基于摩擦摆系统模型的桥梁地震响应

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1、32世界桥梁2010年第1期基于摩擦摆系统模型的桥梁地震响应编译陆树荣(湖州市交通规划设计院，浙江湖州313000)摘要：摩擦摆系统(FPS)是现在世界上广泛用于桥梁加固改造的隔震支座，为评价其在桥梁隔震中的表现，需要建立计算模型来反映这些高度非线性构件之间的相互作用。主要介绍一种新的FPS模型及其建模机理，此模型可以在非线性动力响应分析中更好地反映法向力与摩擦系数的变化，考虑双向耦合以及大变形效应的影响，并给出一个三维多跨连续钢箱梁桥的地震动响应分析实例及分析结果。关键词：桥梁；摩擦摆系统；隔震支座；建模机理；地震响应中图

2、分类号：U442．55；U443．36文献标志码：A文章编号：167l一7767(2010)01—0032～041前言kajima等测试了组合的橡胶滑动支座，总结出若在在新建和加固改造桥梁中，隔震支座是一种比模型中忽略的变化，将会产生较大误差。Jangid较有效的抗震措施。摩擦摆隔震支座依靠其凹曲面进行了SIB的参数影响研究，发现支座的／2值在优和表面摩擦实现减隔震，其由滑块和弧形滑道组成，化桥梁抗震性能中影响较大。Warn和Whittaker滑块中有1个关节，使滑块沿滑道滑动时上部结构的研究得出在桥梁隔震模型中，忽略双向耦

3、合将会保持水平，滑块与滑道之间有摩擦材料，如聚四氟乙导致其力～变形时程偏差较大，并会低估支座的位烯等。该支座由于其特殊的几何构造(见图1)而具移。Almazan和DelaIlera研究得出精确的P一△有位移复原能力。效应有助于估计SIB的弯矩峰值，并强调FPS的位置有助于控制大变形效应的发展趋势。其它研究为寻求FPS的响应机理也做出了很大贡献。然而对于建立FPS模型的4个影响因素来说，它们之间的相互影响却被忽视了。也由于在图1摩擦摆隔震支座构造示意桥梁地震响应计算时缺少对这些因素相互影响的了在恶劣使用条件下FPS表现出的耐久

4、性、更小解，使工程界都采用了偏于保守的设计，大大限制了的安置空间及其对地面运动频谱的低灵敏度使其在这项技术的应用。因此急需对模型的构建机理做出桥梁隔震上得以应用。地震响应下，FPS所表现出更好的阐释。本文在OpenSees中开发了一种3D的高度非线性及各构件之问的相互耦合给试图建立零长非线性有限元单元，综合考虑了上述建模影响其动力特性模型的技术人员提出了极大的挑战。因素，以确保其能弥补既有研究的不足。这些因素FPS的主要建模因素包括：①法向力N；②摩擦系数都被融合到这个非线性零长单元的公式中，并建立；③平面以及双向滑移作用；

5、④大变形效应P—A。了一个隔震多跨连续桥梁的3D模型，从而全面地FPS的响应主要通过简单的双线性力～变形的关考虑了法向力、摩擦系数、水平双向滑动作用、大变系来模拟。大量的理论和实验研究仅是针对某一个形效应以及FPS的安装方向的影响。因素进行研究，而对于FPS模型应用在桥梁隔震上所应达到的精度水平还没有足够的重视。2建模方面一些研究表明，考虑了多种因素影响以后，FPSFPS内力包括结构沿滑道上升而产生的摆动非线性的响应与理想的双线性模型相比存在显著差恢复力和构件与滑动面的摩擦力，。假定变形异。实验发现，随着带滑移装置隔震器的动

6、力响应，较小，则FPS的单向力～变形响应为法向力产生波动。Dicleli研究发现沿着隔震桥梁殳(SIB)桥跨方向安装的FPS因承受不同的恒载会导f=sgn()+(1)致不均匀的横向响应，进而产生过大的位移。Na—收稿日期：2009—10—19编译者简介：陆树荣(1969一)，男，高级工程师，1997年毕业于同济大学道路工程专业，工学学士(E—mail：1x432100@126．corn)。基于摩擦摆系统模型的桥梁地震响应陆树荣33式中，N是滑动面的法向力；R是凹面的半径；是动。平面摩擦力的正交矢量分量为一滑动水平位移；是滑行

7、速度；sgn()是正负号函[厶，厶]，沿着轴和Y轴的矢量分别为厂和f。2种力的相互作用面是圆形的，因此摩擦力的数。图2所示的单向刚塑性滞回模型反映了它们之间的相互关系。钢～聚四氟乙烯滑动面产生的屈服大小为ll-厂ll=~／+，与相等而与平面滑位移为0．06～0．13cm，则图2符合双线性模型。动方向无关。如果，的每个组份都按照公式(1)进该模型基于的假设为：①N值不变；②值不变；③行分解建模，若滑动沿着轴或轴，则Ill为N；在正交方向上的响应是独立的；④变形较小且平滑。若滑动沿着与坐标轴成45。方向，则}}为√2。jCons

8、tantinou延续Park等的工作，提出了一种／二维滞后参数叩一[，]T来估计钢～聚四氟乙烯／Ⅳ滑动表面的厂值。摩擦力的矢量表达式定义为／／fu一叩(5)参数77的变化通过下面的-x~共轭等式确定：一[]一△sVA一-a~rIi]：]s图2FPS系统的单问刚塑性滞回模型式中，和分别为沿着