速度開關型阻尼器在橋梁抗震設計中的應用研究

理 鋒

(鐵道第三勘察設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預應力混凝土連續梁,且全橋位于8度地震區,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連續梁橋,傳統做法僅設置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設計困難甚至難以設計,也難以保證抗震安全,因此考慮設置速度開關型阻尼器,在發生地震時改變橋梁結構順橋向受力體系,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號橋墩上設置速度開關型阻尼器。

2 地震力分析計算

2.1 速度開關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,主橋基礎剛度見表1。

表1 主橋基礎剛度

(1)輸入反應譜

① 輸入多遇地震反應譜

② 輸入設計地震反應譜

(2)輸入地震波

彈性地震反應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)反應譜計算結果(表3)

表3 反應譜計算墩頂地震力

(5)時程分析結果(表4)

表4 時程分析計算多遇地震墩頂地震力 kN

2.2 速度開關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)反應譜計算結果(表6)

(3)時程分析計算結果(表7)

表5 前5階自振頻率及其振型描述

表6 反應譜計算墩頂地震力

3 速度開關型阻尼器鎖定前后效果分析(表8)

通過對二部分計算結果匯總比較,分析設置阻尼器的減震效果。

表8 速度開關型阻尼器鎖定前后橋梁地震力比較

4 結論

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

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

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

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

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