[發(fā)明專利]一種動力吸振型高墩梁橋墩-梁連接最優(yōu)水平剛度及阻尼值的確定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811198732.0
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109492260B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設計）人: 楊吉忠;陳克堅;羅登發(fā);曾永平;顧海龍;馮讀貝;韓家山;陳志輝;陳新培;龐林
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司;洛陽雙瑞特種裝備有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國

一種能準確計算動力吸振型高墩梁橋墩?梁連接最優(yōu)水平連接剛度及阻尼的方法，以為動力吸振型高墩梁橋的支座剛度及阻尼值的計算提供科學的理論依據(jù)和具體的實際指導。該方法包括以下步驟：①建立動力吸振型高墩梁橋抗震有限元分析模型；②初步確定墩?梁彈性連接裝置水平連接剛度k及阻尼c；③在墩頂節(jié)點處施加諧響應分析載荷，繪制墩頂位移或加速度動力結(jié)果相對應的幅頻曲線；④在墩頂位移或加速度幅頻曲線中，判斷是否存在兩個頂點(P點和Q點)，無明顯雙頂點則適當調(diào)整墩?梁連接剛度進行反復試算；⑤判斷P和Q兩點是否等高，若P和Q點不等高，不斷調(diào)整墩?梁連接剛度進行反復試算，直至P和Q點等高，此時該連接剛度即為最優(yōu)水平連接剛度；⑥調(diào)整墩?梁連接阻尼進行反復試算，使P和Q兩點成為幅頻曲線上的頂峰點，此時該連接阻尼即為最優(yōu)水平連接阻尼。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及橋梁工程抗震技術(shù)領域，特別涉及一種動力吸振型高墩梁橋墩-梁連接最優(yōu)水平剛度及阻尼的確定方法。

背景技術(shù)：

專利CN 106120545 A提出了“一種利用梁體提高橋梁抗震性能的方法”，即動力吸振型高墩梁橋設計方法，基本原理如下：通過數(shù)值模態(tài)分析或?qū)嶒災B(tài)測試，獲得橋墩在縱向和橫向的自振頻率f_i、等效模態(tài)質(zhì)量M_i及模態(tài)剛度K_i；確定梁體的質(zhì)量m_i；計算出梁體與橋墩之間的連接剛度k_i；計算出梁體與橋墩之間的連接阻尼c_i；選用具備上述連接剛度k_i和連接阻尼c_i值的支座系統(tǒng)，即可通過梁體作為動力吸振器來提高橋墩抗震性能。其梁體和墩體之間的連接剛度通過以下公式獲得：

阻尼通過如下公式獲得：

盡管該剛度和阻尼計算公式實現(xiàn)了梁體作為墩體動力吸振器的目的，但當橋梁采用該公式計算得到的水平剛度和阻尼值時，其抗震效果并非最優(yōu)，這是由于該公式只在質(zhì)量比μ＝m_i/M_i一般小于0.1時計算得到的剛度和阻尼值與最優(yōu)值之間的差別極其微弱，但是對于高墩梁橋來說，梁體之間與墩體質(zhì)量之比一般遠大于0.1，通過該公式獲得剛度和阻尼值與最優(yōu)值之間的差別較大，因此，其對抗震效果影響很大，并非最優(yōu)。

動力吸振型高墩梁橋主要由墩體、墩-梁彈性連接裝置(如支座等)以及梁體組成。通過設置墩-梁彈性連接裝置的橫向或縱向連接剛度及阻尼值，使梁體與墩-梁彈性連接裝置形成一個附加在墩頂?shù)膹椈?阻尼-質(zhì)量系統(tǒng)，可利用梁體質(zhì)量及墩-梁彈性連接裝置剛度構(gòu)成的子系統(tǒng)可以吸收橋墩主體受到的地震振動能量，同時利用墩-梁彈性連接裝置的阻尼特性對系統(tǒng)振動能量進行消耗。動力吸振型高墩梁橋通過合理設計梁體及墩體間的連接剛度與阻尼，可達到梁體與墩體的振動相位在墩體的設計固有頻率上相反，從而實現(xiàn)梁體作為動力吸振器消除橋墩固有頻率處的有害振動，因此存在一個最優(yōu)的連接剛度與阻尼，過大或過小的墩-梁彈性連接裝置連接剛度與阻尼值均會影響其抗震效果。

上世紀30年代起，相關學者針對動力吸振器的最優(yōu)設計開始了大量研究工作，并取得了豐碩卓越的研究成果。對于常規(guī)(質(zhì)量比μ小于0.1)動力吸振器的阻尼及剛度值的確定，可基于擴展定點理論，利用最優(yōu)同調(diào)和最優(yōu)阻尼條件，可以推導出以質(zhì)量比μ為參數(shù)的動力吸振器主要元素的設計公式，具體如下所示：

1)動力吸振器的質(zhì)量

m＝μM(kg)

2)動力吸振器的最優(yōu)彈簧剛度

3)動力吸振器的最優(yōu)阻尼系數(shù)