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基于流体粘滞阻尼器的桥梁结构耗能减震分析

张霞  
【摘要】: 流体粘滞阻尼器作为被动能量耗散装置被广泛地应用于保护结构在地震作用下的安全性。阻尼器的力学参数包括阻尼系数和速度指数,若速度指数不为1,阻尼器将呈现出非线性特性。对于特定的桥梁结构,阻尼器的减震效果取决于其参数的合理选取。根据桥梁的复杂性不同,本文采用了不同的分析策略。 对于斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁,动力特性往往比较复杂,采用阻尼器对这类桥梁进行减震分析,建议建立合理的有限元全桥模型。为此,本文探讨了考虑SSI的阻尼器减震分析方法,给出了土弹簧参数的合理取值方法。由于这类桥梁设计和建造时间一般都很长,因此从时间上来说也允许进行细致的减震分析。本文以一个实际的大跨斜拉桥为例,研究了地震作用下桥梁的各关键响应随阻尼器参数的变化规律,进而确定出阻尼器的合理参数,并分析了不同地震水平下阻尼器的减震效果。 对于普通梁式桥,一方面,其动力行为往往可用有限质点体系进行描述,如目前公路梁桥多为采用板式橡胶支座的连续梁桥,可简化为两个质点的简化体系进行考虑。另一方面,由于这类桥梁的设计时间一般较短,业主往往希望能快速估计出阻尼器的造价,以便将其事先就纳入到工程预算中。为此,本文推导出系统的状态方程,在Matlab环境下编写了程序功能的内核代码,并利用界面开发工具GUIDE设计用户前台界面,最终开发出具备阻尼器参数的优选分析功能的“粘滞阻尼器用于公路梁桥抗震的非线性动力分析程序”,该程序与通用的有限元程序相比,大大地提高了分析效率。以一个实际的公路梁桥为对象,介绍了程序的使用方法,并分析了不同地震水平下阻尼器的减震效果。


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