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与设计
徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析
黄庭森
中铁第五勘察设计院集团有限公司北京
(,102600)
摘要:通过对不同体系抗震设计经济成本不同减震措施的减震率粘滞阻尼器参数等方面进行研究分析
、、,
确定徐盐高速铁路新洋港大桥合理经济的抗震设计方案为今后类似斜拉桥的抗震设计提供参考研究结
、,。
果表明结合桥址地质条件支承体系抗震设计相关成本为半漂浮体系的倍左右粘滞阻尼器对塔底弯矩
:,;
及梁端位移的减震率均在以上而摩擦摆支座减震率仅在左右对粘滞阻尼器进行了参数分析塔
40%,10%;,
底弯矩阻尼系数曲线存在拐点塔底弯矩先减小后增大梁端纵向位移与阻尼系数呈负相关关系与阻尼指
-,;,
α
数呈正相关关系综合生产条件及经济成本考虑建议粘滞阻尼器参数选为C-1阻
。,=4000kN·(m·s),
尼指数α
=。
关键词:高速铁路斜拉桥结构体系减震措施粘滞阻尼器参数
;;;;
DOI
:.
中图分类号:文献标识码:文章编号:
-3953(2021)01-0030-005
现代斜拉桥起步于世纪年代其跨越能抗震设计方案
2030,。
力大造型美观施工方便逐步在世界范围内获得
、、,主桥设计
了较大的发展国内铁路斜拉桥起步较晚但发展迅1
。
速世纪以来先后设计和建造了武汉天心洲长江徐盐新洋港斜拉桥采用
,21(72+96+312+96+
大桥主跨韩家沱长江大桥主跨双塔双索面钢桁斜拉桥全长含梁
(504m)、(432m)、72)m,(
沪通长江大桥主跨等余座铁路和公缝主梁采用双主桁三角形桁式的钢桁结构节
(1092m)40)。、,
铁两用斜拉桥由于斜拉桥结构复杂且大跨斜拉间距桁高两主桁中心距桥塔采
。,12m,14m,15m;
桥一般都是铁路全线的控制性工程一旦在地震中用花瓶状结构塔高主塔每侧设对拉索
,,129m,12;
遭到破坏其损伤修复困难将会造成巨大的经济损主桥边墩和辅助墩均采用拱形双柱式门式墩主桥
,,。
失和社会影响因此对于大跨度铁路斜拉桥的抗桥面布置见图
。,1。
震性能及减隔震技术的研究显得尤为重要国内学72963129672
。!"#$
者对大跨度铁路斜拉桥的地震响应进行了相关研
究[1-4]从地震响应角度表明大跨公铁两用斜拉桥宜
,%&'(
)*+
采用半漂阻尼体系并应综合考虑地震及列车制1031,1032,
+,
动作用选取阻尼器参数但针对高速铁路大跨度钢
。图1桥式布置(单位:m)
桁梁斜拉桥在基于地震响应及经济成本下的体系
,
比选不同减震措施比选粘滞阻尼器参数分析等方两种体系地震响应分析
、、2
面的研究相对较少本文以徐盐铁路主跨
。312m半漂浮体系为塔墩固结塔梁分离塔处主梁设
的新洋港斜拉桥为背景采用非线性时程分析方法,,
,,竖向支座其他墩上的支座均不约束纵向位移的结
对不同地震烈度下半漂浮体系支承体系结构的地,
、构体系采用半漂浮体系时主塔及基础的内力响
震响应摩擦摆支座与粘滞阻尼器的减震效果粘滞。,
,,应较小但梁端位移响应较大结构纵向位移通常不
阻尼器参数对抗震性能的影响等方面进行了研究分,,
能满足设计要求一般需采取相关减震措施来限制
析根据研究成果确定了新洋港斜拉桥合理经济的,
,、结构纵向位移
。
支承体系为塔墩固结塔梁分离对于双塔三跨
收稿日期:,,
2020-09-22
作者简介:黄庭森男助理工程师主要从事桥梁设计结构在其中一个塔处支座设置纵向位移约束其他
(1994—),,,,,
工作墩上的支座均不约束纵向位移采用支承体系时
。******@。,
万方数据国防交通工程与技术302021年1月19,(01)
·研究与设计·徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析黄庭森
梁端位移响应较小但支座纵向水平力桥塔及基础支座其余边墩辅助墩及塔梁间均设竖向横向约
,、,、、
的内力响应较大导致支座需特殊设计基础规模束纵向活动
,,,。
。
《
基于有限元程序采用非线性时程分报告提供的地震动参数本文选取峰值加速度分别
MIDAS,》,
,、()、0052、0100、0156(
。、,)、0250()5
,。(0020、01000156
3638,96、5492、),0052、0156、
2160、6。,02502。2
其边墩辅助墩及塔梁间均设竖向横向约束纵向同峰值加速度的地震动激励下桥塔塔底弯矩梁端
、、,,、
活动支承系模型在号主塔塔梁处设置固定纵向位移结果见表和图图所示
。,103113~4。
g
g
/
/
/
&
&
&
%
%
%
$--
$
-$
--
-
-
-
--
051015202530354045051015202530354045051015202530354045
"#/s"#/s"#/s
(a)'()(b)'()(c)'()
图2地震波时程曲线
表1两种体系在不同地震波PGA下的结构响应
峰值地面加塔底弯矩梁端纵向位移支撑体系塔梁固定
/(kN·m)/m
速度g半漂浮体系支承体系半漂浮体系支承体系支座水平力
PGA//kN
)+!:
m#$%&';
m
*:/
,-./0;%
6
·
3)*&'
+06%
4
N23/0
0
k
6
"
(
3
/+06
!
5
&
+
4
%
/
$+05
.
#
+
+,-PGA/g
'()PGA/g
图3塔底纵向弯矩(单位:kN·m)图4梁端纵向位移(单位:m)
由表图图可以看出各级地震作用下从地震响应分析可以看出半漂浮体系和支承
1、3~4,,,
支承体系塔底弯矩较半漂浮体系最大增大约体系各有利弊半漂浮体系塔底弯矩较小但需要设
,:,
46%置纵向阻尼器约束地震作用下梁部纵向位移同时
半漂浮体系梁端纵向位移较支承体系最大增大约,
半漂浮体系有效降低了塔底弯矩但梁部地需设置大位移梁端伸缩装置支承体系地震位移响
360%;,;
震位移响应较大应较小但较大的支座水平力和塔底弯矩将导致支
。,
、。
万方数据国防交通工程与技术312021年1月19,(01)
·研究与设计·徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析黄庭森
按照本桥孔跨布置两种体系主桥两端均需设隔震装置及大位移梁端伸缩装置的费用远低于增加
,
置轨温调节器在满足使用功能基础上从经济性出基础规模的费用支承体系合计成本为半漂浮体系
;,(
发对比两种体系因地震响应引起的工程增加数量的倍左右因此本桥采用半漂浮体系是较为经
,),
及费用见表由于本桥位于软土地区设置减济合理的
(2)。,。
表2两种体系经济性对比
经济承台方承台成桩基础成塔支座成阻尼器数阻尼器成伸缩装置伸缩装置合计
/
对比量3本万元本万元本万元量个本万元数量个成本万元万元
/m///////
半漂浮体系
支承体系
——
7:9:();<,-./0;
:();<23456;
&'()*+,-./0;
&'()*+23456
%
[]
时能达到较好的减隔震效果5同时为了避免摩擦"
,,
$
摆支座难以复位故其周期范围为而本桥
,2~6s。
一阶主梁纵飘的自振周期为因此摩擦摆支座
,
。!"#PGA/g
支座力学模型可简化为双线性模型考虑本桥支座
图5塔底纵向弯矩/梁端纵向位移减震率
,
吨位选取摩擦摆支座参数如下支座竖向方案塔底弯矩梁端纵向位移最大值均比摩擦摆隔
(1750t),:、
弹性刚度为7-1滑动前刚度为
·,
×,PGA=0156(
5-1摩擦系数取摩擦系数变化参震的地震作用下粘滞阻尼器方案梁端最大纵向位
×10kN·m,,),
数为-1摩擦面曲率半径为移为摩擦摆支座方案梁端最大纵向位移
25s·m,4m。,
、为由图可知粘滞阻尼器对塔底弯矩
。5,
型模型和模型[6-7]本文采用
、。及梁端位移的减震率基本在以上而摩擦摆支
KelvinWiechert40%,
模型其阻尼力座减震率仅在左右
Maxwell,:
α10%。
F=CV综上各级地震作用下摩擦摆支座减震效率
(1),,
式中C为阻尼系数V为运动速度α为阻尼指数
:;;。低梁端位移控制效果差仍需设置较大位移的梁端
α、,
选取阻尼系数C-1阻伸缩装置因此本桥减震措施首选为粘滞阻尼器方案
=4000kN·(m·s),,。
尼指数α=.
05。0020、4阻尼器参数分析
.
0052、0100、0156、02505
激励沿纵桥向输入分析桥塔塔底弯矩梁端节点纵本节选取不同的阻尼指数与阻尼系数研究两参
,、,
向位移的减震效率各指标响应值半漂浮体系结数对结构地震响应的影响阻尼系数分别取
(/。2000、
果值越大则减震效果越好不同减震措施在不同
3000、4000、5000、6000、8000、10000、12000、14000
),。α
地震波激励下各指标的响应情况见表各指标的-1阻尼指数分别取
3,kN·(m·s),、、、、
减震率对比见图共种情况塔底弯矩梁端纵向位移随阻尼
5。,45,、
表3两种减震措施在不同地震波下的结构响应指数阻尼系数的变化规律见图图
、6~7。
)+05+:α=;α=;
塔底弯矩梁端纵向位移m
PGA/(kN·m)/+05
·α=;α=;
g摩擦摆支座粘滞阻尼器摩擦摆支座粘滞阻尼器Nα=
/+05
(
+05
*
)+05
(+05
'
+05
2000400060008000100001200014000
#$%&C/(kN·(m·s-1)α)
由表可以看到各级地震作用下粘滞阻尼器图6塔底弯矩变化
3,,
万方数据国防交通工程与技术322021年1月19,(01)
·研究与设计·徐盐新洋港斜拉桥地震响应及减震分析黄庭森
#:α=;α=;(3)
mα
/α=;α=;不断减小但当阻尼系数大于-1
=
/,8000kN·(m·s)
时曲线趋于平缓其次阻尼系数应选择为塔底弯
.,。,
-
,,,
α
-1
+桥阻尼系数应选为C阻
=8000kN·(m·s),
*尼指数为α但综合目前厂家所能制造的阻
=。
02000400060008000100001200014000尼器吨位及经济成本考虑本桥建议粘滞阻尼器参
-1α,
&'()C/(kN·(m·s))α
数为C-1阻尼指数α
图7梁端纵向位移变化=4000kN·(m·s),=。
针对本桥桥址所在地属于高烈度地震区且为软
由图图可得塔底弯矩随着阻尼系数
6~7:①土工程地质等特点通过经济性比选本桥结构体系
的增加总的趋势是先减小后增大阻尼指数越小,,
,,,为半漂浮体系并设置纵向粘滞阻尼器对主梁纵向
塔底弯矩变化拐点对应的阻尼系数越小梁端纵,
。②位移进行控制
向位移随着阻尼系数的增大而减小随着阻尼指数。
,参考文献
的增大而增大单纯从减震效果来看粘滞阻尼
。,申爱国李乔朱敏芜湖长江大桥斜拉桥地震反应
③[1],,.
器阻尼指数应选α=.阻尼系数应选内力变化拐
04,分析世界地震工程
α[J].,2000,16(03):90-94.
点所对应值C-1王若林张金武芜湖长江大桥的抗震设计武汉大学
=8000kN·(m·s)。[2],.[J].
学报工学版
5结束语(),2003,36(02):97-99.
阮怀圣李龙安杨光武等黄冈公铁两用长江大桥抗震
本文对支承体系和半漂浮体系的桥塔基础[3],,,.
(1)技术研究桥梁建设
及减震措施成本进行了对比由于本桥位于软土地[J].,2013,43(06):34-39.
,屈爱平李龙安沪通长江大桥主航道桥抗震设计桥
区设置减隔震装置及大位移梁端伸缩装置的费用[4],.[J].
,梁建设
远低于增加基础规模的费用因此本桥选择半漂浮,2015,45(06):69-73.
,黄星瑞李双红摩擦摆支座在桥梁抗震设计中的应用
[5],.
体系黑龙江交通科技
。[J].,2017(09):136-138.
粘滞阻尼器对塔底弯矩及梁端位移的减震巫生平张超房贞政斜拉桥粘滞阻尼器设计方案及
(2)[6],,.
效果显著各级地震作用下其减震率均在以参数回归分析桥梁建设
:,40%[J].,2014,44(05):21-26.
上而摩擦摆支座对各指标的减震率在左右陈百奔冯仲仁王雄江长周期地震动作用下斜拉桥粘
;10%,[7],,.
减震效果并不明显故本桥选择粘滞阻尼器作为减滞阻尼器减震分析桥梁建设
。[J].,2018,48(05):75-80.
震措施
。
AnAnalysisoftheEarthquakeResponseandSeismicMitigationofthe
XinyanggangCable-StayedBridgeoftheXuyanHighSpeedRailway
HUANGTingsen
(,Beijing102600,China)
Abstract
:Throughthestudyandanalysesoftheeconomiccostoftheseismicdesignofdifferentsystems,thedampingrateof
differentseismicmeasures,theparametersofviscousdampers,etc.,areasonableandeconomicalseismicdesignschemeforthe
XinyanggangBridgeoftheXuyanHigh-speedRailwayisworkedoutinthepresentpaper,whichcouldprovidecertainuseful
referencefortheseismicdesignofothersimilarcable-:consideringthege-
ologicalconditionsofthebridgesite,
thehalf-floatingsystem;thedampingrateoftheviscousdamperforthebendingmomentofthepylonbottomandthedisplace-
mentofthebeamendisbothabove40%,whilethedampingrateofthefrictionpendulumbearingisonlyabout10%;thelon-
gitudinaldisplacementofthebeamendisnegativelycorrelatedwiththedampingcoefficientandpositivelycorrelatedwiththe
,itisadvisablethat
-1α(下转第页)
theparameterofthedampershouldchooseC=4000kN·(m·s),andthedampingindex58
万方数据国防交通工程与技术332021年1月19,(01)
·实例分析·安九铁路鳊鱼洲长江大桥北汊航道桥岩溶下成桩施工工艺控制高贵
在下放钢筋笼和导管后测量孔底沉渣情况当混凝土正常灌注时确保导管埋深控制在
,,2~6m。
沉渣厚度超过时利用导管进行二次清孔要
5cm,。3结束语
求泥浆比重3含砂率粘度
:~,<2%,
沉渣厚度针对本工程具体情况通过采用针对性措施快
17~20s,≤5cm。,,
拔球法单桩混凝土量为3水下混速优质的完成钻孔桩施工达到缩短工期保证成
:371~590m,、,、
凝土灌注采用拔球隔水栓法进行施工首盘混桩质量的效果同时减少大型机械设备投入节约了
“+”。,、
凝土方量不小于3采用33料斗项目成本具有较大的应用推广价值
14m,+,。
拔球
。
ConstructionTechnologyControlfortheKarstPileFoundationoftheBeicha
ChannelBridgeoftheShanyuzhouYangtzeRiverBridgeoftheAnjiuRailway
GAOGui
(TheHubeiCo.,-JiujiangPassenger-OrientedRailway,Wuhan430212,China)
Abstract
:Inviewoftheconstructionofpilefoundationwithrock-socketedpiles,high-strengthrockstratum,complexkarstca-
veconditionsanddeepholeswhosedrillingdepthsareupto150m,theconstructiondurationmightbedelayedandthequality
,theKTY5000rotarydrill-
,andpre-
-drilling,ifslurryleakagehappensinakarst
stratum,-i
calmeasurestaken,theconstructiontaskoftheboredpileswithholedepthupto150mandincomplexgeologicalconditionsis
accomplishedquicklyandwithhighquality.
Keywords
:karststratum;deephole;pre-grouting;concretebackfill
(上接第页)
33shouldbeα=.
Keywords
:high-speedrailway;cable-stayedbridge;structuralsystem;shockabsorptionmeasures;parametersoftheviscous
damper
(上接第页)
45
Damage-and-Defect-TreatingTechniquesforthe
BaseofaTunneloftheHeavy-DutyRailway
DONGHongzuo
(,Tianjin300459,China)
Abstract
:WiththeprojectforthetreatmentofthedamageanddefectsoftheWuyanheTunneloftheMid-SouthPassageRail-
way(theWa-RiRailway)astheengineeringbackground,inthepresentpaperadetailedstudyismadeofthedamageandde-
fectsofthetunelbaseresultingfromundergroundwater,loosedregsatthebottom,weaksurroundingrock,earthstressand
,groutingforreinforcment,changingstructuresandtrackbeds,
andthelike,thedamagedsectionsanddefectsofthebaseofthetunnelareespeciallytreated,withgoodengineeringeffectsa-
chieved,andthenormaloperationoftherailwaysensured.
Keywords
:operaton;heavy-dutyrailway;tunnel;treatmentofdamageanddefects
万方数据国防交通工程与技术582021年1月19,(01)