) 于 結(jié) 構(gòu) 抗 震 是 有 利 的 10 。 3.2 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 是 在 球 形 支 座 基 礎(chǔ) 上, 用 大 半 徑 球 面 摩 擦 副 代 替 平 面 摩 擦 副, 并 設(shè) 置 抗 剪 裝 置 而 形 成 的 一 種 新 型 支 座。 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 減 隔 3 8 第6 期 周 友 權(quán) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 應(yīng) 用 研 究 震 原 理 與 普 通 減

16、隔 震 支 座 減 隔 震 支 座 相 同, 均 為 摩 擦 鐘 擺 原 理。 該 支 座 利 用 簡(jiǎn) 單 的 鐘 擺 機(jī) 理 延 長(zhǎng) 了 橋 梁 的 自 振 周 期, 并 具 有 一 定 的 耗 能 能 力, 從 而 降 低 結(jié) 構(gòu) 地 震 反 應(yīng); 地 震 過 后, 結(jié) 構(gòu) 自 重 又 可 形 成 恢 復(fù) 力, 幫 助 橋 梁 上 部 結(jié) 構(gòu) 回 到 原 來 的 位 置。 假 定 恒 載 自 重 為W, 球 面 摩 擦 副 的 等 效 半 徑 為R, 設(shè) 計(jì) 位 移 為D, 滑 動(dòng) 球 面 的 摩 擦 系 數(shù) 為, 則 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 參 數(shù) 為 11,12 F=W

17、D/R+W(sgn D) (2) D 余 =R (3) 式 中,F 為 減 隔 震 支 座 輸 出 水 平 力,D 余 為 震 后 殘 余 位 移。 由 公 式(2) 可 知, 減 隔 震 支 座 為 位 移 型 減 隔 震 裝 置, 墩 梁 相 對(duì) 位 移 越 大 支 座 輸 出 的 水 平 力 越 大, 與 阻 尼 器 的 輸 出 正 好 相 反。 4 模 型 建 立 采 用Midas/Civil2015 程 序 13 , 將 結(jié) 構(gòu) 離 散 為 空 間 梁 單 元, 用“m” 法 計(jì) 算 樁 基 對(duì) 承 臺(tái) 的 彈 性 支 承 剛 度, 在 模 型 承 臺(tái) 底 加 上6 個(gè) 自 由 度

18、的 彈 性 支 承, 計(jì) 算 模 型 如 圖3 所 示。 圖3 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 計(jì) 算 模 型 圖4 罕 遇 地 震 人 工 合 成 波 液 體 黏 滯 阻 尼 器 采 用Midas 里 面 的“ 黏 彈 性 消 能 器” 非 線 性 連 接, 有 效 剛 度 輸 入 零 值, 阻 尼 類 型 選 Maxwell 模 型。 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 采 用Midas 里 面 的“ 減 隔 震 支 座 隔 震 裝 置” 非 線 性 連 接, 有 效 剛 度 及 滑 移 前 剛 度 根 據(jù) 規(guī) 范 14 進(jìn) 行 取 值。 減 隔 震 裝 置 為 非 線 性 聯(lián) 接 單 元, 計(jì)

19、算 需 采 用 非 線 性 時(shí) 程 法, 所 需 的 地 震 波 采 用 人 工 合 成 得 到。 當(dāng) 采 用3 條 時(shí) 程 波 計(jì) 算 時(shí), 時(shí) 程 分 析 的 最 終 結(jié) 果 應(yīng) 取3 組 計(jì) 算 結(jié) 果 的 最 大 值 15 。 圖4 僅 示 出 了 罕 遇 地 震 下 的 一 條 人 工 合 成 波。 減 隔 震 裝 置 不 發(fā) 揮 作 用 時(shí), 結(jié) 構(gòu) 第 一 階 橫 向 周 期1.06s, 第 一 階 縱 向 周 期0.76s; 減 隔 震 裝 置 發(fā) 揮 作 用 后, 結(jié) 構(gòu) 的 固 定 支 座 銷 軸 剪 斷 全 部 為 活 動(dòng) 支 座, 第 一 階 橫 向 周 期3s 左 右

20、, 第 一 階 縱 向 周 期 比 橫 向 的 小0.1s。 5 減 隔 震 效 果 分 析 采 用 減 隔 震 措 施 后, 罕 遇 地 震 下 結(jié) 構(gòu) 處 于 彈 性 狀 態(tài), 橋 墩 與 基 礎(chǔ) 的 地 震 力 與 多 遇 地 震 的 相 當(dāng), 地 震 力 不 控 制 下 部 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì)。 減 隔 震 措 施 發(fā) 揮 作 用 時(shí), 上 部 結(jié) 構(gòu) 處 于 一 種“ 漂 浮” 狀 態(tài), 為 防 止 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 生 過 大 的 位 移, 避 免 支 座、 伸 縮 縫 等 在 地 震 下 喪 失 功 能 以 及 落 梁 的 發(fā) 生, 需 要 調(diào) 整 減 隔 震 裝 置 的 參 數(shù), 將 上

21、 部 結(jié) 構(gòu) 地 震 下 的 墩 梁 相 對(duì) 位 移 控 制 在 合 理 的 范 圍 之 內(nèi)。 本 結(jié) 構(gòu) 給 定 的 控 制 目 標(biāo) 是, 罕 遇 地 震 下 結(jié) 構(gòu) 縱 橫 向 墩 梁 最 大 相 對(duì) 位 移 控 制 在20cm 之 內(nèi)。 為 了 解 阻 尼 器 與 減 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 的 效 果 與 特 性, 需 要 先 了 解 單 獨(dú) 設(shè) 置 阻 尼 器 與 減 震 支 座 的 減 震 效 果。 5.1 單 獨(dú) 設(shè) 置 液 體 黏 滯 阻 尼 器 減 震 分 析 為 能 同 時(shí) 控 制 罕 遇 地 震 下 結(jié) 構(gòu) 縱 橫 向 的 最 大 位 移, 阻 尼 器 與 縱 橋 向

22、 成45 角 布 置, 跨 度105m 拱 橋 結(jié) 構(gòu) 阻 尼 器 的 布 置 如 圖5 所 示。 圖5 阻 尼 器 設(shè) 置 方 式 示 意 由 前 述 可 知, 抗 震 設(shè) 計(jì) 時(shí) 速 度 指 數(shù) 常 用 的 取 值 范 圍 為0.21.0, 速 度 指 數(shù) 越 小, 阻 尼 器 的 減 震 效 果 越 好, 本 次 計(jì) 算 中 速 度 指 數(shù) 均 取0.2, 圖6 給 出 了 墩 梁 相 對(duì) 位 移 與 阻 尼 系 數(shù) 的 及 阻 尼 器 噸 位 的 關(guān) 系 曲 線。 由 圖 6 可 知, 阻 尼 系 數(shù) 增 大 時(shí), 墩 梁 相 對(duì) 位 移 迅 速 減 小, 阻 尼 系 數(shù) 很 小 時(shí)

23、阻 尼 器 便 有 很 好 的 減 震 效 果; 阻 尼 系 數(shù) 增 大 到5000kN/(m/s) 0.2 時(shí), 墩 梁 相 對(duì) 位 移 可 基 本 控 制 在20cm, 滿 足 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo), 此 時(shí) 阻 尼 器 的 最 大 輸 出 力 4005kN; 阻 尼 系 數(shù) 繼 續(xù) 增 大, 墩 梁 相 對(duì) 位 移 減 小 不 明 顯。 對(duì) 比 阻 尼 力 與 阻 尼 系 數(shù), 發(fā) 現(xiàn) 阻 尼 器 的 輸 出( 阻 尼 力 與 阻 尼 系 數(shù) 的 比 值) 為0.8 左 右, 說 明 阻 尼 器 采 用 與 順 橋 向 呈45 角 布 置 后, 其 輸 出 難 以 達(dá) 到100。 圖7 給 出

24、 了 阻 尼 系 數(shù) 為5000kN/(m/s) 0.2 時(shí) 縱 橋 向 與 橫 橋 向 地 震 作 用 下, 墩 梁 相 對(duì) 位 移 的 時(shí) 程 曲 線。 4 8 鐵 道 標(biāo) 準(zhǔn) 設(shè) 計(jì) 第61 卷 由 圖7 可 知, 阻 尼 器 采 用 與 順 橋 向 呈45 角 布 置 后, 橫 橋 地 震 下 墩 梁 最 大 相 對(duì) 位 移 與 順 橋 向 的 相 當(dāng), 說 明 阻 尼 器 所 采 用 的 布 置 方 式 對(duì) 縱 橫 向 地 震 都 起 到 了 很 好 的 控 制 作 用。 圖6 阻 尼 器 單 獨(dú) 設(shè) 置 時(shí) 減 震 效 果 圖7 縱 橫 向 地 震 下 墩 梁 相 對(duì) 位 移 5.

25、2 單 獨(dú) 設(shè) 置 減 隔 震 支 座 減 隔 震 分 析 圖8 給 出 了 不 設(shè) 阻 尼 器 情 況 下, 減 隔 震 支 座 摩 阻 系 數(shù) 取 最 常 用 的0.03 時(shí), 支 座 等 效 半 徑 與 墩 梁 相 對(duì) 位 移 的 關(guān) 系 曲 線。 由 圖8 可 知, 墩 梁 相 對(duì) 位 移 隨 著 支 座 等 效 半 徑 的 增 大 而 增 大, 二 者 基 本 呈 線 性 關(guān) 系。 對(duì) 于 本 結(jié) 構(gòu) 而 言, 等 效 半 徑 越 小 減 震 效 果 越 好。 結(jié) 構(gòu) 采 用 的 為2 000t 級(jí) 別 的 支 座, 受 工 廠 制 造 工 藝 限 制, 最 小 等 效 半 徑 為3

26、.5m。 為 了 使 減隔 震 支 座 盡 量 發(fā) 揮 大 的 效 能, 以 下 計(jì) 算 中 支 座 等 效 半 徑 均 取 可 制 造 的 最 小 值3.5m。 根 據(jù) 規(guī) 范 16 , 雙 曲 面 減 隔 震 支 座 的 設(shè) 計(jì) 摩 阻 系 數(shù) 取 值 范 圍 為0.020.05, 實(shí) 際 情 況 支 座 摩 阻 系 數(shù) 最 大 可 圖8 減 隔 震 支 座 等 效 半 徑 對(duì) 減 震 效 果 的 影 響 曲 線 以 到0.08, 因 此 圖9 給 出 了 摩 阻 系 數(shù) 在0.020.08 范 圍 內(nèi), 結(jié) 構(gòu) 墩 梁 相 對(duì) 位 移 的 變 化 趨 勢(shì)。 由 圖9 可 知, 摩 阻 系

27、 數(shù) 在 規(guī) 范 給 定 范 圍 內(nèi) 時(shí), 曲 線 斜 率 大, 墩 梁 位 移 隨 阻 尼 系 數(shù) 的 增 加 迅 速 減 小, 增 加 阻 尼 系 數(shù) 支 座 的 減 震 效 果 增 加 明 顯。 阻 尼 系 數(shù) 大 于0.05 以 后, 曲 線 斜 率 迅 速 減 小, 說 明 阻 尼 系 數(shù)0.05 以 后 增 大 摩 阻 系 數(shù) 支 座 的 減 震 效 率 下 降。 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 摩 阻 系 數(shù) 取 在 規(guī) 范 給 定 范 圍 0.020.05, 可 獲 得 較 高 的 減 震 效 率。 另 外, 由 圖9 可 知 摩 阻 系 數(shù) 取 到 常 用 的 最 大 值0.08, 結(jié)

28、構(gòu) 墩 梁 相 對(duì) 位 移 32cm 左 右, 仍 不 能 滿 足 給 定 的 控 制 目 標(biāo)20cm, 說 明 減 隔 震 支 座 的 減 震 能 力 遠(yuǎn) 遜 于 阻 尼 器。 圖9 減 隔 震 支 座 單 獨(dú) 設(shè) 置 時(shí) 減 震 效 果 5.3 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 設(shè) 置 減 震 效 果 分 析 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 分 別 為 速 度 型 與 位 移 型 裝 置, 二 者 的 輸 出 存 在 相 位 差, 聯(lián) 合 應(yīng) 用 于 結(jié) 構(gòu) 的 減 隔 震 設(shè) 計(jì), 地 震 作 用 下 減 隔 震 裝 置 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 持 續(xù) 提 供 反 向 作 用 力 并

29、且 不 同 時(shí) 輸 出 最 大 值, 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 地 震 反 應(yīng) 的 控 制 是 非 常 有 利 的。 減 隔 震 支 座 的 等 效 曲 面 半 徑 均 取3.5m, 阻 尼 器 與 順 橋 向 呈45 布 置 且 速 度 指 數(shù) 均 為0.2 時(shí), 控 制 結(jié) 構(gòu) 的 墩 梁 最 大 相 對(duì) 位 移 為20cm, 減 隔 震 支 座 的 摩 阻 系 數(shù) 從0.02 變 化 到0.08 時(shí), 阻 尼 器 的 阻 尼 系 數(shù) 對(duì) 應(yīng) 從3600kN/(m/s) 0.2 變 化 到2950kN/(m/s) 0.2 , 對(duì) 應(yīng) 的 滿 足 位 移 控 制 條 件 的 計(jì) 算 工 況 如 表1 所

30、示。 圖10 給 出 了 滿 足 地 震 控 制 目 標(biāo) 的 各 種 工 況 下, 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 的 輸 出 力 的 變 化 趨 勢(shì)。 由 圖10 可 5 8 第6 期 周 友 權(quán) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 應(yīng) 用 研 究 表1 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 設(shè) 置 工 況 工 況 編 號(hào) 阻 尼 系 數(shù) (C)/(kN/(m/s) 0.2 ) 摩 阻 系 數(shù) () 1 3600 0.02 2 3500 0.03 3 3400 0.04 4 3300 0.05 5 3100 0.06 6 2950 0.0

31、7 7 2950 0.08 知, 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 同 時(shí) 作 用 時(shí), 減 隔 震 支 座 水 平 力 的 程 序 輸 出 值 與 公 式(2) 計(jì) 算 值 基 本 一 致, 說 明 阻 尼 器 的 加 入 對(duì) 減 隔 震 支 座 水 平 力 的 計(jì) 算 無 影 響。 對(duì) 比 各 個(gè) 工 況 下 的 阻 尼 器 輸 出 阻 尼 力 與 對(duì) 應(yīng) 阻 尼 系 數(shù), 阻 尼 器 的 輸 出( 阻 尼 力 與 阻 尼 系 數(shù) 的 比 值) 均 在0.83 左 右, 比 阻 尼 器 單 獨(dú) 作 用 時(shí) 的 輸 出0.80 要 略 高。 減 隔 震 支 座 的 摩 阻 系 數(shù) 從0.0

32、2 提 高 到0.08, 支 座 的 水 平 輸 出 力 從1119kN 提 高 到2052kN, 輸 出 力 增 大 將 近 一 倍, 而 阻 尼 器 的 輸 出 力 僅 從2974kN 降 到2343kN, 降 幅 不 到25, 即 摩 阻 系 數(shù) 的 增 大 對(duì) 阻 尼 器 噸 位 的 降 低 作 用 很 有 限。 要 滿 足 墩 梁 位 移 不 超 過20cm, 阻 尼 器 單 獨(dú) 作 用 時(shí), 阻 尼 器 的 噸 位 不 少 于4000kN, 地 震 產(chǎn) 生 的 墩 頂 水 平 力6700kN 左 右; 二 者 聯(lián) 合 作 用 時(shí), 阻 尼 器 的 噸 位 不 超 過3 000 kN

33、, 墩 頂 水 平 力 最 小 不 到 6000kN, 說 明 二 者 聯(lián) 合 設(shè) 置 可 減 小 阻 尼 器 的 設(shè) 置 噸 位 及 墩 頂 地 震 力, 阻 尼 器 噸 位 越 大 意 味 著 其 構(gòu) 造 尺 寸 越 大, 二 者 聯(lián) 合 設(shè) 置 對(duì) 墩 頂 空 間 受 限 時(shí) 阻 尼 器 的 布 置 及 橋 墩 基 礎(chǔ) 的 受 力 是 有 利 的。 圖10 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 設(shè) 置 設(shè) 備 輸 出 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 的 滯 回 曲 線 所 包 圍 的 面 積 即 為 其 消 耗 的 地 震 能 量。 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 同 時(shí)

34、作 用 時(shí), 對(duì) 其 包 圍 的 面 積 分 別 積 分 求 和, 可 得 出 二 者 消 耗 地 震 能 量 的 比 例。 圖11 與 圖12 分 別 給 出 了 常 用 摩 阻 系 數(shù)0.03 及 可 用 最 大 摩 阻 系 數(shù)0.08 工 況 下, 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 的 滯 回 曲 線。 從 圖11、 圖12 可 以 明 顯 看 出, 常 用 摩 阻 系 數(shù) 下, 減 隔 震 支 座 的 耗 能 比 重 很 小; 摩 阻 系 數(shù) 取 最 大 值 時(shí), 減 隔 震 支 座 耗 散 的 能 量 才 接 近 于 阻 尼 器 的。 圖11 工 況2 阻 尼 器 與 減 隔 震

35、支 座 的 滯 回 曲 線 圖12 工 況7 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 的 滯 回 曲 線 表2 給 出 了 各 個(gè) 工 況 下 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 耗 散 能 量 的 具 體 比 例, 由 表2 可 知, 減 隔 震 支 座 的 摩 阻 系 數(shù) 在 規(guī) 范 給 定 的0.020.05 之 間 時(shí), 支 座 的 能 量 耗 散 范 圍 為1227, 即 二 者 共 同 作 用 時(shí)80 左 右 的 能 量 由 阻 尼 器 來 消 耗 掉, 減 隔 震 支 座 對(duì) 地 震 能 量 的 消 耗 所 起 的 作 用 很 小。 摩 阻 系 數(shù) 取 廠 家 給 定 的 最 大 值

36、0.08 時(shí), 減 隔 震 支 座 耗 散 的 能 量 不 到 總 地 震 能 量 的 一 半。 由 于 單 個(gè) 減 隔 震 支 座 的 造 價(jià) 接 近 于 阻 尼 器 的, 從 使 用 的 性 價(jià) 比 而 言, 減 隔 震 支 座 的 使 用 是 不 經(jīng) 濟(jì) 的。 另 外 由 表2 可 知, 在 墩 梁 最 大 相 對(duì) 位 移 均 為20cm 時(shí), 墩 頂 水 平 力 隨 摩 擦 系 數(shù) 的 增 加 而 增 大。 墩 頂 水 平 力 越 大, 對(duì) 橋 墩 及 基 礎(chǔ) 的 設(shè) 計(jì) 越 不 利, 即 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 在 總 的 減 震 效 果 不 變 情 況

37、下, 減 隔 震 支 座 摩 阻 系 數(shù) 增 加 雖 然 提 高 了 其 對(duì) 地 震 能 量 的 消 耗 比 例, 但 增 大 了 墩 頂 總 的 水 平 力, 對(duì) 抗 震 設(shè) 計(jì) 是 不 利 的。 表2 不 同 工 況 下 減 隔 震 裝 置 的 能 量 消 耗 比 與 墩 頂 水 平 力 工 況 墩 頂 水 平 力/kN 能 量 消 耗 比 例/ 阻 尼 器 減 隔 震 支 座 1 5905 87.8 12.2 2 6044 84.1 15.9 3 6225 78.7 21.3 4 6362 73.0 27.0 5 6504 69.8 30.2 6 6768 63.6 36.4 7 692

38、0 55.3 44.7 圖13 給 出 了 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 共 同 作 用 時(shí), 震 6 8 鐵 道 標(biāo) 準(zhǔn) 設(shè) 計(jì) 第61 卷 后 墩 梁 的 相 對(duì) 位 移 的 公 式 計(jì) 算 值 與 程 序 輸 出 值。 由 公 式(3) 知, 結(jié) 構(gòu) 的 震 后 位 移 為 摩 阻 系 數(shù) 與 等 效 曲 面 半 徑 的 乘 積, 而 等 效 曲 面 半 徑 越 小、 摩 阻 系 數(shù) 越 大 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 的 相 對(duì) 位 移 控 制 越 好, 為 了 獲 得 減 隔 震 支 座 較 好 的 震 后 復(fù) 位 能 力, 摩 阻 系 數(shù) 需 要 取 小 值 但 又 使 得 其 無 法 充

39、分 發(fā) 揮 減 震 效 果。 另 外 由 圖13 可 以 看 出, 程 序 輸 出 的 震 后 位 移 與 減 隔 震 支 座 的 摩 阻 系 數(shù) 基 本 呈 線 性 變 化, 其 變 化 規(guī) 律 與 公 式 計(jì) 算 的 相 符。 減 隔 震 支 座 與 阻 尼 器 共 同 作 用 時(shí), 程 序 輸 出 的 震 后 位 移 遠(yuǎn) 小 于 減 隔 震 支 座 單 獨(dú) 作 用 時(shí) 公 式 計(jì) 算 值, 說 明 二 者 聯(lián) 合 作 用 是 阻 尼 器 對(duì) 減 小 結(jié) 構(gòu) 的 震 后 殘 余 位 移 是 有 益 的。 圖13 減 隔 震 支 座 震 后 殘 余 位 移 變 化 曲 線 圖14 給 出 了

40、 摩 阻 系 數(shù)0.03 阻 力 系 數(shù)3500 kN/(m/s) 0.2 時(shí), 順 橋 與 橫 橋 地 震 下, 結(jié) 構(gòu) 的 墩 梁 相 對(duì) 位 移。 由 圖14 可 知, 阻 尼 器 采 用 與 順 橋 向 呈45 角 布 置 并 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 時(shí), 橫 橋 地 震 下 墩 梁 最 大 相 對(duì) 位 移 與 順 橋 向 的 相 當(dāng), 說 明 減 隔 震 裝 置 的 布 置 方 式 對(duì) 縱 橫 向 地 震 都 起 到 了 很 好 的 控 制 作 用。 圖14 工 況2 縱 橫 向 地 震 下 墩 梁 相 對(duì) 位 移 6 結(jié) 論 以 跨 度105m 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱

41、為 研 究 對(duì) 象, 對(duì) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座, 分 別 作 用 與 聯(lián) 合 作 用 于 結(jié) 構(gòu) 的 減 隔 震 效 果 及 特 性 進(jìn) 行 了 分 析, 得 出 如 下 結(jié) 論。 (1) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 減 震 性 能 優(yōu) 異, 阻 尼 器 與 結(jié) 構(gòu) 呈45 布 置 后, 可 同 時(shí) 控 制 順 橋 向 與 橫 橋 向 的 地 震 反 應(yīng), 輸 出 阻 尼 力 與 阻 尼 系 數(shù) 的 比 值 為0.8 左 右。 (2) 對(duì) 于 跨 度105m 簡(jiǎn) 支 系 桿 拱 結(jié) 構(gòu), 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 的 等 效 曲

42、面 半 徑 越 大, 對(duì) 墩 梁 相 對(duì) 位 移 的 控 制 越 差; 其 摩 阻 系 數(shù) 在 常 用 范 圍 取 值 時(shí), 減 震 效 率 高; 支 座 隔 震 效 果 明 顯, 但 減 震 效 果 遠(yuǎn) 遜 于 液 體 黏 滯 阻 尼 器。 (3) 減 隔 震 支 座 有 一 定 的 震 后 復(fù) 位 能 力, 由 于 其 能 力 取 決 于 支 座 摩 阻 系 數(shù) 與 等 效 半 徑 乘 積 的 大 小, 使 得 減 隔 震 支 座 的 復(fù) 位 能 力 與 減 震 能 力 構(gòu) 成 了 一 個(gè) 矛 盾 體。 (4) 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 分 別 為 速 度 型 與 位 移 型 裝

43、 置, 二 者 的 輸 出 存 在 相 位 差, 聯(lián) 合 作 用 時(shí) 對(duì) 結(jié) 構(gòu) 地 震 反 應(yīng) 的 控 制 是 非 常 有 利 的。 (5) 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 時(shí), 呈45 布 置 的 阻 尼 器 的 阻 尼 力 與 阻 尼 系 數(shù) 的 比 值 為0.83 左 右, 其 輸 出 略 高 于 阻 尼 器 單 獨(dú) 設(shè) 置; 減 隔 震 支 座 水 平 力 的 程 序 輸 出 值 與 公 式 計(jì) 算 值 基 本 一 致, 阻 尼 器 的 加 入 對(duì) 減 隔 震 支 座 水 平 力 的 計(jì) 算 無 影 響; 其 聯(lián) 合 設(shè) 置 的 方 式 可 以 有 效 控 制 縱

44、 橫 地 震 下 結(jié) 構(gòu) 的 反 應(yīng)。 (6) 采 用 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 方 式, 阻 尼 器 的 噸 位 及 橋 墩 墩 頂 水 平 力 均 較 單 獨(dú) 設(shè) 置 阻 尼 器 有 較 大 減 少, 二 者 聯(lián) 合 設(shè) 置 對(duì) 墩 頂 空 間 受 限 時(shí) 阻 尼 器 的 布 置 及 橋 墩 基 礎(chǔ) 的 受 力 是 有 利 的; 結(jié) 構(gòu) 的 震 后 位 移 遠(yuǎn) 小 于 公 式 計(jì) 算 值, 說 明 二 者 聯(lián) 合 設(shè) 置 能 充 分 發(fā) 揮 減 隔 震 支 座 的 震 后 復(fù) 位 能 力。 (7) 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 作 用 時(shí), 正 常

45、支 座 摩 阻 系 數(shù) 范 圍 內(nèi), 減 隔 震 支 座 消 耗20 左 右 的 能 量, 由 于 減 隔 震 支 座 造 價(jià) 接 近 于 液 體 黏 滯 阻 尼 器, 采 用 減 隔 震 支 座 減 震 的 性 價(jià) 比 很 低。 (8) 采 用 阻 尼 器 與 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 進(jìn) 行 減 隔 震 設(shè) 計(jì), 在 給 定 的 位 移 控 制 目 標(biāo) 情 況 下, 減 隔 震 支 座 摩 阻 系 數(shù) 越 大, 結(jié) 構(gòu) 震 后 殘 余 位 移 越 大, 墩 頂 水 平 力 越 大, 對(duì) 抗 震 設(shè) 計(jì) 是 不 利 的。 綜 上 所 述, 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形

46、 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 應(yīng) 用 于 結(jié) 構(gòu) 的 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 時(shí), 應(yīng) 結(jié) 合 結(jié) 構(gòu) 自 身 的 特 點(diǎn) 與 減 隔 震 設(shè) 計(jì) 目 標(biāo), 選 取 合 適 的 設(shè) 計(jì) 參 數(shù), 充 分 發(fā) 揮 二 者 的 優(yōu) 勢(shì)。 參 考 文 獻(xiàn): 1 中 華 人 民 共 和 國 住 房 和 城 鄉(xiāng) 建 設(shè) 部.CB501112006 鐵 路 工 程 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范S.2009 年 版. 北 京: 中 國 計(jì) 劃 出 版 社,2009. 2 范 立 礎(chǔ), 王 志 強(qiáng). 橋 梁 減 隔 震 設(shè) 計(jì)M. 北 京: 人 民 交 通 出 版 社,2001. 3 陳 列, 胡 京 濤, 等. 橋

47、梁 減 隔 震 技 術(shù)M. 北 京: 中 國 鐵 道 出 版 社,2014. 4 盧 桂 臣, 胡 雷 挺. 西 堠 門 大 橋 液 體 黏 滯 阻 尼 器 參 數(shù) 分 析J. 世 界 橋 梁,2005(2):43 45. 7 8 第6 期 周 友 權(quán) 液 體 黏 滯 阻 尼 器 與 雙 曲 面 球 形 減 隔 震 支 座 聯(lián) 合 應(yīng) 用 研 究 5 王 志 強(qiáng), 胡 世 德, 范 立 礎(chǔ). 東 海 大 橋 黏 滯 阻 尼 器 參 數(shù) 研 究J. 中 國 公 路 學(xué) 報(bào),2007(7):37 42. 6 劉 振 宇, 等. 南 寧 大 橋 黏 滯 阻 尼 器 參 數(shù) 分 析J. 橋 梁 建 設(shè)

48、,2007 (4):25 28. 7 馮 云 成, 燕 斌, 牟 宗 軍. 廈 漳 跨 海 大 橋 南 汊 主 橋 方 案 液 體 黏 滯 阻 尼 器 研 究J. 公 路,2008(11):72 76. 8 蔣 建 軍, 蔣 勁 松. 廣 西 南 寧 大 橋 液 體 黏 滯 阻 尼 器 設(shè) 計(jì)J. 世 界 橋 梁,2007(4):8 10. 9 方 志, 等. 黏 滯 阻 尼 器 參 數(shù) 對(duì) 大 跨 度 橋 梁 抗 震 性 能 影 響 研 究J. 公 路 交 通 科 技,2009(2):73 78. 10 吳 斌 暄, 等. 使 用 非 線 性 黏 滯 阻 尼 器 的 橋 梁 在 地 震 反

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