重庆菜园坝长江大桥阻尼器定参,本论文可用于长江大桥论文范文参考下载，长江大桥相关论文写作参考研究。
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摘 要：对于大跨度桥梁,为防止桥面在温差、混凝土收缩、徐变等情况下引起的次内力,桥墩对上部结构的支承一般采用活动支座,因此为了控制上部结构在地震等冲击荷载下的相对位移,阻尼器在桥梁中得到了广泛应用.本文针对重庆菜园坝长江大桥的结构特点,就其阻尼器的参数选择进行了详细的模拟计算及分析,并对参数的敏感性作了比较,证实对于粘滞阻尼器,在一定范围内,阻尼系数越大、速度指数越小,阻尼器的作用越大,为该大桥的阻尼器选型提供了依据.
关键词：大跨度桥梁;阻尼器;参数分析
1 前言
对于大跨桥梁结构,桥墩（塔）对上部结构的支承一般采用活动支座,以避免上部结构在温度伸缩、混凝土收缩、徐变等作用产生附加内力.但上部结构在冲击荷载作用时,如汽车制动力和地震作用下,其位移很难控制在允许的范围内,此时支座将受到破坏并危及桥梁上、下部结构的安全.因此,从上世纪七十年*始,能满足桥梁抗冲击要求的能量耗散装置已被广泛的采用,其中粘滞阻尼器是最常用的方式,其力学模型如下：
F等于C|v|nsgn（v）（1）
其中：F－阻尼力,C－阻尼系数,n－速度指数
近年来,粘滞阻尼器已在国内大桥的实际工程中广泛应用,如下表所示.
2 工程概况及分析模型
2.1 工程概况［1-4］
重庆菜园坝长江大桥是重庆市南北大通道上的关键工程.其主桥采用刚构和提篮式钢箱系杆拱、桁梁的组合结构.由420m系杆拱桥主跨,分别为102m及88m对称布跨的边跨和侧跨组成,总长800m.其主跨跨度,居世界系杆拱桥之首.该桥主体结构由一对预应力Y型刚构边跨和钢箱提篮拱中跨组成,3个独立的子结构通过中、边跨系杆连接而成,这在实际应用中尚属首次.主桥设六线行车道、双线城市轻轨、双侧人行道.六车道及双侧人行道设在桥面,双线轻轨设在主桥桁梁下横梁上,构成双层特大公轨两用桥.大桥公路设计日交通流量6万辆,双列轻轨设计自重400吨.整体节段施工、组装及超长轻轨接缝等工艺属世界独创.
钢桁梁及桥面板是一漂浮体系,为控制钢梁在制动力、地震力作用下的位移,设计采用4个阻尼器将钢桁梁下弦杆和刚构交界墩（P16,P19）横梁相连,如图1所示.根据设计构造要求,在外部动力荷载作用下,阻尼器需将桥面相对于桥墩的位移限制在125mm以内.
2.2 结构模型
在建立全桥模型时,考虑到实际支承情况,上部结构——钢桁梁及桥面是一纵飘体系,即释放支座处纵桥向的平动自由度及三个方向的转动自由度.阻尼器采用阻尼单元模拟,阻尼属性是基于Maxwell的粘弹性模型,由一阻尼和弹簧串连共同构成阻尼单元.吊索采用杆单元,但不能受压,其余单元采用三维杆单元,建立的三维计算模型如图2所示.
3 阻尼器参数分析结果［5-9］
本文主要研究阻尼器的性能,而阻尼器只限制纵桥向的动力荷载反应,虽然横桥向、竖桥向的位移也对纵桥位移有影响,但这种影响相对较小,所以本文在分析时只考虑纵桥向受到的荷载工况,主要包括轻轨、汽车制动力及纵向地震力.采用动力时程分析模拟阻尼器在地震及制动力作用下的情况,并且根据桥梁抗震规范,地震作用和制动力不同时作用在桥梁上.
3.1 地震作用下的阻尼器参数分析
地震动输入根据两阶段选波法采用三条实际地震动USA0002、USA00284、ITA00142及一条由本桥地震安全性评估报告提供的人工记录LS［5］.计算结果取四条地震动作用下桥梁最大反应值的统计平均值.
从图3的结果可知：(a) 阻尼系数C值相同时,速度指数n越小,阻尼力越大,桥面的相对位移越小；(b) 速度指数n值相同时,阻尼系数C越大,阻尼力越大,桥面的相对位移越小.因此,对于一般情况,在满足工程及工艺要求的前提下应取速度指数n值尽量小,阻尼系数C值尽量大.
从图4中可看出,有无阻尼器将显著改变桥面相对位移时程曲线.由于桥面是纵飘体系,在没有阻尼器作用时,桥面相对桥墩的最大位移可以达到400mm.其相对位移时程曲线形状接近正弦波,而且幅值在地震过程中基本不衰减；在有阻尼器作用时,桥面最大位移不超过140mm,而且随着地震动作用时间的增加,桥面的相对位移变小,在后期,桥面的相对位移基本为零.因此,安装阻尼器能明显地减小地震作用下桥面和桥墩的相对位移.
图5反应了阻尼器能很好地耗散地震能量,其滞回曲线非常饱满,接近正方形.当速度指数n较小时,阻尼器提供的最大阻尼力波动不大,在数值上接近阻尼系数C,这是因为n很小时,不管相对速度如何变化,公式(1)中的速度项接近常数1.
3.2 制动力作用下阻尼器参数分析
汽车制动力按单向满布汽车车队时取值,轻轨制动力按轻轨公司提供的资料取值,计算时将汽车及轻轨制动力作为动荷载同时同向按下图施加于桥面：
从图7可以看出,在仅有制动力作用情况下,取不同的C、n值时桥面相对位移的变化规律和仅有地震作用时相同.但是由于桥面在没有阻尼器时是一个纵飘体系,所以此时桥面的纵向相对位移在制动力的单向作用下,将向一侧发散,达到一个很大的值.从图7(a)中可以看出,在增加阻尼器后,桥面的相对位移至少可以减少50％,而且随着速度指数n的减小,桥面相对位移迅速减小,当n等于0.1时,桥面的相对位移基本为0.因此,安装阻尼器能明显地减小制动力作用下桥面和桥墩的相对位移.
3.3 速度指数n取0.015时阻尼器效果分析
从以上的计算可知,速度指数n取小值较好,故本文计算n等于0.015时在地震荷载作用下阻尼器的效果并同以上计算结果作了对比：
从图8(a)中可知,随着速度指数n从0.4减小到0.1,由计算点连成的各条曲线间的距离逐渐减小,这说明随着速度指数的减小,相对位移减小的趋势越来越慢,当n从0.1再往小取值时,桥面相对位移的减小不明显.这说明虽然速度指数n取小值较好,但是一味地追求n取小值却不能有效地减小相对位移.另外,由计算点连成曲线的（负）斜率随着阻尼系数C值的增大而减小,这说明随着C值的增大,相对位移的减小量逐渐变小.因此,也不能片面地取大C值来提高阻尼器的作用.
从图8(b)中可以看出,当速度指数n相同时,阻尼力同阻尼系数基本成线性变化.并且只有当阻尼系数n取0.015时（基本接近0）,阻尼力才能在数值上大致等于阻尼系数,当阻尼系数相同时,随着n的不断增大,阻尼器能提供的阻尼力将不断减小.
4 结论
从以上的计算分析可知,阻尼器能明显减小地震、轻轨和汽车制动力等动力荷载引起的桥梁上部结构相对于桥墩的位移反应.本文通过不同地震输入的统计平均及制动力的作用下对阻尼器参数的取值验证了以下规律：
a)取相同的阻尼系数C时,速度指数n越小,阻尼力越大,桥面的相对位移越小；
b)取相同的速度指数n时,阻尼系数C越大,阻尼力越大,桥面的相对位移越小；
但是以上规律只在一定的范围内有效,针对菜园坝长江大桥而言,当n小于0.1,C大于2500后,相对位移的变化量逐渐减小,以上规律的变化就不明显.因此对于阻尼器的参数选择,针对每一座桥梁,应具体分析其结构特点,取能最有效地减小相对位移的阻尼系数及速度指数.对菜园坝长江大桥而言,建议阻尼器的参数取值为：阻尼系数C取2000kN•s/m,速度指数n取0.2.此时阻尼器能发挥最有效的作用并且桥面相对位移在工程要求的范围内.但阻尼器参数的选取还和阻尼器制造的生产条件、成本价格等有关,有待决策者综合考虑后决定.
参考文献
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［2］公路工程抗震设计规范（JTJ004－89）［S］.人民交通出版社,1999.
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［7］ Zhiqiang Wang, The Implementation of Dampers on Several Large Bridges in China
［8］ Shi-de Hu, Analytical Investigation of the Response of Lu-Pu Bridge with Added Viscous Dampers
［9］桥梁阻尼器［J］.上海材料所,2003.
作者简介：翁尚彬（1983-）,女,辽宁省抚顺市,硕士研究生,讲师.主要从事建筑结构、桥梁健康监测方面的研究和工作;王金鑫（1984-）,男,甘肃省天水市,硕士研究生,中级工程师.主要从建筑结构、钢结构及组合结构领域的研究和工作.
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