廣西南寧大橋液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)

1、廣西南寧大橋液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)8世界橋梁2007年第4期廣西南寧大橋液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)蔣建軍.蔣勁松(四川省交通廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院,四川成都610041)摘要:廣西南寧大橋主橋?yàn)橹骺?00m的曲線梁非對(duì)稱外傾鋼箱拱橋,屬于飄浮體系.為了改善主橋結(jié)構(gòu)的抗震性能,在主梁與肋間平臺(tái)之間設(shè)置了液體粘滯阻尼器.介紹大橋液體粘滯阻尼器的設(shè)計(jì).關(guān)鍵詞:拱橋;鋼箱拱;液體粘滯阻尼器;抗震;設(shè)計(jì)中圖分類號(hào):u448.223;u442.55文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):16717767(2007)040008031工程概況南寧大橋緊鄰南寧市東南郊青秀山風(fēng)景區(qū),北起青山路,跨越邕江,南接蟠龍新區(qū)規(guī)劃路.南寧大橋工程

2、采用雙向6車道,城市主干路i級(jí)標(biāo)準(zhǔn),工程全長(zhǎng)l314.77m,其中主橋長(zhǎng)300.50m,引橋長(zhǎng)434.00m,引道長(zhǎng)580.27m,橋?qū)?路基寬均為35m.南寧大橋主橋采用300m跨徑曲線梁非對(duì)稱外傾拱橋(非對(duì)稱肋拱橋),兩岸引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁,分別上跨兩岸濱江路(見圖1).圖1南寧大橋效果2工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)根據(jù)廣西壯族自治區(qū)地震局j二程地震研究中心2003年lo月完成的南寧大橋工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)結(jié)論性報(bào)告和2004年6月完成的南寧大橋工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)工作報(bào)告:場(chǎng)址區(qū)的最大歷史地震的影響烈度為度,南寧大橋場(chǎng)地類別為類,地震基本烈度定為度.南寧大橋北岸場(chǎng)地5o年超越概率

3、63,lo,5,2的地震基巖水平向峰值加速度值為0.14,0.43,0.57,0.806m/s.;南寧大橋南岸場(chǎng)地5o年超越概率63,10,5,2%的地震基巖水平向峰值加速度值為0.14,0.43,0.58,0.807m/s.3液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)3.1液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)原因南寧大橋主梁與肋間平臺(tái)之間采用雙向活動(dòng)鋼支座和側(cè)向抗風(fēng)支座連接,屬于飄浮體系.主橋第一階振型為主梁縱飄,周期為lo.53s,見圖2.lf13圖2主橋第一階振型從彈性位移反應(yīng)譜曲線可以看出,當(dāng)周期小于3s時(shí),周期越長(zhǎng),對(duì)應(yīng)的位移就越大j.采用反應(yīng)譜法分析得到南寧大橋主梁與肋間平臺(tái)間的相對(duì)位移:5o年超越概率1o時(shí)為0.367m

4、;50年超越概率2時(shí)為0.445m.由于地震作用下主梁位移比伸縮縫容許位移(0.16m)大,且為了減小制動(dòng)力作用下主梁與肋間平臺(tái)間的相對(duì)位移,在南寧大橋主梁與肋間平臺(tái)之間設(shè)計(jì)了液體粘滯阻尼器,兩岸設(shè)置2個(gè),全橋共4個(gè).南寧大橋液體粘滯阻尼器組裝構(gòu)造見圖3.3.2液體粘滯阻尼器參數(shù)分析液體粘滯阻尼器的工作特性是:在溫度,收縮和徐變作用下,粘滯阻尼器的阻尼力很小;在動(dòng)力反應(yīng)下(如地震力和制動(dòng)力),阻尼力隨著活塞的運(yùn)動(dòng)速收稿日期:20070423作者簡(jiǎn)介:蔣建軍(1978一),男,工程師,2001年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院,工學(xué)學(xué)士,2005年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系,工學(xué)碩士.廣西南寧大橋

5、液體粘滯阻尼器設(shè)計(jì)蔣建軍,蔣勁松9錨固錨固螺栓l2牛腿圖3液體粘滯阻尼器組裝示惹度增大而增大.粘滯阻尼器提供的阻尼力可以用下式描述:fcc.lul.sgn(u)(1)式中,是阻尼系數(shù),單位為kn?(s/m).;u是粘滯阻尼器活塞的運(yùn)動(dòng)速度;a是阻尼指數(shù),表征粘滯阻尼器的非線性特性,當(dāng)a一1時(shí)粘滯阻尼器為線性,當(dāng)a1時(shí)為非線性,從橋梁工程的應(yīng)用來(lái)看,阻尼指數(shù)口的典型取值在0.351.0范圍內(nèi)z.sgn()是關(guān)于u的符號(hào)函數(shù).根據(jù)液體粘滯阻尼器的力學(xué)特性,其主要設(shè)計(jì)參數(shù)為阻尼系數(shù)c0和阻尼指數(shù)a.在橋梁工程的設(shè)計(jì)中還要考慮最大阻尼力f.不同阻尼指數(shù)時(shí)阻尼力最大值與速度峰值關(guān)系見圖4.圖4不l司阻尼

6、指數(shù)時(shí)阻尼力與速度峰值的關(guān)系圖4表明,當(dāng)速度峰值小于1m/s時(shí),阻尼指數(shù)越小,阻尼力越大,阻尼作用越明顯;當(dāng)速度峰值大于1m/s時(shí),阻尼指數(shù)越大,阻尼力越大,阻尼作用越明顯.線性粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)可以根據(jù)等效阻尼比進(jìn)行初步選取.因此,需要對(duì)粘滯阻尼器的等效阻尼比進(jìn)行預(yù)期的估計(jì),一般來(lái)說(shuō)液體粘滯阻尼器提供的等效阻尼比在2o3o范圍內(nèi)比較合適.南寧大橋中粘滯阻尼器的等效阻尼比估計(jì)值取3o,阻尼系數(shù)c可用下式計(jì)算:c12ff60一2030kn?s/m式中,叫為主梁縱飄的圓頻率;m為主梁換算質(zhì)量(考慮橋面鋪裝和防撞欄桿等).南寧大橋的主梁兩端各設(shè)置2個(gè)粘滯阻尼器,其各自的阻尼系數(shù)可初步取500kn?

7、(s/m).在此基礎(chǔ)上,對(duì)有限元分析模型進(jìn)行非線性時(shí)程地震反應(yīng)分析,對(duì)2個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究.本文選取5o年超越概率2的6組地震波進(jìn)行非線性時(shí)程反應(yīng)分析.液體粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)取500kn?(s/m).,阻尼指數(shù)分別取0.35,0.5和0.75.6組地震波輸入下(縱向+豎向),有無(wú)設(shè)置粘滯阻尼器時(shí)主梁與肋間平臺(tái)之間沿主梁軸線的相對(duì)位移最大值和最小值見圖5.6組地震波輸入下(縱向+豎向),液體粘滯阻尼器的阻尼指數(shù)取值不同時(shí),其阻尼力最大值見圖6.,鴦靜專姆姆專.圖5主梁與肋間平臺(tái)之間的相對(duì)位移最值,.靜圖6阻尼指數(shù)取值不同時(shí)阻尼力的最大值圖5和圖6中,n50p22_1表示北岸5o年超越概率2,阻

8、尼比為2的第1組地震波;$50p22_1表示南岸5o年超越概率2,阻尼比為2的第1組地震波,其余含義類似;5000.35表示采用的粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)為500kn?(s/m),阻尼指數(shù)為0.35,其余含義類似.從圖5可看出:采用液體粘滯阻尼器可有效地減小主梁與肋間平臺(tái)之間沿主梁軸線的相對(duì)位移;阻尼指數(shù)越小,主梁與肋間平臺(tái)間沿主梁軸線的相對(duì)位移越小.當(dāng)阻尼系數(shù)為500kn?(s/m)弘,阻尼指數(shù)為0.35時(shí),主梁與肋間平臺(tái)之間沿主梁軸線ooooo0o嚼簿靛墾姐厘薔脒州蠶姍咖咖腳至嚼盟10世界橋梁2007年第4期的相對(duì)位移比無(wú)液體粘滯阻尼器時(shí)平均減小約65.從圖6可以看出:阻尼指數(shù)越大,阻尼力越小

9、,液體粘滯阻尼器的阻尼效應(yīng)越不明顯;阻尼指數(shù)越小,阻尼力越大,阻尼作用越明顯.主要原因是主橋第一階振型(縱飄)的周期較長(zhǎng),主梁與肋間平臺(tái)的相對(duì)速度峰值小于1m/s.此外,對(duì)有無(wú)設(shè)置液體粘滯阻尼器時(shí),主橋拱肋承臺(tái)底的剪力和彎矩進(jìn)行了對(duì)比,計(jì)算結(jié)果見圖7和圖8.委_kr:圖蟹啦幅,奄奄鴦奄奄奄.圖7有無(wú)粘滯阻尼器時(shí)承臺(tái)底剪力最大值圖8有無(wú)粘滯阻尼器時(shí)承臺(tái)底彎矩最大值從圖7和圖8可以看出:采用粘滯阻尼器不會(huì)增加承臺(tái)底的剪力和彎矩;且阻尼指數(shù)越小,承臺(tái)底的剪力和彎矩最大值也越小.根據(jù)上述分析結(jié)果,粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)為500kn?(s/m),阻尼指數(shù)為0.35時(shí),不僅可以大大減小主梁與肋間平臺(tái)沿主梁軸

10、線的相對(duì)位移,還能減小承臺(tái)底的剪力和彎矩.3.3液體粘滯阻尼器參數(shù)選取在設(shè)計(jì)過(guò)程中,還對(duì)不同的阻尼系數(shù)進(jìn)行過(guò)比較研究,發(fā)現(xiàn)液體粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)越大,其阻尼力也越大,阻尼效應(yīng)越明顯.但是,如果阻尼系數(shù)取值過(guò)大,又會(huì)過(guò)多地增加造價(jià),因此,從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩方面考慮,南寧大橋最后設(shè)計(jì)的液體粘滯阻尼器的規(guī)格如下.(1)阻尼系數(shù):500kn?(s/m);(2)阻尼指數(shù):0.35;(3)阻尼力:600kn;(4)最大額定行程:160mm.為了更加形象地闡述設(shè)計(jì)的液體粘滯阻尼器對(duì)主梁與肋間平臺(tái)間的相對(duì)位移的減小作用,圖9給出同一組地震波輸入下,主梁與肋問(wèn)平臺(tái)之間的相對(duì)位移時(shí)程反應(yīng)曲線對(duì)比結(jié)果.濰翻茛罌g

11、啦厘墨州020.1o.o一0.10.20.3,:v051015202530354045時(shí)間/s圖9主梁與肋間平臺(tái)的相對(duì)位移時(shí)程曲線4結(jié)語(yǔ)對(duì)于飄浮體系橋梁,第一階振型多為縱飄,周期較長(zhǎng),地震作用下主梁與橫梁(肋間平臺(tái))的相對(duì)位移較大,可能引起落梁等地震災(zāi)害.為了減小地震作用下主梁與橫梁(肋間平臺(tái))的相對(duì)位移,有效的處理措施是在其間設(shè)置液體粘滯阻尼器.結(jié)合液體粘滯阻尼器在南寧大橋的應(yīng)用情況,介紹了設(shè)計(jì)方法,并對(duì)2個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù)阻尼系數(shù)和阻尼指數(shù)進(jìn)行了分析研究.結(jié)果表明:液體粘滯阻尼器不僅使主粱與肋間平臺(tái)的相對(duì)位移減小了約65,還使承臺(tái)底剪力和彎矩均有減小.參考文獻(xiàn):1普瑞斯特雷mjn,塞勃勒f(shuō),卡

12、爾維gm.橋梁抗震設(shè)計(jì)與加固m.袁萬(wàn)城,胡勃,崔飛,等譯.北京:人民交通出版社,1997.2wenhsiunglin,anilkchopra.earthquakeresponseofelasticsdfsystemswithnonlinearfluidviscousdampersj.earthquakeengineeringandstructuraldynamics,2002,(31):16231642.(下轉(zhuǎn)第50頁(yè))50世界橋梁2007年第4期analysisofstaticbehaviorofcable-?stayedbridgeusedwithcfrpcablesandwithspan

13、lengthgreaterthan1000metersmeikuihua,(1.keylab.rat.ryf.rbridgesandtunnels.fshanxiprovince,changanuniversity,xian710064,china;2.coilegeofcivilengineering,southeastunivers,ty,nanjing210096,china)abstract:basedonthegivencalculationexamples,thefiniteelementmethodsusedtoana-1yzetheinfluencequantityofvari

14、ousnonlinearfactorsofcablestayedbridgeusedwithcfrp(carbonfiberreinforcedplastic)cablesandtheanalysisoftheinfluencequantitysc0mparedtothatofthecab1estayedbridgeusedwithsteelcables.inconsiderationthatthelnearexpansoncoeffjcients0fthecfrparefarlessthanthoseofthesteelandconcrete,thestatcforceresponsesof

15、fourkindsofcablestayedbridgesofdifferentstructuralsystemsrespectivelyusedwthtnecrfpandsteelcablesundertemperatureloadarecalculated.theresultsofcalculatonindicatethatinasdectofthestaticforce,thecablestayedbridgeusedwiththecfrpcableshasmoread-vantagesthanthoseofthebridgeusedwiththesteelcables.kevwords

16、:cablestayedbridge;finiteelementmethod;carbonfiberreinforcedplastic;geometricnonlinearity;temperatureeffect,m,m,.,.m,m,(上接第10頁(yè))designoffluidviscousdampersfornanningbridgeinguangxiiangdian-jun,jiangdingsong(highwayplanning,survey,designandresearchinstitute,department0fc0mmunications,sichuanprovince,chengdu610041,china)abstract:themainbridgeofnanningbridgeinguangxi,structurallyakindofl.tmgy一tem,isacurvedgrderarchbridgewithamainspan300mandwithasymmetr.csteelboxarchribsinclningoutwards.t