开缝钢板阻尼器及其在斜拉桥结构中的应用.doc

开缝钢板阻尼器及其在斜拉桥结构中的应用
尹浩熹 袁波 何海玉 马信欣 摘 要:为了研究开缝钢板阻尼器对大跨度全漂浮体系斜拉桥结构横桥向的减震效果,本文运用大型通用有限元软件ABAQUS对开缝钢板阻尼器进行数值分析,分析了开缝钢板承载力计算公式
初始刚度计算公式
非开缝区域板带高宽比相对较小,以剪切变形为主,弯曲变形理论上可以忽略不计。
开缝区域钢板柱高宽比相对较大,剪切变形和弯曲变形均占较大比重,因此都需要考虑。
Hitaka[4]所提出的初始刚度参考计算公式为:
式中:k ——矩形截面系数();
H——开缝钢板阻尼器高度;
m——开缝排数;
h ——为开缝区域钢板柱高度;
G——材料剪切模量
B——开缝钢板阻尼器宽度;
b——开缝区域钢板柱宽度;
n——单排开缝区域钢板柱个数;
α——开缝区域钢板柱的高宽比;
E——材料弹性模量;
t——开缝钢板阻尼器厚度。

屈服承载力[5]Qy是按照单个开缝区域钢板柱端部纤维应力达到屈服来考虑的,其计算公式为:
式中:My——弹性弯矩;
fy——屈服应力;
We——钢板柱端部截面弹性抵抗矩。
极限承载力[5]Qu是按照单个开缝区域钢板柱端部全截面屈服来考虑的,其计算公式为:
式中:Mu——塑性弯矩;
Wp——钢板柱端部截面塑性抵抗矩。
2开缝钢板阻尼器影响因素分析
有限元模型及参数设置
采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,如图2所示。采用理想弹塑性本构模型,钢材的屈服强度fy为160MPa。×105MPa,。固定下连接板x、y方向的位移;固定上连接板的y方向位移,沿其x方向施加位移。为保证计算的精度,对开缝钢板施加单调荷载时分析其屈服承载力和极限承载力时,加载时长设置为10s,。
计算结果分析
通过控制开缝区域钢板柱高与宽比值α=h/b和开缝区域钢板柱宽与开缝钢板阻尼器厚度比值β=b/t两个参数,共建立9个模型,具体的模型尺寸如表1所示。
表2给出了各组开缝钢板阻尼器屈服承载力,极限承载力和初始刚度理论值与有限元计算结果。
由表可知,有限元计算结果与理论计算结果吻合良好,说明开缝钢板阻尼器的理论计算公式合理,可以作为阻尼器设计的依据。随着开缝钢板柱高与宽比值α=h/b的增加,开缝钢板阻尼器的抗剪承载力和初始刚度均减小。随着开缝钢板柱宽与开缝钢板厚度比值β=b/t的增加,开缝钢板阻尼器的抗剪承载力和初始刚度也均减小。
3开缝钢板阻尼器在大跨度斜拉橋中的应用

采用MIDAS CIVIL建立双塔双索面钢箱梁全漂浮体系的大跨度斜拉桥模型,如图3所示。斜拉桥结构的基本数据如下:纵向主梁采用单箱三室加劲箱梁(横截面如图4所示),材料采用Q420钢材,纵向跨度为460m(115m+230m+115m)。桥塔高度为80米,桥墩高度为20米,桥塔和桥墩均材料均采用Q420钢材。斜拉桥拉索为s