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      阻尼是橋梁結構地震反應中最為重要的參數之一

        阻尼問題,阻尼是結構的一個重要動力特性,也是結構地震反應中最為重要的參數之一,其大小和特性直接影響結枸的基本動力反應特征。由于阻尼的存在,物體的自由振動將會逐步衰減,而不會無限延續。


        一般而言,結構中的阻m現象是由各種各樣很復雜的能量逸散機理所引起的。橋梁結構的阻尼主要由兩類阻尼構成,即結構本身所具有的阻尼及周圍介質提供的阻尼D結構本身的阻尼主要取決于結構類型、材料、構筑方式及各種部件之間的連接方式;而周圍介質提供的阻尼主要是橋梁墩臺及臺后填土提供的約束阻尼、摩擦耗能等。


        近百佘年來,人們提出了多種阻尼理論來解釋結構的阻尼現象。在眾多的阻尼理論中,目前被廣泛采用的是兩種線性阻尼理論,即復阻尼理論和粘滯阻尼理論e復阻尼理論認為結構具有復剛度,考慮阻尼時在剛度系數項前乘以復常數,即可,而〃為復阻尼系數,也稱耗損因子。粘滯阻尼理論假設阻尼力與運動速度成正比,阻尼的大小通常用阻尼比$來表示。


        復阻尼理論在理論上只適用于簡諧振動或有限頻帶內的振動分析,而且引人了復剛度,對于一般的結構動力響應來說計算較為復雜,因此在結構動力響應分析中應用不多。而按粘滯阻尼理論進行結構動力分析時,給出的線性運動方程計算簡便,概念清楚。因此,在撟梁抗震分析中,一般都采用粘滯阻尼理論。

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        在一般橋梁結構的地震反應分析中,阻尼可用阻尼比的形式計人;而對于非線性地震反應分析,或具有非均勻阻尼的橋梁(如斜拉橋、懸索橋等)的地震反應分析,則必須采用正確的方法計算阻尼矩陣。目前,均質結構一般都采用瑞利阻尼矩陣,即假定阻尼矩陣為剛度矩陣和質量矩陣的線性組合。為了考慮由結構的非均質性和各部分耗能機理不同時引起的阻尼非均勻性,Cbugh提出丫非比例阻尼理論,認為總阻尼矩陣可由分塊的瑞利阻尼矩陣疊加而成。


        要考慮阻尼的影響,無論是采用阻尼比的形式還是阻尼矩陣的形式,都必須先確定橋梁結構的阻尼比。到目前為止,還沒有一種被廣泛接受的用來估算橋梁結構阻尼比的方法。在橋梁結構的動力響應分析中,只能參考一些實測資料來估算阻尼比。由于目前國內橋梁的實測阻尼資料很少,而現有阻尼比實測值的分散性又很大,因此阻尼比的估計一直是橋梁結構地震反應分析中的難點。


        現行的《公路工程抗震設計規范》中關于橋梁的一章適用于跨徑不超過150ni的鋼筋混凝土和預應力混凝土梁橋、圬工或鋼筋混凝土拱橋的抗震設計,結構的阻尼比取5%。


        另外,鋼結構的阻尼比較鋼筋混凝土結構低,一般可取3%。纜索承重橋梁(斜拉橋、懸索橋)與普通橋梁相比,結構更為復雜,而且是非均質結構,各部分的能量耗散機理不而,因而阻尼比的確定也就更加困難。各國的規范也沒有給出參考值。因此,在地震反應分析中,只能參考同類型橋梁結構的實測阻尼比來近似取值。


        國內7座斜拉橋(鋼橋1座,結合梁橋3座,混凝土橋3座)的實測資料表明,實測阻尼比大部分在0.5%1.5%之間,結合梁斜拉橋各階振型的實測阻尼比集中在CL01附近,而混凝土斜拉橋阻尼比大部分在0.012附近,阻M比與固有頻率之間沒有明確關系。國內兩座懸索橋(虎門大橋和江陰大橋)的實測阻尼比大部分也在0.5%15%之間。


        需要指出的是,在纜索承重橋梁的地震反應分析中,特別關心的是以塔為主的振型,但能找到的實測阻尼比的資料只有江陰大橋的,第一階以塔的縱向彎曲為主的振型的阻尼比僅為0.5%。因此,一般說來,在纜索承重橋梁的地震反應分析中,阻尼比的取值不宜大于1.0%=


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