特殊橋梁抗震設計進行油阻尼系統(tǒng)的研究.pdf

1、大型斜拉橋為減少地震力必須延長結構體之周期，利用拉索無切向勁度的物理特性將橋面板與主塔等提供垂直勁度構件分開為飄浮體系斜拉橋，其固有周期較塔梁固結體系長許多，所受地震力也小許多。飄浮體系會導致梁端和塔頂?shù)目v向位移很大，而且縱向制動力產(chǎn)生的塔底彎矩也很大；如果在飄浮體系斜拉橋的塔梁間增設縱向約束裝置，則能大大改善斜拉橋的動力性能。在大跨度橋梁中，應用較多的縱向約束裝置是液流性粘滯阻尼器，通過給結構提供額外的耗散地震輸入能量的能

2、力來減小地震反應。因此，研究液流性粘滯阻尼器在特殊橋梁之減震特性十分必要。論文將東海大橋粘滯阻尼器參數(shù)研究為藍本，分析附加流體粘滯阻尼器對超大跨度斜拉橋的動力特性之影響，主橋與輔助墩之動力互制影響，分析阻尼器參數(shù)之等效阻尼比及對減震效果的影響。主要研究工作如下：1、各類型粘滯阻尼器之動力學模型，建立阻尼器與彈簧及質(zhì)量體并聯(lián)及串連之數(shù)學模式與解析解，以了解在不同條件下滯回環(huán)之改變，并用以說明速度相依之液態(tài)粘性阻尼器，在作為結

3、構減震時，其力學上的表現(xiàn)非為純粘性。無論為油缸型或剪切型阻尼器多有與作用頻率相關而有不同形式之滯回環(huán)，在高頻常表現(xiàn)出儲存勁度的力學行為，甚至某些速度型阻尼器其存在之慣性是不能忽略的。當采用的阻尼器在很小速度時其阻尼力很大而支撐阻尼器之鋼結構在細長比較大或剛度較低時對阻尼器效能的損失可以阻尼器串聯(lián)彈簧說明。再者，當阻尼器作為兩獨立的結構間之阻尼連桿時，阻尼器的力學行為與相鄰結構之動力特性相關，也可以阻尼器串聯(lián)彈簧及質(zhì)量體之數(shù)學

4、模型說明其動態(tài)反應為本論文首先之探討重點。2、阻尼器非線性行為之等效阻尼比，阻尼器表現(xiàn)為非線性之原因或因為阻尼器本身為非線性行為或為與結構組件、結構體之互制行為，則阻尼器之等效阻尼比與激振頻率及振幅有關，在含非線性行為條件下之結構體計算或識別其等效阻尼比，本文討論在激振頻率分量及相角為隨機過程，等值于非線性系統(tǒng)耗能之線性系統(tǒng)之阻尼比為其等效阻尼比，因此兩系統(tǒng)之速度會有相同之(mean square value)而建立以速度

5、之功率譜密度函數(shù)(power spectrum density function)為基底以計算等效阻尼比。3、相鄰結構體間加裝線性阻尼連桿之減震模式探討，主要討論兩相鄰結構各有不同結構動力特性下加裝阻尼連桿以提高系統(tǒng)內(nèi)之等效阻尼比并減少地震反應。由于加裝阻尼連桿后原結構之動力特性會隨著阻尼連桿之阻尼常數(shù)及其相鄰結構之動力特性不同而相互改變且有不同之減震效果。為了解其動力互制行為以拉氏轉(zhuǎn)換該系統(tǒng)之動力方程式求得轉(zhuǎn)移函數(shù)，再輸入

6、不同頻率之擾動得頻率響應圖，并識別改變之共振頻率及其等效阻尼比。結果顯示結構勁度越高、質(zhì)量越大對一作為阻尼連桿之支撐效果越佳，并可在相對支撐結構特性下求得最佳減震效能之阻尼常數(shù)。以此結論作為漂浮系統(tǒng)之斜拉橋，主梁系統(tǒng)與輔助墩間加裝阻尼連桿關系之探討。4、含非線性阻尼連桿之相鄰結構減震模式探討，某些特殊目的所配置之阻尼連桿可為非線性，采用非線性阻尼連桿之減震模式，主要目的為了解非線性阻尼連桿與線性阻尼連桿之關連，一般工程上采

7、用非線性阻尼器主要為避免非預期地震強度造成阻尼器及外圍構材破壞，并且非線性阻尼在較小運動速度即有相當大的阻尼力可提供較大阻尼比即小地震下有很好的減震效益。兩相鄰結構體系統(tǒng)裝設非線性阻尼連桿時，當支撐系統(tǒng)之勁度較大時及阻尼連桿阻尼比較低時結果與線性系統(tǒng)相當一致。也就是連系非線性參數(shù)與線性參數(shù)之關系非常一致。但在阻尼連桿阻尼常數(shù)較大但等效阻尼比較小處，非線性參數(shù)有較高阻尼比。5、斜拉橋縱向設置粘滯阻尼器參數(shù)分析，在配置線性阻尼

8、器時，對應不同之需求，如位移控制或內(nèi)力控制，有不同之最佳化參數(shù)及不同之配置位置，因此無法僅提供單一最佳化參數(shù)。若僅需考慮主橋與引橋之碰撞問題，所要解決問題僅為地震位移反應，則可將阻尼器配置于主塔與輔助墩位置對地震位移反應量控制最佳，因為阻尼器與輔助墩串聯(lián)而使得輔助墩進入主梁主塔系統(tǒng)，提高其勁度，減少位移反應。阻尼器配置于主塔與主梁位置對地震加速度反應量控制最佳，因此時阻尼器連結同一系統(tǒng)內(nèi)部同之自由度，對系統(tǒng)動力特性(勁度提

9、升)干擾最小，所以加速度反應量控制最佳?？蓪⒆枘崞魉黾又枘崃m當分配至主塔與輔助墩之間，減少單一構件增加內(nèi)力。在配置非線性阻尼器時，與線性參數(shù)等效阻尼比之非線性參數(shù)之頻率響應極為接近，說明等值于線性阻尼器參數(shù)之非線性參數(shù)其減震效果相當一致。因此，在選擇適當之阻尼器參數(shù)，可由地震反應需求，作控制位移與加速度之權重分配，先決定阻尼比，找出合適之線性阻尼常數(shù)范圍，再配合阻尼器適當之速度指數(shù)，求得等值之非線性參數(shù)可以找出最佳化參