特殊橋梁抗震設(shè)計進行油阻尼系統(tǒng)的研究.pdf

1、大型斜拉橋為減少地震力必須延長結(jié)構(gòu)體之周期，利用拉索無切向勁度的物理特性將橋面板與主塔等提供垂直勁度構(gòu)件分開為飄浮體系斜拉橋，其固有周期較塔梁固結(jié)體系長許多，所受地震力也小許多。飄浮體系會導(dǎo)致梁端和塔頂?shù)目v向位移很大，而且縱向制動力產(chǎn)生的塔底彎矩也很大；如果在飄浮體系斜拉橋的塔梁間增設(shè)縱向約束裝置，則能大大改善斜拉橋的動力性能。在大跨度橋梁中，應(yīng)用較多的縱向約束裝置是液流性粘滯阻尼器，通過給結(jié)構(gòu)提供額外的耗散地震輸入能量的能

2、力來減小地震反應(yīng)。因此，研究液流性粘滯阻尼器在特殊橋梁之減震特性十分必要。論文將東海大橋粘滯阻尼器參數(shù)研究為藍(lán)本，分析附加流體粘滯阻尼器對超大跨度斜拉橋的動力特性之影響，主橋與輔助墩之動力互制影響，分析阻尼器參數(shù)之等效阻尼比及對減震效果的影響。主要研究工作如下：1、各類型粘滯阻尼器之動力學(xué)模型，建立阻尼器與彈簧及質(zhì)量體并聯(lián)及串連之?dāng)?shù)學(xué)模式與解析解，以了解在不同條件下滯回環(huán)之改變，并用以說明速度相依之液態(tài)粘性阻尼器，在作為結(jié)

3、構(gòu)減震時，其力學(xué)上的表現(xiàn)非為純粘性。無論為油缸型或剪切型阻尼器多有與作用頻率相關(guān)而有不同形式之滯回環(huán)，在高頻常表現(xiàn)出儲存勁度的力學(xué)行為，甚至某些速度型阻尼器其存在之慣性是不能忽略的。當(dāng)采用的阻尼器在很小速度時其阻尼力很大而支撐阻尼器之鋼結(jié)構(gòu)在細(xì)長比較大或剛度較低時對阻尼器效能的損失可以阻尼器串聯(lián)彈簧說明。再者，當(dāng)阻尼器作為兩獨立的結(jié)構(gòu)間之阻尼連桿時，阻尼器的力學(xué)行為與相鄰結(jié)構(gòu)之動力特性相關(guān)，也可以阻尼器串聯(lián)彈簧及質(zhì)量體之?dāng)?shù)學(xué)

4、模型說明其動態(tài)反應(yīng)為本論文首先之探討重點。2、阻尼器非線性行為之等效阻尼比，阻尼器表現(xiàn)為非線性之原因或因為阻尼器本身為非線性行為或為與結(jié)構(gòu)組件、結(jié)構(gòu)體之互制行為，則阻尼器之等效阻尼比與激振頻率及振幅有關(guān)，在含非線性行為條件下之結(jié)構(gòu)體計算或識別其等效阻尼比，本文討論在激振頻率分量及相角為隨機過程，等值于非線性系統(tǒng)耗能之線性系統(tǒng)之阻尼比為其等效阻尼比，因此兩系統(tǒng)之速度會有相同之(mean square value)而建立以速度

5、之功率譜密度函數(shù)(power spectrum density function)為基底以計算等效阻尼比。3、相鄰結(jié)構(gòu)體間加裝線性阻尼連桿之減震模式探討，主要討論兩相鄰結(jié)構(gòu)各有不同結(jié)構(gòu)動力特性下加裝阻尼連桿以提高系統(tǒng)內(nèi)之等效阻尼比并減少地震反應(yīng)。由于加裝阻尼連桿后原結(jié)構(gòu)之動力特性會隨著阻尼連桿之阻尼常數(shù)及其相鄰結(jié)構(gòu)之動力特性不同而相互改變且有不同之減震效果。為了解其動力互制行為以拉氏轉(zhuǎn)換該系統(tǒng)之動力方程式求得轉(zhuǎn)移函數(shù)，再輸入

6、不同頻率之?dāng)_動得頻率響應(yīng)圖，并識別改變之共振頻率及其等效阻尼比。結(jié)果顯示結(jié)構(gòu)勁度越高、質(zhì)量越大對一作為阻尼連桿之支撐效果越佳，并可在相對支撐結(jié)構(gòu)特性下求得最佳減震效能之阻尼常數(shù)。以此結(jié)論作為漂浮系統(tǒng)之斜拉橋，主梁系統(tǒng)與輔助墩間加裝阻尼連桿關(guān)系之探討。4、含非線性阻尼連桿之相鄰結(jié)構(gòu)減震模式探討，某些特殊目的所配置之阻尼連桿可為非線性，采用非線性阻尼連桿之減震模式，主要目的為了解非線性阻尼連桿與線性阻尼連桿之關(guān)連，一般工程上采

7、用非線性阻尼器主要為避免非預(yù)期地震強度造成阻尼器及外圍構(gòu)材破壞，并且非線性阻尼在較小運動速度即有相當(dāng)大的阻尼力可提供較大阻尼比即小地震下有很好的減震效益。兩相鄰結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)裝設(shè)非線性阻尼連桿時，當(dāng)支撐系統(tǒng)之勁度較大時及阻尼連桿阻尼比較低時結(jié)果與線性系統(tǒng)相當(dāng)一致。也就是連系非線性參數(shù)與線性參數(shù)之關(guān)系非常一致。但在阻尼連桿阻尼常數(shù)較大但等效阻尼比較小處，非線性參數(shù)有較高阻尼比。5、斜拉橋縱向設(shè)置粘滯阻尼器參數(shù)分析，在配置線性阻尼

8、器時，對應(yīng)不同之需求，如位移控制或內(nèi)力控制，有不同之最佳化參數(shù)及不同之配置位置，因此無法僅提供單一最佳化參數(shù)。若僅需考慮主橋與引橋之碰撞問題，所要解決問題僅為地震位移反應(yīng)，則可將阻尼器配置于主塔與輔助墩位置對地震位移反應(yīng)量控制最佳，因為阻尼器與輔助墩串聯(lián)而使得輔助墩進入主梁主塔系統(tǒng)，提高其勁度，減少位移反應(yīng)。阻尼器配置于主塔與主梁位置對地震加速度反應(yīng)量控制最佳，因此時阻尼器連結(jié)同一系統(tǒng)內(nèi)部同之自由度，對系統(tǒng)動力特性(勁度提

9、升)干擾最小，所以加速度反應(yīng)量控制最佳?？蓪⒆枘崞魉黾又枘崃m當(dāng)分配至主塔與輔助墩之間，減少單一構(gòu)件增加內(nèi)力。在配置非線性阻尼器時，與線性參數(shù)等效阻尼比之非線性參數(shù)之頻率響應(yīng)極為接近，說明等值于線性阻尼器參數(shù)之非線性參數(shù)其減震效果相當(dāng)一致。因此，在選擇適當(dāng)之阻尼器參數(shù)，可由地震反應(yīng)需求，作控制位移與加速度之權(quán)重分配，先決定阻尼比，找出合適之線性阻尼常數(shù)范圍，再配合阻尼器適當(dāng)之速度指數(shù)，求得等值之非線性參數(shù)可以找出最佳化參