4.2　模型的建立与阻尼器参数的选择

4.2.1　主桥抗震设防标准

根据《铁路工程抗震设计规范》（GB 50111—2006）（2009年版），其主桥的抗震设防标准应取50年的各超越概率下的峰值加速度作为抗震设防标准。

小震、中震、大震的设防标准见表4-1。

对本桥在大震下进行地震分析，由《安全性评价工作报告》得知本桥工程场地地表处阻尼比5％，水平向设计地震动峰值加速度及加速度反应谱参数见表4-2。

4.2.2　有限元模型介绍

（80+2×128+80）m桥的桥墩从右到左一次编号为1号～5号墩，其中3号墩为固定墩，其他均为活动墩，详见如图4-3所示。

桥梁部采用C55混凝土，过渡墩采用C40混凝土，主墩、次主墩采用C50混凝土，承台采用混凝土，桩基采用混凝土。

4.2.3　边界条件介绍

相关文献研究表明，对于采用普通固定支座的桥梁，考虑支座摩擦后，将引起结构自振周期有所改变，某些情况下桥梁固定墩地震反应较不考虑支座摩擦时反而增大，说明不考虑支座摩擦并不是在任何情况下都偏于安全的。在分析中，对支座与梁底之间的纵、横向滑动摩擦进行了模拟，近似采用双线性理想弹塑性弹簧单元进行模拟，滑动摩擦系数根据《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166—2011）规定取0.02；活动支座屈服位移取0.003m。

固定支座考虑多遇地震和罕遇地震两种情况分别进行模拟：在多遇地震作用下，固定支座未被破坏，因此仍然按照固定支座来模拟。在罕遇地震下支座处剪力过大，固定支座发生破坏，此处按照滑动支座并按照前文中滑动支座进行模拟。

4.2.4　阻尼器参数选取

分析中采用MIDAS有限元程序建模，作为该结构附加阻尼消能减震设计的原始模型。结构振型分析表明，第一振型为主梁纵飘，周期1.03s；第二振型为主梁反对称弯曲变形，周期0.95s；第三振型和第四振型为主梁水平反对称扭转变形及主梁水平对称扭转变形。

阻尼器的安置方案考虑在1号、5号墩顶处分别设置2个液体黏滞阻尼器，在2～4号墩顶处分别设置4个液体黏滞阻尼器，以确保大桥的正常使用及强震下的安全。

1.阻尼系数的选定

按照黏滞阻尼力与速度的关系式，根据黏滞阻尼器阻尼系数C、速度指数α选取的不同，阻尼器对结构的影响也不同。因此，需对结构引入阻尼器的情况进行结构响应分析，主要考虑对阻尼器参数C、速度指数α进行参数敏感性分析，分析研究这些参数变化对结构响应的影响规律。

阻尼器的最终型号，如阻尼器的吨位和冲程，则需通过罕遇地震超越概率2％下对纵向波进行计算分析来确定阻尼器的选取。在优化阻尼系数过程中，根据以往经验，暂时将速度指数设定为0.4，在试算中通过在2号～4号墩设置的阻尼器在采用不同阻尼系数下比对控制效果。

计算结果表明，随着阻尼系数增加，梁端位移的减震率增大，墩底剪力、墩底弯矩的减震率先增加后减少。图4-4显示，在阻尼系数为3000～5000kN/（m/s）0.4时，墩底弯矩减震率增加缓慢在4000kN/（m/s）0.4之后，墩底剪力减震率增加缓慢。因此确定2号～4号墩选用阻尼系数为4000kN/（m/s）0.4为宜。对1号、5号墩不同阻尼系数进行计算，随着阻尼系数增加，梁端位移的减震率增大，墩底弯矩、墩底剪力的减震率也增大。

从图4-5可以看出，在阻尼系数大于1500kN/（m/s）0.4时，1号墩底弯矩减震率明显减缓，5号墩底剪力减震率明显减缓。因此确定1号、5号墩选用阻尼系数为1500kN/（m/s）0.4为宜。

2.速度指数选定

通过上述分析，在优化阻尼器速度指数时，暂时设定2号～4号墩阻尼器的阻尼系数为4000kN/（m/s）α的阻尼器，速度指数从0.3～1.0进行分析。

由于篇幅所限，表中仅给出大震50年超越概率2％下st5022波的计算结果，此处固定支座被剪断，表中分别给出梁端位移、3号墩墩底弯矩以及墩底剪力随阻尼系数的变化情况。计算结果表明，随着速度指数的增加，梁端位移、墩底弯矩、墩底剪力的减震率逐渐减小。为便于分析，同时给出曲线图，如图4-6所示。

由图4-6可知，随着速度指数的增加梁端位移、墩底剪力、墩底弯矩的减震率减小，速度指数在0.3时减震率最好，因此阻尼器的速度指数选取0.3为宜。综合考虑以上分析，可考虑2号～4号墩选用阻尼器参数为：阻尼系数C=4000kN/（m/s）0.3，速度指数为0.3；1号、5号墩选用的阻尼器参数为：阻尼系数C=1500kN/（m/s）0.3，速度指数为0.3。