一种斜置式桥梁抗震阻尼器及其参数优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及桥梁抗震技术领域，具体涉及一种斜置式桥梁抗震阻尼器及其参数优 化方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国桥梁设计建造技术的发展和经济发展的需要，大跨度桥梁被大量修建； 斜拉桥是大跨度桥梁的首选方案之一，为了延长桥梁结构的周期，降低塔柱在地震作用下 的内力，全漂浮体系斜拉桥应用越来越广泛。但是，由于全漂浮体系斜拉桥的约束较少，斜 拉桥的主梁在地震作用下的纵桥向和横桥向位移较大，因此需要采取相应的措施控制主梁 在地震作用下的纵桥向和横桥向位移。
[0003] 以下分别介绍4种现有的控制主梁在地震作用下的纵桥向和横桥向位移的装置及 缺陷：
[0004] (1)授权公告号为"CN102628252B"的中国发明专利公开了一种用于桥梁抗震的速 度锁定装置，该专利中的速度锁定器在正常荷载下不发挥作用，允许桥梁结构位移;速度锁 定器在强震等突发荷载作用下临时锁定，避免桥梁结构产生大位移。但是，该专利只能适用 于中小跨径的桥梁，若用在大跨度桥梁上，强震作用下无法发挥阻尼耗能的作用，速度锁定 器在塔-梁连接处将产生巨大的作用力，不利于结构抗震。
[0005] (2)公告号为"CN204370296U"的中国实用新型公开了一种提高梁桥横向抗震性能 的桥墩-盖梁构造，该专利在桥梁的盖梁内设置粘滞阻尼器，粘滞阻尼器一端连接桥墩，另 一端固定在盖梁内部，进而有效提高桥梁的横向抗震性能。但是，该专利的粘滞阻尼器只能 控制墩-梁之间的横桥向位移，无法控制墩-梁之间的纵桥向位移。
[0006] (3)目前，在大跨度桥梁抗震措施中，应用最广泛的为抗震粘滞阻尼器(例如希腊 的Rion-Antirion桥）。横桥向设置带限位的粘滞阻尼器，桥梁日常运营阶段时，主梁横向被 约束;发生地震时，限位装置破坏，粘滞阻尼器发生耗能减振作用。但是，该方法无法控制主 梁的纵桥向位移，且横向阻尼约束体系需要适应主梁纵桥向的位移变化，进而使得结构比 较复杂。
[0007] (4)苏通大桥的塔梁之间不设竖向支座，纵向设置带限位的粘滞阻尼器，横桥向设 置有抗风支座。发生地震时，粘滞阻尼器会约束该大桥主梁的纵桥向位移;但是，塔柱的横 向地震力会较大，而且横向抗风支座需要适应主梁纵向位移变化，进而使得横向抗风支座 的构造设计具备一定难度。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜置式桥梁抗震阻尼器 及其参数优化方法。本发明在桥梁发生横向地震作用和纵向地震作用时，斜置式桥梁抗震 阻尼器均能够起到阻尼耗能作用，进而达到仅用一套斜置式桥梁抗震阻尼器同时控制纵、 横向地震作用的效果。
[0009]为达到以上目的，本发明提供的斜置式桥梁抗震阻尼器的参数优化方法，包括以 下步骤：
[0010] si:建立桥梁动力有限元模型，根据桥梁动力有限元模型计算得到桥梁的横向地 震动力响应结果和纵向地震动力响应结果，转到S2;
[0011] S2:根据横向地震动力响应结果，优化出1个斜置式桥梁抗震阻尼器的横向等效阻 尼系数Ct;根据纵向地震动力响应结果，优化出1个斜置式桥梁抗震阻尼器的纵向等效阻尼 系数C1;根据横向地震动力响应结果或纵向地震动力响应结果，优化出1个斜置式桥梁抗震 阻尼器的和速度指数α，转到S3;
[0012] S3:根据横向等效阻尼系数Ct、纵向等效阻尼系数Q和速度指数α，计算得到斜置式 桥梁抗震阻尼器的斜置夹角β;根据Ct和α、或者根据&和〇，计算得到斜置式桥梁抗震阻尼器 的阻尼参数C;转到S4;
[0013] S4:判断斜置式桥梁抗震阻尼器根据横向等效阻尼系数Ct、纵向等效阻尼系数Q、 速度指数α、阻尼参数C和斜置夹角β设计时，是否满足实际桥梁设计需求，若是，输出横向等 效阻尼系数Ct、纵向等效阻尼系数Q、速度指数α、阻尼参数C和斜置夹角β的取值;否则重新 执行S2。
[0014] 在上述技术方案的基础上，S3中所述斜置夹角邱勺计算公式为
所述阻尼参数C根据Ct和α计算得出时，计算公式为:Ct = C · (Sini3)1+a;阻尼参数C根据CjPa 计算得出时，计算公式为:Ci = C · (cosP)1+a。
[0015] 在上述技术方案的基础上，S4之后还包括以下步骤：
[0016] S5:根据桥梁的主梁纵向远离桥塔的极限位置、主梁横向远离桥塔的极限位置，计 算得出斜置式桥梁抗震阻尼器的最大轴向位移Amax;根据主梁纵向靠近桥塔的极限位置、 主梁横向靠近桥塔的极限位置，计算得出斜置式桥梁抗震阻尼器的最小轴向位移A minJ| 据主梁纵向靠近桥塔的极限位置、主梁横向远离桥塔的极限位置，计算得出斜置式桥梁抗 震阻尼器的端部水平角度变化最大值A 0max;根据主梁纵向远离桥塔的极限位置、主梁横向 靠近桥塔的极限位置，计算得出斜置式桥梁抗震阻尼器的端部水平角度变化最小值A 0min， 转到S6;
[0017] S6:确定斜置式桥梁抗震阻尼器的轴向位移变化行程（Amax，Amin)和端部水平角 度变化范围（Δ 0max，Δ 0min)，斜置式桥梁抗震阻尼器的构造设计需要适应（Amax，Amin)和 (A 9max，A 9min) 〇
[0018] 在上述技术方案的基础上，所述Amax的计算公式为：Amax=lmax-l〇,其中l max为斜 置式桥梁抗震阻尼器与桥塔连接端至主梁连接端的最大距离，1〇为斜置式桥梁抗震阻尼器 与桥塔连接端至主梁连接端的初始距离；
[0019]所述Λ證的计算公式为：Δ min= lmin-l〇，其中1臟为斜置式桥梁抗震阻尼器与桥塔 连接端至主梁连接端的最小距离；
[0020] 所述Δ 0max的计算公式为：Δ 0max=0max-0Q，其中0max为斜置式桥梁抗震阻尼器的轴 线与桥梁纵向的最大夹角，θ〇为斜置式桥梁抗震阻尼器的轴线与桥梁纵向的初始夹角；
[0021] 所述Δ 0min的计算公式为：Δ 0min=0min-0Q，其中0max为斜置式桥梁抗震阻尼器的轴 线与桥梁纵向的最小夹角。
[0022] 在上述技术方案的基础上，S1中所述横向地震动力响应结果为桥梁在横向+竖向 的地震作用下的动力响应结果，所述纵向地震动力响应结果为桥梁在纵向+竖向的地震作 用下的动力响应结果。
[0023] 本发明提供的斜置式桥梁抗震阻尼器，所述斜置式桥梁抗震阻尼器的横向等效阻 尼系数Ct、纵向等效阻尼系数&、速度指数α、阻尼参数C和斜置夹角β均上述斜置式桥梁抗震 阻尼器的参数优化方法得出。
[0024] 在上述技术方案的基础上，所述斜置式桥梁抗震阻尼器在桥梁上设计时，桥梁的 桥塔处纵、横对称设置有4套斜置式桥梁抗震阻尼器。
[0025] 在上述技术方案的基础上，所述斜置式桥梁抗震阻尼器的端部水平设置有球铰， 球铰的面外转动角度变化范围大于斜置式桥梁抗震阻尼器平面外角度变化范围；水平放置 的球铰能够适应斜置式桥梁抗震阻尼器在水平运动过程中端部平面内角度的变化。
[0026] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0027] (1)本发明能够通过桥梁的地震响应动力有限元分析，设计和优化斜置式桥梁抗 震阻尼器相应的参数，进而使得斜置式桥梁抗震阻尼器的轴线与桥梁的纵横向均呈一定夹 角。与现有技术中只能控制墩-梁之间的横桥向位移或纵桥向位移相比，本发明在横向地震 作用下，桥塔(墩)与主梁发生横向相对运动时，该横向相对运动的速度会在斜置式桥梁抗 震阻尼器的轴线上产生分量，斜置式桥梁抗震阻尼器在速度分量的作用下会产生阻尼力， 进而控制主梁横向的地震动力响应。本发明在纵向地震作用下，桥塔(墩)与主梁发生纵向 相对运动时，该纵向相对运动的速度会在斜置式桥梁抗震阻尼器的轴线上产生分量，斜置 式桥梁抗震阻尼器在速度分量的作用下会产生