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悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

赵国辉 高建华 刘健新 李宇

赵国辉, 高建华, 刘健新, 李宇. 悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化[J]. 交通运输工程学报, 2013, 13(3): 33-39. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.005
引用本文: 赵国辉, 高建华, 刘健新, 李宇. 悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化[J]. 交通运输工程学报, 2013, 13(3): 33-39. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.005
ZHAO Guo-hui, GAO Jian-hua, LIU Jian-xin, LI Yu. Damping coefficient optimization of linear fluid viscous damper for suspension bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2013, 13(3): 33-39. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.005
Citation: ZHAO Guo-hui, GAO Jian-hua, LIU Jian-xin, LI Yu. Damping coefficient optimization of linear fluid viscous damper for suspension bridge[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2013, 13(3): 33-39. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.005

悬索桥线性液体黏滞阻尼器阻尼系数优化

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2013.03.005
基金项目: 

国家自然科学基金项目 50908014

广东省交通科技项目 201102038

详细信息
    作者简介:

    赵国辉(1978-), 男, 河北邯郸人, 长安大学讲师, 工学博士, 从事桥梁抗震及抗风研究

  • 中图分类号: U448.25

Damping coefficient optimization of linear fluid viscous damper for suspension bridge

More Information
    Author Bio:

    ZHAO Guo-hui(1978-), male, lecturer, PhD, +86-29-82334835, zgh@gl.chd.edu.cn

  • 摘要: 将悬索桥加劲梁纵向运动简化为若干相互独立的单自由度振动系统, 采用随机振动理论, 利用将地震激励简化为平稳白噪声激励的方法推导了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的解析表达式。利用导数求极值的原理, 求出了加劲梁纵向运动绝对加速度均方的最小值及其对应的系统最优阻尼比, 得到了悬索桥线性液体黏滞阻尼器最优阻尼系数的解析表达式, 并以某悬索桥为例, 采用动力时程法进行了参数敏感性分析, 验证了解析表达式的有效性。分析结果表明: 悬索桥线性液体黏滞阻尼器存在理论上的最优阻尼比0.5, 其对应的最优阻尼系数使阻尼器的减震效率达到最大值; 当阻尼比为0.3时, 阻尼器的减震效率达到最优阻尼比的90%;当阻尼比在0.4~0.6之间时, 阻尼器的减震效率基本保持在最优阻尼比的99%。综合考虑地震动强度、阻尼器冲程及造价等因素, 线性液体黏滞阻尼器的最优阻尼系数可在阻尼比为0.4~0.6对应的范围内适当调整。

     

  • 图  1  液体黏滞阻尼器

    Figure  1.  Fluid viscous damper

    图  2  滞回曲线形状

    Figure  2.  Shapes of hysteresis curves

    图  3  阻尼器安装

    Figure  3.  Damper installation

    图  4  加劲梁单自由度体系

    Figure  4.  SDOF system of stiffening girder

    图  5  总体布置

    Figure  5.  General arrangement

    图  6  有限元模型

    Figure  6.  FE model

    图  7  梁端位移响应Fourier谱

    Figure  7.  Fourier spectrum of beam-end displacement response

    图  8  阻尼系数对梁端位移的影响

    Figure  8.  Effect of damping coefficient on beam-end displacement

    图  9  阻尼系数对阻尼力的影响

    Figure  9.  Effect of damping coefficient on damping force

    图  10  阻尼系数对耗能的影响

    Figure  10.  Effect of damping coefficient on energy consumption

    图  11  阻尼系数对桥塔内力的影响

    Figure  11.  Effect of damping coefficient on bridge tower forces

    图  12  阻尼系数对阻尼器效率的影响

    Figure  12.  Effect of damping coefficient on damper efficiency

    表  1  地震动参数

    Table  1.   Parameters of ground motion

    参数 峰值加速度/g 地震持时/s 特征周期/s
    取值 0.291 55 0.38
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    表  2  最优阻尼系数

    Table  2.   Optimum damping coefficient

    模态阶次 频率/Hz 振型参与质量/103 kg 最优阻尼系数/(kN·s·m-1)
    2 0.122 5 503 4 050
    4 0.195 3 398 3 997
    6 0.293 2 4
    合计 8 051
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    表  3  梁端位移响应对比

    Table  3.   Contrast of beam-end displacement responses

    计算值 梁端位移/mm 误差/%
    工况1 工况2
    最小值 -279.1 -287.2 2.8
    最大值 167.2 167.9 0.4
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    表  4  计算工况

    Table  4.   Calculation conditions

    工况 振型阻尼比 阻尼系数/(kN·s·m-1)
    1 0.3 4 696
    2 0.4 6 374
    3 0.5 8 051
    4 0.6 9 728
    5 0.7 11 406
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    ZHAO Guo-hui, LI Yu, LIU Jian-xin. Parametric sensitivity study on fluid viscous damper of long span suspension bridge[J]. China Safety Science Journal, 2011, 21(11): 35-40. (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1003-3033.2011.11.006
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  • 收稿日期:  2012-12-28
  • 刊出日期:  2013-06-25

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