大跨雙層斜拉橋地震響應(yīng)分析與減震控制研究.pdf

1、相對(duì)于同等跨度的單層斜拉橋，雙層斜拉橋最直接的優(yōu)點(diǎn)是允許通行量有效增加、節(jié)約橋址處土地資源等，并且在適當(dāng)?shù)目缍葍?nèi)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建造了一定數(shù)量的大跨雙層斜拉橋，并就其加勁梁型式和結(jié)構(gòu)抗震性能開(kāi)展了有關(guān)研究。本文以目前國(guó)內(nèi)跨度第一的大跨雙層公路斜拉橋——閔浦大橋?yàn)楣こ瘫尘?，主要進(jìn)行了下述研究工作:
　　 (1)系統(tǒng)總結(jié)了大跨橋梁有限元模型建模技術(shù)以及相應(yīng)等效處理方法，基于Abaqus平臺(tái)建立了閔浦大橋不同精度和分析

2、目的的三種有限元模型。結(jié)合Bathe的隱式復(fù)合時(shí)間積分法推導(dǎo)了非線性阻尼系統(tǒng)動(dòng)力方程的隱式復(fù)合時(shí)間積分法迭代格式。給出基于Abaqus平臺(tái)進(jìn)行動(dòng)力分析的流程與結(jié)合Python/Matlab進(jìn)行快速數(shù)據(jù)處理方法;基于Abaqus/Python實(shí)現(xiàn)了大跨斜拉橋迭代調(diào)整索力獲取靜力初始平衡態(tài)方法;獲取了脊骨梁空間模型和精細(xì)梁殼空間模型的初始平衡態(tài)與動(dòng)力特性;驗(yàn)證了脊骨梁模型與梁殼模型的準(zhǔn)確性。
　　 (2)基于諧波疊加法編制了滿足要求

3、的單點(diǎn)、多點(diǎn)相關(guān)人工波模擬程序;針對(duì)時(shí)域內(nèi)不同視波速以及在同時(shí)考慮行波效應(yīng)、局部場(chǎng)地效應(yīng)和部分相干效應(yīng)的多點(diǎn)地震激勵(lì)下，研究了大跨雙層斜拉橋地震響應(yīng)的特點(diǎn)。研究表明:低視波速對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響存在一定的振蕩性，隨著視波速的增大其相關(guān)響應(yīng)趨于穩(wěn)定;選取合適的地震波與確定合理的視波速范圍尤為重要。輔助墩距主塔越遠(yuǎn)，其墩身橫橋向剪力和彎矩越大，并且橫梁以下墩身剪力峰值分布均勻;全橋腹桿軸力峰值包絡(luò)分布與靜力作用下的分布形態(tài)基本一致，邊跨上下層橋

4、面間的腹桿軸力變化較大，尤其是墩頂附近的豎腹桿和斜腹桿。與靜力工況相比，多點(diǎn)激勵(lì)下，橋面間腹桿軸力峰值具有不同程度的增加。
　　 (3)基于虛擬激勵(lì)法，在Abaqus平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了需考慮初始平衡態(tài)影響的大跨柔性橋梁多點(diǎn)隨機(jī)地震激勵(lì)分析流程與數(shù)據(jù)后處理方法，研究了一致與非一致兩種隨機(jī)激勵(lì)模式下結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)的特點(diǎn)。研究表明:視波速對(duì)主梁位移隨機(jī)響應(yīng)均方根（RMS）的影響不一，基本趨勢(shì)是視波速越小主梁位移隨機(jī)響應(yīng)RMS越大;主梁橫橋向、

5、豎橋向位移以及豎橋向轉(zhuǎn)角位移RMS均隨視波速的增加而趨向于一致隨機(jī)地震響應(yīng)。由于激勵(lì)功率譜沿橋長(zhǎng)度方向在各個(gè)激勵(lì)點(diǎn)逐漸衰減，主梁橫橋向、豎橋向位移RMS沿梁長(zhǎng)方向有所減小;并且由于邊跨剛度較大，兩種隨機(jī)激勵(lì)模式下主梁扭轉(zhuǎn)位移RMS相差較小;相對(duì)于一致激勵(lì)，非一致激勵(lì)下主梁橫向轉(zhuǎn)角位移在梁端和跨中附近有所增加;非一致激勵(lì)下塔柱縱向轉(zhuǎn)角位移RMS小于一致激勵(lì)下的相應(yīng)結(jié)果，而主塔塔柱扭轉(zhuǎn)位移在兩種激勵(lì)模式下情況相反;主塔橫橋向位移分布趨勢(shì)較為

6、一致，橫向轉(zhuǎn)角位移幾乎完全一致且均在上下橫梁處出現(xiàn)折點(diǎn)。
　　 (4)提出了一種有別于傳統(tǒng)耗能模式的新型鉛擠壓阻尼器——扭轉(zhuǎn)鉛擠壓阻尼器，其轉(zhuǎn)角——彎矩滯回曲線接近矩形，具有良好的耗能效果;以平面應(yīng)變有限元模型論證了所構(gòu)造阻尼器的有效性與可行性，給出了轉(zhuǎn)動(dòng)彎矩輸出峰值與凸緣高度的拋物線估算公式;研究表明，該阻尼器可有效減小大跨斜拉橋加勁梁的位移地震響應(yīng)，但導(dǎo)致了主塔和輔助墩縱橋向地震內(nèi)力的增加，應(yīng)當(dāng)引起注意。構(gòu)造了一種制作簡(jiǎn)單的

7、裝配式鉛剪切阻尼器，避免了灌鉛工藝復(fù)雜、鉛柱連接復(fù)雜等問(wèn)題并通過(guò)有限元分析說(shuō)明了該阻尼器耗能的有效性。
　　 (5)研究了非線性粘滯阻尼器、彈性連接、非彈性連接和SMA阻尼器對(duì)大跨雙層斜拉橋地震響應(yīng)的減震控制效果。編制了SMA材料簡(jiǎn)化雙旗型本構(gòu)Fortran子程序，以SDof系統(tǒng)在諧波作用下的動(dòng)力放大系數(shù)闡述了附加剛度對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響。研究表明，非線性粘滯阻尼器可有效減小結(jié)構(gòu)位移地震響應(yīng)但增加了主塔內(nèi)力;彈性連接、非彈性連接