一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系及其设计方法与流程

本发明涉及桥梁结构振动控制领域，具体涉及一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系及其设计方法。

背景技术：

1、近年来，联塔结构桥梁发展势头迅猛，具有代表性的是联塔斜拉桥，目前该类桥梁在国内已初具建设规模，一方面是由于联塔结构桥梁能最大限度的满足日益增长的交通量需求，另一方面是该结构形式能够节约工程的总造价。

2、联塔结构一般是共用基础与承台，具有质量大、刚度大的特点，协同工作需要较大的连接刚度与承载能力；但如果联塔结构桥梁处于高烈度地震区，联塔结构还需要进行减震设计，以耗散地震动输入的能量，保护联塔结构桥梁不致受到严重损坏。

3、因此需要设计一套阻尼体系，使其在小震作用下给联塔结构提供较大的弹性连接刚度，同时在大震作用下又能快速进行往复耗能。但相关技术中，目前应用于联塔桥梁的阻尼器，如黏滞流体阻尼器等其它类型阻尼器达不到大吨位阻尼器的要求，如500t级以上的阻尼力，难以满足结构间的大阻尼力、大弹性刚度及小位移耗能的技术要求。

技术实现思路

1、本申请提供一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系及其设计方法，以解决相关技术中现有阻尼器难以满足结构间大阻尼力、大弹性刚度及小位移耗能的技术要求的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，所述横向大吨位阻尼体系包括设置于联塔结构之间的多台交叉布置的屈曲约束支撑阻尼器，所述屈曲约束支撑阻尼器包括屈曲构件以及套设于所述屈曲构件的约束套筒，所述屈曲构件包括核心段、位于所述核心段两端的过渡段、以及位于所述过渡段两端的连接段；

3、所述横向大吨位阻尼体系的设计方法包括以下步骤：

4、获取所述联塔结构在e1和e2地震作用下的内力响应值，以确定所述横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度k和屈服力f；

5、根据所述横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度k和屈服力f确定单台所述屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值k1和屈服力目标值f1；

6、基于所述屈曲约束支撑阻尼器中屈曲构件的参数，确定所述屈曲约束支撑阻尼器的总刚度k′1，调整所述屈曲构件中核心段、过渡段、连接段的长度，使得单台所述屈曲约束支撑阻尼器的总刚度k′1在设定偏差范围内。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，基于所述屈曲约束支撑阻尼器中屈曲构件的参数，确定所述屈曲约束支撑阻尼器的总刚度k′1包括：

8、获取所述屈曲构件的参数，其包括所述屈曲构件的总长、以及所述核心段、过渡段、连接段的长度和截面积；

9、基于所述屈曲构件的参数确定所述屈曲约束支撑阻尼器的柔度f；

10、计算公式为：

11、其中，f0为单位力；e为弹性模量；l1为核心段的长度；l2为过渡段的长度；l3为连接段的长度；a1为核心段的截面积；a为过渡段面积变化率；a3为连接段的截面积；

12、根据所述屈曲约束支撑阻尼器的柔度f确定所述屈曲约束支撑阻尼器的总刚度k′1；

13、计算公式为：

14、结合第一方面，在一种实施方式中，所述连接段的截面积a3与所述核心段的截面积a1的比值范围为1.8～2.1。

15、结合第一方面，在一种实施方式中，获取所述联塔结构在e1和e2地震作用下的内力响应值时，基于数值模拟进行地震反应分析，以在e1地震作用下所述横向大吨位阻尼体系处于弹性状态、在e2地震作用下所述横向大吨位阻尼体系屈服耗能为原则。

16、结合第一方面，在一种实施方式中，所述根据所述横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度k和屈服力f确定单台所述屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值k1和屈服力目标值f1包括：

17、根据所述横向大吨位阻尼体系的屈服力f和单台所述屈曲约束支撑阻尼器的屈服力限值确定所述屈曲约束支撑阻尼器的台数n；

18、根据所述屈曲约束支撑阻尼器的台数n和所述联塔结构的空间布置确定交叉布置的所述屈曲约束支撑阻尼器的空间位置，获取所述屈曲约束支撑阻尼器的轴向与竖向的夹角α、以及所述屈曲构件的总长；

19、计算单台所述屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值k1和屈服力目标值f1；

20、计算公式为：

21、k1＝k/ncos2α；f1＝f/ncosα。

22、结合第一方面，在一种实施方式中，所述横向大吨位阻尼体系的设计方法还包括：

23、基于单台所述屈曲约束支撑阻尼器的屈服力目标值f1确定所述约束套筒的壁厚、以及填充于所述屈曲构件和所述约束套筒之间的填充材料。

24、第二方面，本申请实施例提供一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系，联塔桥梁横向大吨位阻尼体系由上述任一项所述的设计方法制作得到；

25、所述横向大吨位阻尼体系包括设置于联塔结构之间的多台交叉布置的屈曲约束支撑阻尼器，所述屈曲约束支撑阻尼器包括屈曲构件以及套设于所述屈曲构件的约束套筒，所述屈曲构件包括核心段、位于所述核心段两端的过渡段、以及位于所述过渡段两端的连接段。

26、结合第二方面，在一种实施方式中，所述屈曲约束支撑阻尼器还包括覆盖所述屈曲构件表面的无粘结层，所述无粘结层包括覆盖所述屈曲构件表面的橡胶底层、和覆盖所述橡胶底层表面的无粘结薄层。

27、结合第二方面，在一种实施方式中，所述过渡段的表面设有位移压缩层，所述位移压缩层的长度不小于所述屈曲约束支撑阻尼器的极限位移设定倍数。

28、结合第二方面，在一种实施方式中，所述位移压缩层包括覆盖所述过渡段表面的发泡层、以及覆盖所述发泡层的金属层，所述金属层与所述核心段固定连接。

29、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

30、本申请提供一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，采用多对屈曲约束支撑阻尼器协同工作，先根据联塔结构在e1和e2地震作用下的内力响应值确定阻尼体系的竖向弹性刚度和屈服力，再确定单台屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值和屈服力目标值，最后通过调整屈曲构件中核心段、过渡段、连接段的长度，使得单台屈曲约束支撑阻尼器的总刚度在设定偏差范围内。本实施例提供的方法具有简单易行的流程，通过调整屈曲构件的各段长度使得总刚度很容易满足设定偏差范围，设计出的横向大吨位阻尼体系既能够为联塔结构提供较强的横向连接刚度，又能通过结构的屈曲来耗散地震能量，进入屈服阶段位移小，屈服后耗散能量大，从而有效地满足了联塔结构桥梁对结构间大阻尼力、大弹性刚度及小位移耗能的技术要求，开辟了500t级以上阻尼力的大吨位阻尼器的技术领域。

技术特征：

1.一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，所述横向大吨位阻尼体系包括设置于联塔结构之间的多台交叉布置的屈曲约束支撑阻尼器，所述屈曲约束支撑阻尼器包括屈曲构件(1)以及套设于所述屈曲构件(1)的约束套筒(2)，所述屈曲构件(1)包括核心段(11)、位于所述核心段(11)两端的过渡段(12)、以及位于所述过渡段(12)两端的连接段(13)；

2.如权利要求1所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，基于所述屈曲约束支撑阻尼器中屈曲构件(1)的参数，确定所述屈曲约束支撑阻尼器的总刚度k1′包括：

3.如权利要求2所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，所述连接段(13)的截面积a3与所述核心段(11)的截面积a1的比值范围为1.8～2.1。

4.如权利要求1所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，获取所述联塔结构在e1和e2地震作用下的内力响应值时，基于数值模拟进行地震反应分析，以在e1地震作用下所述横向大吨位阻尼体系处于弹性状态、在e2地震作用下所述横向大吨位阻尼体系屈服耗能为原则。

5.如权利要求1所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，所述根据所述横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度k和屈服力f确定单台所述屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值k1和屈服力目标值f1包括：

6.如权利要求1所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，其特征在于，所述横向大吨位阻尼体系的设计方法还包括：

7.一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系，其特征在于，所述联塔桥梁横向大吨位阻尼体系由权利要求1-6任一项所述的设计方法制作得到；

8.如权利要求7所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系，其特征在于，所述屈曲约束支撑阻尼器还包括覆盖所述屈曲构件(1)表面的无粘结层(4)，所述无粘结层(4)包括覆盖所述屈曲构件(1)表面的橡胶底层、和覆盖所述橡胶底层表面的无粘结薄层。

9.如权利要求7所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系，其特征在于，所述过渡段(12)的表面设有位移压缩层(121)，所述位移压缩层(121)的长度不小于所述屈曲约束支撑阻尼器的极限位移设定倍数。

10.如权利要求9所述的联塔桥梁横向大吨位阻尼体系，其特征在于，所述位移压缩层(121)包括覆盖所述过渡段(12)表面的发泡层、以及覆盖所述发泡层的金属层，所述金属层与所述核心段(11)固定连接。

技术总结
本申请涉及一种联塔桥梁横向大吨位阻尼体系的设计方法，包括：获取联塔结构在E1和E2地震作用下的内力响应值，以确定横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度和屈服力；根据横向大吨位阻尼体系的竖向弹性刚度和屈服力确定单台屈曲约束支撑阻尼器的轴向刚度目标值和屈服力目标值；基于屈曲约束支撑阻尼器中屈曲构件的参数，确定屈曲约束支撑阻尼器的总刚度，调整屈曲构件中核心段、过渡段、连接段的长度，使得单台屈曲约束支撑阻尼器的总刚度在设定偏差范围内。本申请提供的方法具有简单易行的流程，通过调整屈曲构件的各段长度使得总刚度很容易满足设定偏差范围，设计出的横向大吨位阻尼体系既能够为联塔结构提供较强的横向连接刚度，又能通过结构的屈曲来耗散地震能量，有效满足联塔结构桥梁对结构间大阻尼力、大弹性刚度及小位移耗能的技术要求。

技术研发人员：王朝,刘鹏飞,杨林,吕江,谢世达,李东超,盛能军,尹琪,耿跃跃,荆国强
受保护的技术使用者：中铁桥研科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29