速度开关型阻尼器在桥梁抗震设计中的应用研究

理 锋

(铁道第三勘察设计院集团有限公司桥梁处,天津 300142)

1 概述

某铁路客运专线正线上有1座双线铁路桥,主跨为(40+64+2×80+48)m预应力混凝土连续梁,且全桥位于8度地震区,地震动峰值加速度为0.2g,场地土类别为Ⅳ类。全桥立面布置见图1。

图1 全桥立面布置(单位：cm)

对于(40+64+2×80+48)m连续梁桥,传统做法仅设置1个固定墩,通过加大固定墩的截面尺寸、采用新材料或增加构件配筋来提高其刚度、强度或延性,以达到抗震目的。这种做法势必导致固定墩及其基础设计困难甚至难以设计,也难以保证抗震安全,因此考虑设置速度开关型阻尼器,在发生地震时改变桥梁结构顺桥向受力体系,由1个桥墩承受顺桥向水平地震力改为由若干桥墩共同分担顺桥向地震力。本桥考虑在84号、85号、87号桥墩上设置速度开关型阻尼器。

2 地震力分析计算

2.1 速度开关型阻尼器锁定前桥梁地震力计算分析

采用Midas程序建立有限元模型,主桥基础刚度见表1。

表1 主桥基础刚度

(1)输入反应谱

① 输入多遇地震反应谱

② 输入设计地震反应谱

(2)输入地震波

弹性地震反应时程分析时输入的地震波为该铁路场地地震安全性评价报告中提供的地震波,见图2～图6。

图2 多遇地震第1条安评地震波(a42_050_63_1.dat)

图3 多遇地震第2条安评地震波(a42_050_63_2.dat)

图4 多遇地震第3条人工地震波(a42_050_63_3.dat)

图5 多遇地震第4条人工地震波(a42_050_63_4.dat)

图6 多遇地震第5条人工地震波(a42_050_63_5.dat)

(3)速度开关型阻尼器锁定前全桥自振特性(表2)

表2 前5阶自振频率及其振型描述

(4)反应谱计算结果(表3)

表3 反应谱计算墩顶地震力

(5)时程分析结果(表4)

表4 时程分析计算多遇地震墩顶地震力 kN

2.2 速度开关型阻尼器锁定后桥梁地震力计算分析

(1)全桥自振特性(表5)

(2)反应谱计算结果(表6)

(3)时程分析计算结果(表7)

表5 前5阶自振频率及其振型描述

表6 反应谱计算墩顶地震力

3 速度开关型阻尼器锁定前后效果分析(表8)

通过对二部分计算结果汇总比较,分析设置阻尼器的减震效果。

表8 速度开关型阻尼器锁定前后桥梁地震力比较

4 结论

通过以上对设置速度开关型阻尼器锁定前后桥梁所受地震力情况的分析比对,得出以下结论。

(1)速度开关型阻尼器具有明显的减震效果,能够充分发挥活动墩的抗震承载能力,有效地提高桥梁结构整体的抗震性能。

(2)当速度开关型阻尼器锁定时,由于结构受力体系的改变导致结构的动力特性发生了变化,会导致输入结构体系总的地震能量增加,这一点应引起注意。

(3)当桥梁结构联长较长、单一桥墩承受顺桥向地震力困难时,采用速度开关型阻尼器是一项很好的选择。

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