超大跨悬索桥地震响应的综合最优控制研究

超大跨缆索支承桥梁通常选择隔震体系以减小桥塔的地震内力,但隔震体系会使得结构在强震下的梁端位移很大,必须采取控制措施以保证整体结构的抗震安全性。本文以主跨1 490 m的润扬悬索桥为研究对象,在对其地震响应特性进行分析的基础上,从振动控制的原理出发,探讨了控制超大跨悬索桥地震响应的具体的措施及参数选择,结合改进的层次分析法提出了地震响应综合最优控制的概念,构造了综合最优控制效果评估模型,并给出了该桥在给定地震输入下的综合最优控制措施。结果表明,对于超大跨悬索桥,在塔、梁间设置弹性连接装置或阻尼器都能减小梁端位移响应,但综合考虑其它部位的响应,阻尼器的减震效果更为全面。     

车致桥梁振动与黏滞阻尼器参数

目前国内外已通车运营的大跨度悬索桥,在车辆荷载作用下普遍存在因主梁纵向累计位移过大而引起的伸缩缝和支座提前破坏现象。针对该问题,通过在主梁纵桥向设置黏滞阻尼器,并采用非线性时程分析方法对结构进行动力响应分析,研究了阻尼器对车辆荷载引起的纵向振动响应的控制效果及阻尼器参数变化对控制效果的影响规律。结果表明：设置恰当参数的黏滞阻尼器,可以有效抑制悬索桥在车辆荷载作用下的振动响应;主梁梁端最大位移、梁端累计位移和1/4跨处的竖向最大位移随阻尼器参数变化的规律具有一致性。最后,对大跨度悬索桥黏滞阻尼器参数的选用问题进行总结,建议先以车辆荷载作用下的主梁纵向振动位移和阻尼器工作功率为优化目标,再根据地震响应的控制效果确定最优参数。这样既能保证黏滞阻尼器具有足够的安全储备,又能同时实现对地震及车辆荷载的控制。     

大跨度斜拉桥阻尼约束体系减震优化研究

目的研究在辅助墩和桥塔沿纵桥向布置液体黏滞阻尼器的墩、塔阻尼体系对大跨斜拉桥地震响应的影响,优化同类型大跨斜拉桥的减震体系.方法选取西固黄河大桥主桥为研究对象,基于非线性时程分析法对比4种约束体系下大跨度斜拉桥地震响应的特点,并通过参数分析确定了较为合理的黏滞阻尼器参数.结果辅助墩处的液体黏滞阻尼器分担部分桥塔阻尼器的阻尼力,使总阻尼力减小17.8%,桥塔阻尼器控制结构响应与辅助墩阻尼器控制结构响应基本不耦合;辅助墩与桥塔处液体黏滞阻尼器减震耗能明显,可以避免墩顶支座在纵桥向发生剪切破坏;综合考虑结构的内力和位移响应,西固黄河大桥合理阻尼器参数为:桥塔阻尼系数取12 000k N/(m·s-1)0.4,辅助墩阻尼系数取8 000 k N/(m·s-1)0.4.结论墩、塔阻尼体系可以有效控制大跨斜拉桥的地震响应,相比单独在桥塔处布置液体黏滞阻尼器,墩、塔阻尼体系改善了桥塔和过渡墩的内力.     

基于黏滞阻尼器的单跨悬索桥地震位移响应控制

工程中,黏滞阻尼器常用于降低大跨度单跨悬索桥的顺桥向地震位移响应.为此,有必要深入研究其主要技术参数对桥梁结构地震位移响应的影响作用规律.以主跨1250 m单跨悬索公路桥为例,建立其三维有限元数值分析模型,选取七条实测地震记录,通过时程分析法进行计算,得到结构重点部位的地震位移响应.研究表明:随着阻尼系数的增大,大跨度...     

影响大跨悬索桥地震响应的敏感因素

以四渡河悬索桥为研究对象,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的空间动力计算模型,推导了基于Leger的大质量法（LMM）和基于拟静力位移概念的多支承激励下的非线性运动方程,在此基础上对该桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了土-桩-桥相互作用和中央扣设置方式对大跨悬索桥地震响应的影响．结果表明：土-桩-桥相互作用对悬索桥地震响应的影响与地震动输入方式密切相关,受水平地震波影响较大,而受竖向地震波的影响很小;一对柔性中央扣对加劲梁的纵桥向位移和应力响应均产生不利的影响,而刚性中央扣和3对柔性中央扣对限制加劲梁的纵桥向位移的作用显著,但是由此导致了结构地震应力响应的显著增加．     

自锚式悬索桥粘滞阻尼器减震控制分析

文章以长沙三汊矶湘江大桥为工程背景,基于桥梁地震动方程,建立空间非线性有限元模型,研究粘滞阻尼器参数变化、安装位置对自锚式悬索桥减震效果的影响。计算结果表明：地震作用下主梁和塔顶纵向位移值以及塔底顺桥向弯矩量值均较大,对自锚式悬索桥的设计起控制作用,选择合理的阻尼器参数能够对结构的位移及内力进行有效控制。阻尼器的安装位置对减震效果影响很大,设计过程中应充分考虑不同控制截面内力及位移的变化情况,对阻尼器进行合理设置。     

四主缆大跨悬索桥抗震性能分析及减震措施优化

以燕矶长江大桥为工程背景,首先,采用动力非线性时程法分析了燕矶长江大桥抗震性能,并研究了设置电涡流-摩擦组合型阻尼器和黏滞阻尼器对大跨悬索桥抗震性能的影响;然后,对附加电涡流-摩擦组合型阻尼器摩擦力、阻尼系数和阻尼指数开展了参数敏感性分析;最后,从耗能角度分析地震作用下电涡流-摩擦组合型阻尼器减震特点.结果表明：在E2地震作用下,桥塔关键截面抗弯能力均大于弯矩需求;在“纵向+竖向”地震作用下梁端纵向位移较大.设置塔梁处纵桥向阻尼器后,可有效降低主桥梁端纵向位移;增大摩擦力、阻尼系数与降低阻尼指数均可提升梁端纵向地震响应的控制效果,但参数变化对桥塔控制截面的地震响应影响较小.阻尼系数较大时,电涡流阻尼主导了电涡流-摩擦组合型阻尼器耗能,相较于黏滞阻尼器,电涡流-摩擦组合型阻尼器对梁端纵向位移控制效果更好.     

自锚式悬索桥地震响应及减震控制分析

以长沙三汊矶湘江大桥为研究对象,对自锚式悬索桥的动力特性、地震响应及粘滞阻尼器的减震效果进行分析.基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达117.492 MN·m,对自锚式悬索桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大90%,横向弯矩减小60%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小10%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小83%,塔底纵向弯矩减小62%,达到良好的减震效果.     

影响大跨悬索桥地震响应的敏感因素研究

摘 要：以四渡河悬索桥为研究背景,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的空间动力计算模型,推导了基于Leger的LMM和拟静力位移概念的多支承激励下的非线性运动方程,在此基础上对该桥地震反应进行了空间非线性时程分析,研究了土-桩-桥相互作用和中央扣的设置方式对大跨悬索桥地震响应的影响。结果表明,土-桩-桥相互作用对悬索桥地震反应的影响与地震动输入方式密切相关,受水平地震波影响较大,而受竖向地震波的影响很小;一对柔性中央扣对加劲梁的纵桥向位移和应力响应的影响均不利,而刚性中央扣和三对柔性中央扣对限制加劲梁的纵桥向振幅有较显著作用,但是由此导致了结构地震应力响应显著增加。     

大跨度斜拉桥地震反应MR阻尼器半主动控制

应用新研制的MRF-04K型磁流变阻尼器对大跨度斜拉桥的地震反应实施半主动控制．建立了多点不同步地震激励下大跨度斜拉桥MR阻尼器控制的运动方程，采用子空间模态分析法建立了适合大跨度斜拉桥地震反应控制分析的瞬时最优控制算法，数值仿真结果表明，不同地震波激励下斜拉桥的反应幅值相差很大，且在天津波激励下的反应幅值最大，说明大跨度斜拉桥的地震反应对地震波的频谱特性十分敏感；当受El—Centro波激励时，主跨跨中顺桥向位移幅值降低57．0％，塔顶顺桥向位移幅值降低67．5％，主跨跨中竖向位移增大28．3％；行波效应对斜拉桥地震反应的控制效果影响明显，其中主跨跨中和塔顶顺桥向位移响应更加减小，而主跨跨中竖向位移会有所增加．     

Comprehensive optimal control on seismic response of a single-tower self-anchored suspension bridge

Earthquake may cause severe damage to all kinds of bridge such as the falling down of the girder; therefore,effective measures should be employed to control the seismic displacement. In this paper,the method of comprehensive optimal control,com-bined with analytic hierarchy process,is employed to investigate the seismic response control of the Nanjing Jiangxinzhou Bridge,which is a single-tower self-anchored suspension bridge (SSSB). Also,3-dimensional nonlinear seismic response analyses are con-ducted. Three types of practical connection measures for seismic response control of SSSB are investigated,and the optimal pa-rameters of the connection devices are achieved by this method. Results show that both the elastic connection devices and the damp-ers with rational parameters can reduce the seismic displacement of the bridge effectively,but the elastic connection devices will in-crease the seismic force of the tower. When all factors are consid-ered,the optimal measure is by using the elastic connection devices and the dampers together. These results can provide references for seismic response control of SSSBs.     

自锚式悬索桥的减震控制试验研究

为研究独塔自锚式悬索桥在纵向设置粘滞阻尼器后的结构地震响应和减震效果,本文以某独塔自锚式悬索桥为工程背景,按照相似理论,设计制作了1/20大比例缩尺模型,设计了一致输入和行波输入试验工况,进行了在主箱梁与辅助墩之间纵向设置粘滞阻尼器的振动台试验。研究结果表明：在自锚式悬索桥纵向设置参数合理的粘滞阻尼器后,模型桥的纵飘频率变化很小,阻尼比变大,说明粘滞阻尼器对结构提供了一定的阻尼,一致激励工况下,梁端、塔顶位移反应减小,并且主塔底部应力有所减小,具有较好的减震效果;行波激励工况下,行波效应对自锚式悬索桥的结构响应有放大作用,阻尼器在行波激励下起到了很好的减震作用。     

减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的应用

以某双塔飘浮体系斜拉桥为工程背景,对比分析了拉索限位器和黏滞阻尼器两种减隔震装置在飘浮体系斜拉桥纵桥向的减震特点,并进一步探讨了拉索限位器和黏滞阻尼器联合使用方式对飘浮体系斜拉桥纵桥向地震响应的影响.结果表明:拉索限位器同黏滞阻尼器相比,可以更有效地控制结构位移,而黏滞阻尼器在内力控制上具有一定的优越性;联合使用方式有助于发挥各自的优势,达到拉索限位器控制梁端位移、黏滞阻尼器改善塔底受力的理想状况,是一种更为经济有效的减震措施,且在脉冲型地震动作用下同样具有良好的减震效果.     

大跨桥梁结构地震反应分析及优化阻尼控制

对大跨桥梁结构进行地震反应分析及优化阻尼控制。考虑中间支承的弹性对桥梁结构地震反应的影响,提出在桥墩处设置集中旋转阻尼器,对阻尼参数优化,并给出一种新的旋转摩擦阻尼器的基本构造。采用离散元法将桥梁结构离散为具有n个刚杆且由(n+1)个弹性点元相连接的离散系统,并由Lagrange方程推导离散结构的运动方程。实例分析了一三跨等跨的连续桥梁结构,结果表明中间支承的弹性对地震反应有显著影响,施加优化阻尼控制后,其地震反应显著降低。     

上承式拱桥阻尼支撑加固抗震性能分析

针对上承式拱桥抗震加固的工程需要,提出了加设阻尼支撑的减震控制方案,在结构中增加集中阻尼来减小地震响应．通过尼木大桥加固工程中采用加设粘弹性阻尼支撑方案的有限元地震响应分析,表明粘弹性阻尼支撑能够显著减小拱平面内的位移响应,是一种有效的减震控制方案．     

强震作用下连续梁桥多墩联合半主动控制

为了平均分配连续梁桥各墩的损伤,提出了一种多墩联合半主动控制算法.该控制算法在主动最优控制力的基础上,综合考虑连续梁桥各墩的损伤状态,通过调整阻尼器的目标出力,在主梁加速度和各桥墩的墩顶与主梁间相对位移得到控制的同时,使各桥墩的损伤指数平均分配.本文以一设置了磁流变(MR)阻尼器的3跨连续梁桥为研究对象,采用MATLAB进行数值模拟分析,对所提出的半主动控制算法进行了多种工况下的验证.计算结果表明,采用多墩联合半主动控制算法能够较好地控制桥梁的地震反应,同时有效降低破坏最严重的桥墩在强震过程中的损伤指数,达到各桥墩损伤平均分配的效果.     

附加阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果

基于流体粘滞阻尼器自身的力学特性，分析了附加流体粘滞阻尼器对超大跨度斜拉桥的减震效果，着重分析了阻尼器参数、输入地震动特性（加速度峰值和频谱特性）对减震效果的影响．结果表明，流体粘滞阻尼器能显著地减小梁端纵向位移，减震效果取决于阻尼器参数，并对地震动特性很敏感．     

相邻结构减震优化分析

利用阻尼器连接相邻结构可减小结构地震反应,阻尼器参数的确定是减震设计的关键。根据随机振动理论,在白噪声激励下,以相邻结构的自振频率比、质量比为参数,推导了结构位移反应均方值与连接阻尼参数的关系式,分析了相邻结构的地震反应与频率比、质量比以及连接阻尼比的变化规律,从而得到了连接阻尼器的优化设计参数。最后在El Centro波、Taft波及人工波激励下,对比分析了某相邻10层建筑结构有连接和无连接时的地震反应,结果表明粘滞阻尼器连接相邻结构具有较好的减震效果。本文分析方法可供相邻结构减震设计参考。