大跨度悬索桥地震响应及其控制分析

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大跨度悬索桥因其卓越的跨越能力以及优美的造型在近些年得到快速发展。它是一种柔性大、自振周期长的结构。若遇到大震,或地震波的长周期成分与悬索桥自振周期接近时,易产生共振现象,往往对结构的安全形成威胁。以跨度为1490m的润扬长江大桥南汊悬索桥为研究背景,采用ANSYS建立桥梁模型,在进行地震响应分析的基础上,开展基于黏滞阻尼器和软钢阻尼器的大跨度悬索桥的减震控制分析。主要研究内容及结论如下:(1)大跨度悬索桥有限元建模及动力特性分析。采用ANSYS有限元软件建立有无中央扣两种模型分析结构的动力特性,结果表明:含中央扣模型的基频比不含中央扣模型的基频大,中央扣的设置可以适度提高结构的纵向刚度。(2)一致激励下大跨度悬索桥地震响应分析。选用三种不同的地震波,采用多种输入方向组合方式,分别采用上述两种模型,进行一致激励下的地震响应分析,结果表明:响应结果受地震波特性、地震波输入方向的影响;刚性中央扣的设置限制了主梁的纵向位移,提高了结构的纵向刚度,但会增大主梁跨中剪力。(3)考虑行波效应时大跨度悬索桥地震响应分析。选用三种普通地震波和三种长周期地震波,沿主梁纵向输入,采用大质量法对含中央扣的模型进行行波效应分析。结果表明:对于大跨度悬索桥这种柔性结构,长周期地震波产生的地震响应更大;考虑行波效应后,悬索桥地震响应在低视波速区间内波动较大,随着视波速的增大,响应值逐渐接近一致激励的对应值。(4)两种减震装置对大跨度悬索桥的减震效果分析。选用黏滞阻尼器和软钢阻尼器,在长周期地震波纵向输入下,开展了一致激励下和考虑行波效应的大跨度悬索桥减震控制分析,并通过参数敏感性分析给出两种减震装置的最优参数。结果表明:两种减震装置均具有良好的减震效果,但均会在一定程度上增加悬索桥结构的内力,其中软钢阻尼器的减震效果相对更好。
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