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    阻尼是桥梁结构地震反应中最为重要的参数之一

      阻尼问题,阻尼是结构的一个重要动力特性,也是结构地震反应中最为重要的参数之一,其大小和特性直接影响结枸的基本动力反应特征。由于阻尼的存在,物体的自由振动将会逐步衰减,而不会无限延续。


      一般而言,结构中的阻m现象是由各种各样很复杂的能量逸散机理所引起的。桥梁结构的阻尼主要由两类阻尼构成,即结构本身所具有的阻尼及周围介质提供的阻尼D结构本身的阻尼主要取决于结构类型、材料、构筑方式及各种部件之间的连接方式;而周围介质提供的阻尼主要是桥梁墩台及台后填土提供的约束阻尼、摩擦耗能等。


      近百佘年來,人们提出了多种阻尼理论来解释结构的阻尼现象。在众多的阻尼理论中,目前被广泛采用的是两种线性阻尼理论,即复阻尼理论和粘滞阻尼理论e复阻尼理论认为结构具有复刚度,考虑阻尼时在刚度系数项前乘以复常数,即可,而〃为复阻尼系数,也称耗损因子。粘滞阻尼理论假设阻尼力与运动速度成正比,阻尼的大小通常用阻尼比$来表示。


      复阻尼理论在理论上只适用于简谐振动或有限频带内的振动分析,而且引人了复刚度,对于一般的结构动力响应来说计算较为复杂,因此在结构动力响应分析中应用不多。而按粘滞阻尼理论进行结构动力分析时,给出的线性运动方程计算简便,概念清楚。因此,在挢梁抗震分析中,一般都采用粘滞阻尼理论。

    桥梁预压水袋.jpg

      在一般桥梁结构的地震反应分析中,阻尼可用阻尼比的形式计人;而对于非线性地震反应分析,或具有非均匀阻尼的桥梁(如斜拉桥、悬索桥等)的地震反应分析,则必须采用正确的方法计算阻尼矩阵。目前,均质结构一般都采用瑞利阻尼矩阵,即假定阻尼矩阵为刚度矩阵和质量矩阵的线性组合。为了考虑由结构的非均质性和各部分耗能机理不同时引起的阻尼非均匀性,Cbugh提出丫非比例阻尼理论,认为总阻尼矩阵可由分块的瑞利阻尼矩阵叠加而成。


      要考虑阻尼的影响,无论是采用阻尼比的形式还是阻尼矩阵的形式,都必须先确定桥梁结构的阻尼比。到目前为止,还没有一种被广泛接受的用来估算桥梁结构阻尼比的方法。在桥梁结构的动力响应分析中,只能参考一些实测资料来估算阻尼比。由于目前国内桥梁的实测阻尼资料很少,而现有阻尼比实测值的分散性又很大,因此阻尼比的估计一直是桥梁结构地震反应分析中的难点。


      现行的《公路工程抗震设计规范》中关于桥梁的一章适用于跨径不超过150ni的钢筋混凝土和预应力混凝土梁桥、圬工或钢筋混凝土拱桥的抗震设计,结构的阻尼比取5%。


      另外,钢结构的阻尼比较钢筋混凝土结构低,一般可取3%。缆索承重桥梁(斜拉桥、悬索桥)与普通桥梁相比,结构更为复杂,而且是非均质结构,各部分的能量耗散机理不而,因而阻尼比的确定也就更加困难。各国的规范也没有给出参考值。因此,在地震反应分析中,只能参考同类型桥梁结构的实测阻尼比来近似取值。


      国内7座斜拉桥(钢桥1座,结合梁桥3座,混凝土桥3座)的实测资料表明,实测阻尼比大部分在0.5%1.5%之间,结合梁斜拉桥各阶振型的实测阻尼比集中在CL01附近,而混凝土斜拉桥阻尼比大部分在0.012附近,阻M比与固有频率之间没有明确关系。国内两座悬索桥(虎门大桥和江阴大桥)的实测阻尼比大部分也在0.5%15%之间。


      需要指出的是,在缆索承重桥梁的地震反应分析中,特别关心的是以塔为主的振型,但能找到的实测阻尼比的资料只有江阴大桥的,第一阶以塔的纵向弯曲为主的振型的阻尼比仅为0.5%。因此,一般说来,在缆索承重桥梁的地震反应分析中,阻尼比的取值不宜大于1.0%=


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