楊勇，寧平華，樂小剛

（廣州市政設計研究院，廣東廣州510060）

綿陽三江大橋減震分析

楊勇，寧平華，樂小剛

（廣州市政設計研究院，廣東廣州510060）

首先，對設置了粘滯阻尼器的綿陽三江大橋進行了縱向非線性地震反應分析。接著，討論了粘滯性阻尼器各參數(shù)對減震效果的影響，并選取最優(yōu)參數(shù)。最后，對比了設置阻尼器前后橋梁主要構件地震反應。

地震響應； 減震； 粘滯性阻尼器

0　前言

強烈的地震給人民的生命財產(chǎn)帶來巨大危害，它造成橋梁等重要的交通構筑物破壞后，由于交通中斷、救援受阻而擴大了次生災害，而橋梁要具備抵抗地震作用的能力，需要在建設階段投入較大的財力。阻尼減震技術針對橋梁阻尼低的特點，能夠成倍甚至幾十倍提高結構阻尼，抑震效果佳，得到了廣泛的應用，并且橋梁減震設置能夠有效地減少橋梁抗震投入。粘滯性阻尼器已經(jīng)被成功地運用到高層建筑、高聳結構、體育館、海洋平臺，甚至衛(wèi)星發(fā)射塔。將粘滯性阻尼器首次應用于橋梁的是美國金門大橋的抗震加固工程。此外建設中的跨越希臘科林斯海峽的雷翁—安蒂雷翁大橋和美國Oakland海灣橋西跨懸索橋加固，都使用了阻尼器。重慶鵝公巖大橋和上海盧浦大橋也安裝了阻尼器。但總體來講，在國內(nèi)，粘滯阻尼器在橋梁中應用的實例并不多，國內(nèi)結構有限元軟件具有阻尼器單元模塊的更是沒有。

1　工程背景

綿陽三江大橋工程位于綿陽城南新區(qū)內(nèi)“四橫”主干道紅塔街上，是區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)體系的重要節(jié)點。橋梁西起規(guī)劃路，自西向東分別跨越西岸的涪濱路、涪江和東岸的綿鹽大道后接地，橋型如圖1所示。主橋采用100 m+200 m+100 m雙塔雙層支承體系斜拉橋，下層車行橋，上層布置人行橋。人行橋采用”S”曲線形梁，銜接兩岸的駁岸，實現(xiàn)行人過江。綿陽三江大橋工程位于龍門地震帶附近，是汶川地震后綿陽建設的首座大型橋梁，為了減小橋梁的地震反應，節(jié)約投資，在梁與墩之間設置了粘滯性阻尼器。該項工程于2009年開始施工，2012建成通車。

2　有限元模型的建立

（1）主橋整體空間有限元模型采用大型結構分析軟件進行建模，主塔、主梁、墩柱，以及樁基均采用空間梁單元模擬，斜拉索采用桁架單元，承臺采用板殼單元。模型分析采用有限元位移理論，計入了結構的幾何剛度、斜拉索的垂度效應，以及坐標修正的結構大位移等諸因素對計算的影響。車、人行橋主梁均采用單梁形式模擬，主梁與邊墩、塔柱相連接處按支座參數(shù)進行自由度彈性約束，從而模擬實際的橋梁結構。主橋整體有限元模型如圖2所示。

采用midas一般連接特性中maxwell粘滯阻尼模型，如圖3所示。

（2）粘滯性阻尼器的阻尼力與相對速度的關系為：

其中，F(xiàn)為阻尼力，kN；C為阻尼系數(shù)，kN/s/m；V為速度，m/s；a為速度指數(shù)（無單位）。速度指數(shù)a的常用取值范圍為0.2～1.0。

該項分析采用E2概率下縱向C波作為激勵，計算分析了車行橋阻尼器阻尼系數(shù)C在5000～25000 kN/s/m范圍；人行橋阻尼器阻尼系數(shù)在5000～20000 kN/s/m范圍；車、人行橋阻尼器速度指數(shù)在0.2～1范圍內(nèi)。

（3）對綿陽三江大橋主橋進行抗震能力分析驗算時，選用50 a超越概率10%（E1）和50 a超越概率2%（E2）兩個概率水準的地震加速度反應譜和時程作為輸入，分別進行兩水平的地震反應分析。反應譜曲線如圖4所示。

圖1　主橋橋型立面圖

圖2　主橋有限元模型

圖3　粘滯阻尼器模型

圖4　兩個概率水準的反應譜曲線圖

3　分析結果

3.1橋梁的動力特性

在進行地震反應分析前，需要對結構的動力特性（頻率和振型）進行分析計算。對三江大橋主橋計算分析了前180階模態(tài)，結果表明振型參與質量滿足大于90%的要求，現(xiàn)將前5階模型的頻率分析結果及各階振型特點列于表1。

表1　模型前5階振型頻率及振型特點表

3.2阻尼器參數(shù)比選

通過計算不同的阻尼參數(shù)得到橋梁結構的響應，繪制出了粘滯阻尼器各參數(shù)對結構地震響應的影響曲線，見圖5～圖8所示。

圖5　塔頂縱向位移曲線圖

圖6　車行橋主梁縱向位移曲線圖

圖7　塔底彎矩曲線圖

圖8　塔底剪力曲線圖

可以看出，當阻尼器的阻尼指數(shù)a一定時，隨著阻尼系數(shù)C的增大，梁端位移、塔頂位移、阻尼器位移基本上線性減小，而塔底彎矩和剪力則線性增大。當阻尼系數(shù)C一定時，梁端位移、塔頂位移、阻尼器位移隨著阻尼指數(shù)a的增大而增大，而塔底彎矩和剪力則隨著阻尼指數(shù)a的增大而減小。因此，阻尼器參數(shù)的選擇要兼顧位移和內(nèi)力。

3.3安裝阻尼器后結構的地震反應

為驗證阻尼器減震的有效性，對安裝阻尼器前后的橋梁結構進行了對比，對比結果如表2所列?？梢钥闯觯O置阻尼器后橋梁的地震位移和塔底彎矩顯著減小，塔底剪力增大。

表2　設置阻尼器前后地震反應對比表

4　結論

粘滯性阻尼器的減震效果，與橋梁的結構特點和參數(shù)設置有密切的關系，設置時需要反復計算，綜合比選，否則當參數(shù)選取不當時，會取得相反的效果。該項工程設置縱向粘滯阻尼器后，有效地降低結構塔頂、縱梁在地震作用下位移，改善了部分構件的地震力。

U442.5+5

B

1009-7716（2015）02-0054-03

2014-11-12

楊勇（1973-），男，湖北黃岡人，高級工程師，從事橋梁工程設計與技術管理工作。