大跨度斜拉桥超长拉索多模态振动阻尼协同控制技术研究

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明:实测分析超长斜拉索施工期的振动具有多模态特征,既有中低阶振动(5~15阶),也有高阶振动(46~50阶);提出的外置式杠杆质量阻尼器ELMD和摆锤式MTMD阻尼器协同控制分析方法,理论分析结果满足斜拉索多模态控制要求,有效振动控制范围提升至60阶;研发的新型ELMD阻尼器通过杠杆放大和齿轮放大作用,为斜拉索提供附加阻尼和附加惯质作用,中低阶实测阻尼对数衰减率δ≥3%;研发的摆锤式MTMD阻尼器,采用摆锤式结构,利用质量调谐作用实现斜拉索高阶减振,现场无肉眼可见振动;通过长期健康监测系统显示,台风“烟花”过境期间监测到的最大振动加速度为0.012g,大桥正常运营期间,斜拉索的振动加速度基本被控制在0.01g以下。

基于易损性的大跨度斜拉桥黏滞阻尼器参数优化

大跨度斜拉桥黏滞阻尼器的参数设计通常基于特定地震波的单一构件性能优化,未考虑地震动随机性的影响,以及构件间的相对损伤情况。针对上述问题,提出基于易损性和响应面的参数优化方法:以一座大跨斜拉桥为例,采用OpenSees建立非线性动力模型,基于易损性分析理论评估不同黏滞阻尼器参数下的斜拉桥抗震性能,利用响应面拟合阻尼器参数与易损性的非线性函数关系,以系统易损性最小、损伤路径合理为目标进行参数优化。结果表明:速度指数一定时,随着阻尼系数的增大,各支座的抗震性能单调递增,桥塔和斜拉索的抗震性能先增后减,过渡墩和辅助墩的抗震性能变化很小,基本不受阻尼器参数的影响;斜拉桥黏滞阻尼器的最优参数是桥塔与支座抗震性能综合最优的结果;未优化构件损伤路径所得参数的系统抗震性能更优,但损伤路径并不合理,会高估斜拉桥的实际抗震表现。

大跨度斜拉桥边墩新型横向钢阻尼器减震体系及设计方法

针对大跨度斜拉桥边墩的横向抗震问题,提出桥梁新型横向钢阻尼器与滑动支座组合的一种边墩横向减震体系,以及基于桥梁实际抗震需求的减震体系设计方法。之后,以一座主跨620m的大跨度斜拉桥为工程背景,验证该方法的可行性。并从关键位置的地震反应、阻尼器对横向基本控制振型的影响、减震体系的耗能能力和地震动输入的影响等方面对边墩新型横向减震体系的减震效果进行全面分析。结果表明,大跨度斜拉桥边墩新型减震体系具有显著的减震效果;与常规体系相比,对地震动输入较不敏感。

附加阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果

基于流体粘滞阻尼器自身的力学特性,分析了附加流体粘滞阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果,着重分析了阻尼器参数、输入地震动特性(加速度峰值和频谱特性)对减震效果的影响.结果表明,流体粘滞阻尼器能显著地减小梁端纵向位移,减震效果取决于阻尼器参数,并对地震动特性很敏感.

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF 04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制.建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程,采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法.数值仿真结果表明,不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大,且在天津波激励下的反应幅值最大,说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感;当受El Centro波激励时,主跨跨中顺桥向位移幅值降低 57. 000,塔顶顺桥向位移幅值降低 67. 500,主跨跨中竖向位移增大 28. 300;行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显,其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小,而主跨跨中竖向位移会有所增加.

基于OpenSees平台的SMA被动阻尼器及其在斜拉桥减震中的应用

基于OpenSees平台编制形状记忆合金SMA(Shape Memory Alloys)可恢复材料的本构关系模型,并将其加入OpenSees材料库;提出一种SMA阻尼器,并将其安装在斜拉桥桥塔与主梁之间,通过数值分析研究SMA阻尼器初始刚度、屈服后刚度以及卸屈比变化对其减震性能的影响;进一步对比不同体系斜拉桥的破坏模式,分析SMA阻尼器对斜拉桥抗震性能的改善,以及SMA阻尼器对斜拉桥残余变形的自恢复效果。

基于新型SMA-粘滞阻尼器的斜拉桥振动控制研究

基于N iTi形状记忆合金(SMA)丝和成品粘滞阻尼器设计研制了一种新型SMA-粘滞阻尼器,并将其应用于一大跨度斜拉桥的振动控制;建立了SMA粘滞阻尼器—大跨度斜拉桥的动力有限元计算模型,计算结果表明:和普通粘滞阻尼器相比,文章所设计的SMA-粘滞阻尼器的耗能减振效果更为明显,能有效地降低大跨度斜拉桥桥塔和主梁在简谐振动和地震作用下的位移幅值.

SMA阻尼器对大跨斜拉桥地震响应影响研究

SMA(Shape Memory Alloy)材料因独特性而广泛用于工程结构减震控制装置中。为便于工程结构分析,编制SMA阻尼器简化双旗型本构Fortran子程序并嵌入Abaqus平台的动力分析中,并以低周往复加载算例验证了其正确性;以一座大跨斜拉桥为例,基于Abaqus平台建立其脊骨梁有限元模型,研究SMA阻尼器的减震控制效果。研究表明:对于塔梁纵桥向漂浮的大跨斜拉桥,塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器可有效减小其纵桥向地震位移响应,并且SMA阻尼器的初始刚度对减震效果的影响较为明显;塔梁处纵桥向布置SMA阻尼器后,结构内力减震效果对输入地震波及SMA参数具有一定的依赖性,应当引起注意。

自复位复合阻尼器对斜拉桥的横向减震性能影响研究

为了提高桥梁结构安全性,本文提出采用摩擦阻尼器与SMA丝构成的复合阻尼器,并研究复合阻尼器对地震作用下的飘浮大跨斜拉桥震动控制效果。建立了SMA的线性化恢复力模型,并通过SAP2000中的MEL元、塑性WEN单元、HOOK单元的组合建立SMA和摩擦阻尼器的恢复力模型,并对其进行了数值分析,同时给出塔梁固接以及安装阻尼器的飘浮大跨斜拉桥在强震作用下的振动控制仿真分析结果。结果表明:本文给出的方法可以较好地模拟SMA双旗形以及摩擦阻尼器双线性等非线性恢复力特征。同时相对于塔梁固接体系来说,复合阻尼器可有效减小墩塔底部的弯矩,同时对主梁中间位移也能起到一定的控制作用。本文提出的复合阻尼器能够有效减小斜拉桥的地震响应,使其不但能够用于新建桥梁,还可以用于既有桥梁的加固改造中,其成果可为实际工程应用提供参考。

基于地震作用下大跨度斜拉桥液体粘滞阻尼器阻尼参数的选取

以某在建的斜拉桥为例,通过对液体粘滞阻尼器的阻尼参数的优化设计,选取出合理的阻尼参数,计算分析了液体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥纵向地震反应的影响,结果表明,液体粘滞阻尼器可以有效地控制大跨度斜拉桥结构的地震位移反应和内力反应,具有较好的耗能减震效果。

双座串联大跨度斜拉桥粘滞阻尼器参数分析

以双座串联大跨度斜拉桥-珠海洪鹤大桥为背景,根据桥梁自振特性及场地效应,生成了三组人工波,采用纵向+2/3竖向的地震作用组合输入方式,通过非线性时程分析,系统的研究了粘滞阻尼器对双座串联大跨度斜拉桥减震性能的影响。同时为了确定粘滞阻尼器的最优参数,对粘滞阻尼器的阻尼系数C和速度指数α进行了参数敏感性分析。结果表明:设置纵向粘滞阻尼器能够显著减小双座串联斜拉桥的纵向位移响应,减小主梁在串联处发生碰撞的概率,同时改善主塔塔底结构受力情况,具有良好的耗能减震效果。综合考虑安全性、适用性和经济性等方面,最后给出针对洪鹤大桥的最优粘滞阻尼器参数:速度指数α为0.3,阻尼系数C为3000kN/(m/s)0.3。

基于SMA阻尼器的大跨斜拉桥最优振动控制分析

提出了SMA阻尼器的一种设计结构,对SMA阻尼器在大跨斜拉桥中的应用进行了研究,通过仿真实验进行了振动控制分析,结果表明,SMA阻尼器性能良好,最优控制策略的有效性,最后给出了进一步研究的方向。

纵向阻尼器对大跨度斜拉桥桥塔的抗震性能影响分析

为确定大跨度斜拉桥在阻尼器抗震约束体系作用下的减震性能,文章以某大跨度斜拉桥为研究对象,采用通用有限元软件SAP2000建立全桥有限元模型,采用非线性时程分析方法,研究主塔在有、无阻尼器的情况下内力变化情况。研究结果表明:该桥动力特性分析表明,第1阶周期为7.821s,对应的振型为主梁纵漂+主塔纵向弯曲振动,远远大于结构的竖向、横向振动周期2.798、2.049s,抗震需求明显;设置纵向阻尼器的方式能有效地减小主塔在地震荷载作用下的内力,达到内力重新分布的目的,尤其是对弯矩的减小最为明显,从而改善结构的受力性能。

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。

大跨度混合梁斜拉桥塔梁间粘滞阻尼器参数比选及减震效果分析

以某大跨度混合梁斜拉桥为研究对象,采用Midas Civil建立该桥三维空间有限元模型,通过非线性时程分析,进行E2地震作用下桥梁结构的地震响应计算,通过参数比选得出适合该桥的一组粘滞阻尼器参数,并对阻尼器的减震效果进行分析讨论,所得结论可为类似桥梁的减隔震设计提供参考借鉴。

黏滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震效果优化研究

为了研究黏滞阻尼器对斜拉桥地震响应的影响,以某座大跨度斜拉桥为研究对象,利用有限元软件Midas Civil,采用非线性时程分析法,通过对阻尼系数和阻尼指数的分析,确定了较为合理的阻尼器参数,并对比4种不同减震工况下大跨度斜拉桥位移和弯矩的地震响应特点.研究结果表明:当阻尼系数C为10000 kN/(m/s)、阻尼指数ξ为1.0时,阻尼器能最有效地控制结构的位移和弯矩响应;同时在墩顶和塔梁交接处安装阻尼器,结构的各位移响应最大可减小88.54%,弯矩响应最大可减小30.79%.综合考虑位移和弯矩响应,同时在墩顶和塔梁交接处安装阻尼器可以有效减小斜拉桥的地震响应.

大跨度斜拉桥黏滞阻尼器设置位置优化分析

从近年我国地震的共同特点来看,提高处于路网枢纽位置的大跨度桥梁抗震显得尤其重要。实践应用中,在桥梁体系中设置阻尼器来延长结构周期,减小主梁位移,提高桥梁结构的抗震能力较为普遍。其中,非线性黏滞阻尼器以其力学性能明确、实用性强等特点在所有减震装置中占有重要地位,但是其在具有辅助墩,过渡墩的斜拉桥中,设置位置和数量还需进一步研究。斜拉桥概况,周期,减小主梁位移,提高桥梁结构的抗震能力较为力学性能明确、实用性强等特点在所有减震装置中占有重要地位,拉桥中,设置位置和数量还需进一步研究。

近场地震作用下斜拉桥黏滞阻尼器参数分析

大跨度斜拉桥通常采用漂浮或半漂浮体系,易导致其在地震作用下梁端位移过大,可采用液压黏滞阻尼器等限位装置约束这种位移,目前阻尼器的设计多为针对远场地震作用而较少研究近场地震作用。但在实际工程中,经常会碰到近断层地质条件,这种近断层地质会引起近场地震。与远场地震相比,近场地震具有短持时、高能量脉冲运动的特征,对结构产生较强的破坏力,因此针对远场地震设计的阻尼器的工作性能,以及阻尼器参数调整等问题都值得研究。以榕江特大桥为工程背景,研究半漂浮体系斜拉桥在近远场地震作用下的地震响应;通过结构非线性时程分析,研究不同阻尼系数和速度指数对近场地震响应的控制效应;根据榕江桥伸缩缝型号以及阻尼器自身的地震响应特点,确定阻尼器设计参数。

基于随机振动理论的斜拉桥黏滞阻尼器参数分析

随着我国经济的快速发展,提高大跨度桥梁的抗震性能显得尤为重要。在桥梁结构中引入黏滞阻尼器,来改善桥梁结构的抗震性能已成为一项研究和应用的热点,运用传统的数敏感性分析法确定阻尼器最优阻尼参数时,需要建立几十组阻尼系数和指数工况进行组合,并逐一进行地震响应时程分析。

阻尼器参数的选取对斜拉桥抗震性能的影响

基于流体粘滞阻尼器自身的力学特性,分析了设置流体粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥的减震效果,着重分析了阻尼器参数对减震效果的影响。结果表明,流体粘滞阻尼器能显著地减小梁端纵向位移及主塔塔底弯矩,减震效果取决于阻尼器参数的选取。