[发明专利]一种山区大跨度桥梁横向减震体系参数求解方法及系统

说明书

本发明涉及一种山区大跨度桥梁横向减震体系参数求解方法及系统，方法包括：获取桥梁结构，建立空间有限元模型，获取目标设计位移，设置桥梁各位置阻尼器初始的阻尼参数；基于此时的阻尼参数计算实际位移，根据目标设计位移与实际位移的差值得到阻尼器的受调向量，结合受调向量和影响矩阵计算施调向量，基于施调向量计算得到调整后的阻尼参数，判断调整后的阻尼参数是否满足设计要求，若满足，则将调整后的阻尼参数作为最终阻尼参数，否则，重复此步骤。与现有技术相比，本发明通过影响矩阵的基本原理，考虑横向减震体系中的多塔/墩耦合效应以及减震措施的强非线性行为，通过快速稳定收敛的迭代计算，可确定各塔/墩位处减震体系合理设计参数。

技术领域

本发明涉及桥梁工程结构减震技术领域，尤其是涉及一种在山区大跨度桥梁上确定各塔/墩位处的减震体系设计参数的高效求解方法及系统。

背景技术

当前，我国交通基础设施建设重心正逐步向中西部地区转移，并形成了新一轮的桥梁建设高峰。由于我国中西部地区多为山地、丘陵地形，冲刷深切河谷众多，单跨跨径100m～400m的大跨度桥梁需求非常多，常用的桥型包括大跨度连续梁桥、拱桥和独塔斜拉桥等。然而我国中西部地区强震频发，地震灾害风险巨大，对这些桥梁的设计和建造提出了严峻的挑战。大跨度桥梁相比中小跨度桥梁，梁高更高，上部结构质量更大，在地震作用下的惯性力响应也更大，更为重要的是，由于山地、丘陵、河谷地形的影响，这些大跨度桥梁的下部结构墩高往往差异很大，由于桥墩的侧向刚度与其高度的三次方成反比，因此各塔/墩位处的侧向约束刚度往往存在数量级上的差异，这种差异导致结构整体侧向刚度分布极不规则，导致结构在地震动力作用下的响应状态非常不利。

大量研究表明，在高烈度地震区，试图通过增大墩柱尺寸和配筋来抵御地震作用既不经济也不可行，需要引入合适的减隔震措施以形成减隔震机制。然而，与纵向地震作用下各塔\墩位处的主梁地震响应基本一致的情况不同，在横向地震作用下，各塔\墩位处的主梁地震响应不仅幅值不同，频率特征也可能差异很大，特别是位于山区的各塔\墩高差异很大的桥梁，由此也导致减隔震措施的响应差异很大，因此，合理的减隔震体系在各塔\墩位处应选择不同的设计参数，以适应和平衡这种墩高差异带来的影响。

由于在正常运营荷载作用下，各塔\墩位处的主梁需要进行横向约束，因此桥梁的横向减震措施常采用位移依赖型阻尼器。Niu等针对斜拉桥横向采用钢阻尼器的减震体系，提出了一种以位移响应为设计控制目标的设计方法。Camara等通过斜拉桥主塔底的混凝土开裂临界力确定粘滞阻尼器的最大阻尼力以及钢阻尼器的屈服力，并提出了一种基于等效单自由度的近似设计方法，然而对于山区墩高差异较大的桥梁，其地震响应并不能等效为单自由度。Wen等基于构件损伤概率分析方法，探究了大跨度斜拉桥三角形钢阻尼器横向减震体系的合理阻尼器参数设置范围。在实际大跨度桥梁工程中，如兰州西固黄河大桥、永宁黄河大桥、宁波春晓大桥、银川滨河黄河大桥、樟树赣江二桥、兰州柴家峡黄河大桥、上海昆阳路越江大桥、广西相思洲大桥等，均是通过预设多工况的参数敏感性分析方法计算了阻尼参数的近似最优取值。Shen等进一步针对三角形钢板阻尼器减震耗能装置，结合数值软件编程利用充分穷举法计算阻尼器的合理设计参数。

需要指出的是，由于主梁横向柔度的影响，桥梁横向抗震体系中的各塔\墩位处的地震响应存在显著的耦合作用，也就是说各塔\墩位处的减震措施设计参数并不是相互独立的变量，再加上减震措施在强震作用下的强非线性行为，基于穷举法原理的参数敏感性分析方法可以较好地考虑这些耦合作用和强非线性行为，但由于各塔\墩位处的减震措施合理设计参数并不统一，减震措施本身也往往存在多个设计参数和较大的参数取值范围，因此采用该方法需要大量的参数工况组合计算，并且所谓的最优解也只能在所有的预设参数工况组合中进行选择，因此只能是合理设计参数的近似解，无法直接获得最优解。

由此可见，山区大跨度桥梁由于地形导致的各墩高差异客观上要求相应的减隔震体系在各塔\墩位处选择不同的减震设计参数，但是，目前基于等墩高桥梁的相关等效单自由度算法不适用，而基于穷举法原理的参数敏感性分析方法则存在效率低下，且只能获得近似解，因此，急需一种可以获得最优解的高效算法。

发明内容