[發明專利]多塔斜拉橋結構縱向風致響應的混合控制系統

有效

• 申請號: 201310365485.X
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN103410083A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 丁幼亮;耿方方;葛文浩;宋永生;王高新
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E01D11/04
• 分類號: E01D11/04;E01D19/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于橋梁結構工程領域，具體是針對多塔斜拉橋因強風作用引起的主梁和橋塔縱向風致響應的控制系統。

背景技術

多塔斜拉橋是一種大跨度橋梁的結構型式，其橋塔數量大于2個。在跨海工程建設方案中，多塔斜拉橋具有塔多梁長的布置形式，可以在滿足通航的基礎上避免深水基礎。因此，多塔斜拉橋結構越來越受到建設者們的青睞。然而，相比普通兩塔斜拉橋，多塔斜拉橋結構縱向剛度不足，已經成為發展多塔斜拉橋這一橋型所面臨的關鍵問題。特別是我國沿海處于強臺風活躍區，我國跨海工程采用多塔斜拉橋結構方案的抗風安全問題尤其突出。

主梁和橋塔是多塔斜拉橋的主要受力構件，對主梁和橋塔在強風作用下的風致響應控制十分必要。由于多塔斜拉橋體系縱向剛度不足，如何控制多塔斜拉橋主梁和橋塔在強風作用下的縱向風致響應是必須解決的問題。對此，常規的做法是在主梁與橋塔聯結處的縱向設置流體阻尼器，以抑制主梁和橋塔的縱向振動反應。地震作用下多塔斜拉橋結構的縱向振動反應一般采用這種控制方法。這是因為，地震作用引起的橋梁縱向響應是動力響應，可以通過流體阻尼器的阻尼耗能進行控制。然而，與地震作用不同，強風作用下多塔斜拉橋結構的縱向風致響應包括靜風力作用下的靜力響應和脈動風壓作用下的動力響應兩部分。流體阻尼器作為一種無剛度裝置，不能提高多塔斜拉橋結構的縱向剛度。因此，僅設置流體阻尼器只能控制脈動風作用下的動力響應，不能控制靜風力作用下的靜力響應。為此，尋找有效抑制多塔斜拉橋結構中主梁和橋塔在靜風力作用下的靜力響應和脈動風作用下的動力響應的混合控制方法是十分必要的。

發明內容

要解決的技術問題：針對現有技術的不足，本發明提供的多塔斜拉橋結構縱向風致響應的混合控制系統，解決現有技術中多塔斜拉橋因強風作用引起的主梁和橋塔縱向風致響應大的技術問題，尤其是克服現有結構中無法控制靜風力作用下的靜力響應的技術問題。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

多塔斜拉橋結構縱向風致響應的混合控制系統，在次邊塔與主梁的聯結處縱向設置彈性拉索，所述彈性拉索一端與對應的次邊塔下橫梁相連，另一端與主梁相連；在其余普通橋塔與主梁的聯結處縱向設置流體阻尼器，所述流體阻尼器一端與對應的普通橋塔下橫梁相連，另一端與主梁相連。

所述彈性拉索的彈性剛度K的確定方法包括順序執行的以下步驟：

a1、建立多塔斜拉橋結構的有限元模型，在次邊塔與主梁的聯結處縱向設置彈性拉索，形成帶彈性拉索的有限元模型；

a2、彈性拉索的彈性剛度K取值按公式K=10ⁿkN/m進行計算，n初始值取為1，然后逐級遞增，每一個n值對應得到一個K值；帶入有限元模型中計算每一個K值對應的帶彈性拉索的有限元模型的動力特性，并得到每個K值對應的主梁縱漂振型的頻率；

a3、當n增大到某一值時，帶彈性拉索的有限元模型的動力特性中的主梁縱漂振型消失，此時該n值對應的彈性拉索的彈性剛度K即為所求值。

進一步的，在本發明中，所述流體阻尼器的阻尼系數c和阻尼指數α的確定方法包括順序執行的以下步驟：

b1、計算帶彈性拉索的有限元模型在脈動風作用下次邊塔的塔底縱向彎矩最大值；

b2、在普通橋塔與主梁的聯結處縱向設置流體阻尼器，形成帶彈性拉索和流體阻尼器的有限元模型，對流體阻尼器不同的阻尼系數c和阻尼指數α進行取值，計算帶彈性拉索和流體阻尼器的有限元模型在脈動風作用下次邊塔的塔底縱向彎矩最大值；

b3、計算流體阻尼器選取不同阻尼系數c和阻尼指數α時次邊塔塔底彎矩的減振率β值，β=（安裝流體阻尼器前的次邊塔的塔底縱向彎矩最大值-安裝流體阻尼器后的次邊塔的塔底縱向彎矩最大值）/安裝流體阻尼器前的次邊塔的塔底縱向彎矩最大值×100%；

b4、繪制流體阻尼器選取不同阻尼系數c和阻尼指數α時的減振率β圖，根據該圖確定最大減振率，以及取得最大減振率時對應的最小的阻尼系數c和該阻尼系數c對應的阻尼指數α，該阻尼系數c和阻尼指數α即為所求值。

有益效果：

本發明的多塔斜拉橋結構縱向風致響應的混合控制系統，通過在多塔斜拉橋的次邊塔與主梁聯結處縱向設置彈性拉索提供縱向剛度，抑制多塔斜拉橋的主梁和橋塔在靜風力作用下的縱向靜力響應；在普通橋塔和主梁聯結處縱向設置流體阻尼器提供縱向阻尼耗能，抑制主梁和橋塔在脈動風作用下的縱向動力響應。

通過計算帶彈性拉索的有限元模型的動力特性，確定在靜風力作用下的結構縱向靜力響應越小對應的彈性拉索的彈性剛度K。