结构振动控制在桥梁抗震和抗风设计中的应用

《结构振动控制在桥梁抗震和抗风设计中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、结构振动控制在桥梁抗震和抗风设计中的应用：桥梁抗震设计和抗风设计是两个完整而独立的体系，都是结构振动控制在两个领域的经典应用。较为详细的总结桥梁抗震措施和抗风措施，并且研究结构振动控在桥梁抗震和抗风设计中的应用。　　关键词：振动控制；主动控制；延性设计；阻尼器　　：TU435：A：1671－7597（2011）0310148－01　　　　1绪论　　地震力和风荷载是桥梁结构最主要遭受的自然外力，调查和分析桥梁的震害和风灾及其产生的原因是建立正确的抗震和抗风设计方法，提出有效抗震和抗风措施的科学依据。近30多年来多次大地震使桥梁结构遭受严重破坏，也使得抗震设计理论和设计方

2、法不断完善和发展。　　采取何种经济、高效、可靠的措施来减小风荷载和地震造成的影响，保证桥梁结构的安全，是摆在广大工程技术人员和科研工面前的一个现实的、值得研究的课题。本文从结构振动控制机理出发来详细论述抗震与抗风控制，总结目前比较常用的桥梁抗震与抗风控制措施，希望能为工程人员去挑选合理的抗震与抗风措施做出指导。　　2结构振动控制理论　　结构抗击动荷载的设计，一直是结构设计的重要部分。最初的设计方法以“抗”为主，即措施：强度设计，保持结构在动荷载下是线弹性。　　随着振动控制理论的发展，特别是疏导能量的角度来看，产生了很多其他的抵抗振动荷载的控制措施，以下用一个单自由度振

3、动方程来展开说明。无论结构多么复杂，都可以分解抽象为下面的动力学模型：　　Mx1+Cx2+Kx3=F　　在上式中M、C、K分别为结构的质量、阻尼和刚度：x1、x2、x3分别为结构反应的位移、速度和加速度；F为外来冲击荷载。　　结构控制的目的就是减少结构在外部荷载下的振动响应值x1、x2、x3，从方程式中可以看出，振动响应值跟结构的质量、阻尼、刚度及其它们的分布以及外部荷载有紧密关系，于是就产生了以下控制措施：　　l）调整结构质量M及分布，目前研究较少，而且不容易做到；2）引入辅助系统，增加结构的阻尼系数C；3）改变刚度系数K，采取各种变刚度控制；4）减小外来的能量F，

4、如抗震上的隔振和抗风上的气动措施；5）主动控制；通过输入能量来抵消外部能量输入。相比之下，不需要输入外力作用的控制都是被动控制。另外还有半主动控制和混合控制。　　3基于结构振动控制理论的桥梁抗震控制措施　　在桥梁某些部位设置阻尼消能装置，通过其局部变形提供附加阻尼，以耗散或吸收地震输入结构中的能量，减小主体结构地震反应，达到预期防震的目的。　　3.1摩擦耗能阻尼器。摩擦耗能阻尼器是由金属摩擦片在一定的预紧力下组成的、能够产生滑动和摩擦力的机构。工作原理为：结构变形带动摩擦耗能阻尼器滑动，利用滑动摩擦力做功来耗散能量，达到减振目的。摩擦耗能阻尼器可以提供较大的附加阻尼，

5、具有很好的耗能能力，而且性能不受温度影响，构造简单，制作方便，造价较低，工程应用前景很好，目前主要用于结构抗震中。摩擦耗能阻尼器得到了各国学者的深人研究，滑动摩擦型支座正是应用摩擦耗能阻尼器在国内外多座桥梁得到应用。但一般的摩擦耗能阻尼器存在着锁紧力单一不变的弊端，使得不能满足不同强度地震的耗能要求，为此开发出了多级摩擦阻尼器。　　3.2粘性阻尼器。粘性阻尼器是速度相关性阻尼器，包括粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器两大类：粘弹性阻尼器的工作原理是利用粘弹性材料的剪切变形来耗散结构振动能量，其中粘弹性材料一般为高分子聚合物。将粘弹性材料粘贴在两块钢板之间，当结构振动时带动钢板发

6、生相对位移，使粘弹性材料产生剪切变形而耗能。　　粘滞耗能器有两种类型，一是缸式粘滞阻尼器，另一种是剪切型粘滞阻尼器。缸式粘滞阻尼器一般由缸筒、活塞、阻尼孔、阻尼材料和导杆等部分组成，活塞在缸筒内做往复运动，活塞上开有适量小孔作为阻尼孔，缸筒内装满流体阻尼材料。当活塞与缸筒之间发生相对运动时，由于活塞前后的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔中通过，从而产生阻尼力。振动控制的机理是将结构的部分振动能量通过阻尼器中粘滞流体阻尼材料的粘滞耗能耗散掉，达到减小结构地震或风振反应的目的。　　3.3金属阻尼器。利用金属材料良好的塑性滞回性能，可以制造出满足工程需要的耗能阻尼器，这些阻尼器

7、性能稳定，受环境温度影响小。目前研究和开发的金属阻尼器主要有钢阻尼器、铅阻尼器。　　3.3.1钢阻尼器。钢阻尼器一般由软钢制成，多采用矩形、三角形或锥形的软钢板，将其多块联结后安装在结构中，利用层间相对变形使钢板屈服而耗能，是一种位移相关型。钢阻尼器是一种理想的耗能装置，可以有效地减少建筑结构的地震反应。到目前为止各国己经开发出各种软钢阻尼器，并在实际工程中得到应用。　　3.3.2铅阻尼器。铅阻尼器是一种耗能性能优越、制作方便、构造简单的耗能减震装置，可以应用丁隔震结构或一般耗能减震建筑，也可以用于结构的风振控制。铅阻尼器主要有以下几类：　　l）铅挤