基于碰撞调谐质量阻尼器的矮塔斜拉桥减震研究
发布时间：2021-01-15 21:47
以一座矮塔斜拉桥为研究对象,分析碰撞调谐质量阻尼器对于该结构的抑震效果。首先介绍了新型碰撞调谐质量阻尼器（Pounding Tuned Mass Damper,PTMD）的减震机理及基于接触单元的非线性碰撞力模型;之后,通过ANSYS软件中的APDL语言实现了PTMD减震系统的时域分析方法,并通过三条实际地震记录验证了PTMD的抑震效果。数值分析结果表明:（1）传统调谐质量阻尼器（tuned mass damper, TMD）及新型PTMD对于矮塔斜拉桥的位移、加速度及塔身弯矩响应均有较好的抑制效果;（2） PTMD相比传统TMD多了一种碰撞耗能模式,其减震效果略高于传统TMD。
【文章来源】：世界地震工程. 2020,36(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
大连长山矮塔斜拉桥立面布置
基于ANSYS软件建立了大连长山矮塔斜拉桥的有限元模型。其中:桥梁主梁、索塔和桥墩均采用空间梁单元BEAM188模拟; 斜拉索采用只考虑轴力的空间杆单元LINK10模拟; 桥面二期恒载以集中质量的形式分布在主梁的节点上,集中质量采用MASS21质量单元模拟;根据该桥梁设计图纸,塔-梁连接处耦合全部自由度,边墩与主梁连接处只耦合横桥向和垂直方向的位移以及顺桥方向的转角[19]。表1 桥梁前10阶模态Table 1 First 10 modes of the bridge 阶数 频率 振型描述 1 0.251 纵向飘移 2 0.459 主梁一阶对称竖向弯曲 3 0.655 主梁一阶对称横向弯曲 4 0.732 主梁一阶反对称竖向弯曲 5 0.754 主塔一阶异向外侧弯曲 6 0.774 主塔一阶同向外侧弯曲 7 0.977 1#塔对称内侧弯曲 8 0.977 2#塔对称外侧弯曲 9 0.995 主梁一阶反对称横向弯曲 10 1.001 主梁二阶对称竖向弯曲
如图3所示,传统TMD的调谐质量m2可以产生一个与受控主结构m1同频的惯性力,该惯性力总是指向平衡位置,因此可以抑制主结构的地震响应。从能量角度看:调谐质量m2从主结构中吸收了部分动能,从而减小了主结构的动力响应。PTMD是在调谐质量m2两侧增加限位装置,其具有二种减震机理:当结构振幅较小时,m2振幅同样较小,此时PTMD退化为传统TMD,通过吸振方式降低主结构振动;当主结构振动较大时,PTMD中的m2会撞击在两侧限位装置上,通过碰撞进一步耗散地震动能。相比于传统TMD,新型PTMD具有多种耗能方式,因此减震效果更好。2.2 PTMD数值模拟方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑行波效应的大跨度矮塔斜拉桥耐震时程分析[J]. 沈禹,谈华顺,王献挚,李建中. 工程力学. 2020(03)
[2]高铁矮塔斜拉桥减隔震装置性能对比研究[J]. 全伟,白士杰,包龙生. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2020(02)
[3]基于粘滞阻尼器的元江大桥减震设计方案[J]. 郑久建,刘晓丰,申现龙,雷大根. 世界地震工程. 2018(03)
[4]双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究[J]. 黄宇辰. 世界地震工程. 2018(01)
[5]大跨度斜拉桥近断层地震响应及减震效果分析[J]. 李永斌. 世界地震工程. 2017(02)
[6]钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析[J]. 王海良,王世广,刘中宪,黄磊. 世界地震工程. 2017(02)
[7]矮塔斜拉桥隔震研究[J]. 刘永忠. 公路交通科技(应用技术版). 2016(08)
[8]矮塔斜拉桥纵桥向抗震性能及减隔震体系研究[J]. 庄鑫. 山东交通科技. 2016(01)
[9]大连长山大桥设计综述[J]. 刘建,屈国,沈光玉,王吉英. 北方交通. 2011(06)
本文编号：2979569
【文章来源】：世界地震工程. 2020,36(04)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
大连长山矮塔斜拉桥立面布置
基于ANSYS软件建立了大连长山矮塔斜拉桥的有限元模型。其中:桥梁主梁、索塔和桥墩均采用空间梁单元BEAM188模拟; 斜拉索采用只考虑轴力的空间杆单元LINK10模拟; 桥面二期恒载以集中质量的形式分布在主梁的节点上,集中质量采用MASS21质量单元模拟;根据该桥梁设计图纸,塔-梁连接处耦合全部自由度,边墩与主梁连接处只耦合横桥向和垂直方向的位移以及顺桥方向的转角[19]。表1 桥梁前10阶模态Table 1 First 10 modes of the bridge 阶数 频率 振型描述 1 0.251 纵向飘移 2 0.459 主梁一阶对称竖向弯曲 3 0.655 主梁一阶对称横向弯曲 4 0.732 主梁一阶反对称竖向弯曲 5 0.754 主塔一阶异向外侧弯曲 6 0.774 主塔一阶同向外侧弯曲 7 0.977 1#塔对称内侧弯曲 8 0.977 2#塔对称外侧弯曲 9 0.995 主梁一阶反对称横向弯曲 10 1.001 主梁二阶对称竖向弯曲
如图3所示,传统TMD的调谐质量m2可以产生一个与受控主结构m1同频的惯性力,该惯性力总是指向平衡位置,因此可以抑制主结构的地震响应。从能量角度看:调谐质量m2从主结构中吸收了部分动能,从而减小了主结构的动力响应。PTMD是在调谐质量m2两侧增加限位装置,其具有二种减震机理:当结构振幅较小时,m2振幅同样较小,此时PTMD退化为传统TMD,通过吸振方式降低主结构振动;当主结构振动较大时,PTMD中的m2会撞击在两侧限位装置上,通过碰撞进一步耗散地震动能。相比于传统TMD,新型PTMD具有多种耗能方式,因此减震效果更好。2.2 PTMD数值模拟方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑行波效应的大跨度矮塔斜拉桥耐震时程分析[J]. 沈禹,谈华顺,王献挚,李建中. 工程力学. 2020(03)
[2]高铁矮塔斜拉桥减隔震装置性能对比研究[J]. 全伟,白士杰,包龙生. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2020(02)
[3]基于粘滞阻尼器的元江大桥减震设计方案[J]. 郑久建,刘晓丰,申现龙,雷大根. 世界地震工程. 2018(03)
[4]双向地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥纵向地震碰撞反应研究[J]. 黄宇辰. 世界地震工程. 2018(01)
[5]大跨度斜拉桥近断层地震响应及减震效果分析[J]. 李永斌. 世界地震工程. 2017(02)
[6]钢管混凝土空间组合桁架连续梁桥地震响应影响分析[J]. 王海良,王世广,刘中宪,黄磊. 世界地震工程. 2017(02)
[7]矮塔斜拉桥隔震研究[J]. 刘永忠. 公路交通科技(应用技术版). 2016(08)
[8]矮塔斜拉桥纵桥向抗震性能及减隔震体系研究[J]. 庄鑫. 山东交通科技. 2016(01)
[9]大连长山大桥设计综述[J]. 刘建,屈国,沈光玉,王吉英. 北方交通. 2011(06)
本文编号：2979569
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