則連續(xù)梁橋質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置減震效果及影響參數(shù)研究

摘要： 為解決連續(xù)梁橋縱向地震慣性力僅由固定墩承受的抗震設(shè)計(jì)難題，充分發(fā)揮與固定墩相同截面的活動(dòng)墩的抗震潛能，基于纏繞索原理，研發(fā)了利用附加質(zhì)量慣性力的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置，從而實(shí)現(xiàn)固定墩與活動(dòng)墩協(xié)同受力和限制梁端相對(duì)位移的目的。在闡述裝置工作原理及構(gòu)造特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了裝置的恢復(fù)力模型，并通過(guò)對(duì)一座三跨規(guī)則連續(xù)梁橋建立全橋有限元模型，研究了連續(xù)梁橋質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的減震效果，系統(tǒng)分析了附加質(zhì)量、摩擦系數(shù)和初始松弛系數(shù)取值對(duì)裝置減震性能的影響。結(jié)果表明，質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置對(duì)于減小固定墩地震響應(yīng)，提升活動(dòng)墩參與連續(xù)梁橋縱向整體協(xié)同受力的效果較為明顯，值得注意的是，不同地震波作用下減震裝置參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響略有不同。

關(guān)鍵詞： 連續(xù)梁橋；"質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置；"減震效果；"附加質(zhì)量；"摩擦系數(shù)；"初始松弛系數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)： U441⁺.3；"U442.5⁺5 """文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A """文章編號(hào)： 1004-4523（2024）11-1818-08

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2024.11.003

引""言

連續(xù)梁橋具有內(nèi)力狀態(tài)均勻合理、剛度大、整體性好等優(yōu)點(diǎn)。但由于連續(xù)梁橋通常僅在一聯(lián)中設(shè)置一個(gè)固定支座，依靠固定支座與固定墩承受橋梁上部結(jié)構(gòu)縱向地震慣性力，導(dǎo)致連續(xù)梁橋在地震作用下常會(huì)發(fā)生支座損壞、固定墩損傷等震害。2008年汶川地震中的多座連續(xù)梁橋^［1?9］、2021年青海瑪多地震中的野馬灘大橋、野馬灘2號(hào)橋^［10］等連續(xù)梁橋均發(fā)生了較為嚴(yán)重的震害。隨著減/隔震技術(shù)在實(shí)際工程中的推廣，新西蘭、美國(guó)、日本等國(guó)家逐步將減/隔震技術(shù)寫(xiě)入了規(guī)范中^［11?15］。文獻(xiàn)［16］中明確提出了連續(xù)梁橋采用減/隔震支座的抗震體系設(shè)計(jì)，為橋梁減/隔震設(shè)計(jì)提供了規(guī)范依據(jù)和設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

對(duì)于采用減/隔震支座的連續(xù)梁橋^［17?20］，淡化了固定支座與活動(dòng)支座的作用，通過(guò)減/隔震支座的初始剛度來(lái)滿(mǎn)足正常運(yùn)營(yíng)荷載作用下的縱向限位要求；同時(shí)在地震作用下，可以通過(guò)合理設(shè)置減/隔震支座參數(shù)，使得每個(gè)橋墩的縱向組合剛度得以均衡，各墩可以共同協(xié)調(diào)、分擔(dān)縱向水平地震力，從而改變地震力集中于固定墩的不利情況。但由于減/隔震支座的等效剛度與固定支座的差異性，每個(gè)橋墩的縱向組合剛度難以均衡，導(dǎo)致活動(dòng)墩的抗震潛能并未得到充分發(fā)揮。同時(shí)，減/隔震支座成為整個(gè)結(jié)構(gòu)抗震性能的保障，也成了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)。鑒于各類(lèi)減/隔震支座的缺陷以及震后支座更換的時(shí)效性，難以保障結(jié)構(gòu)的合理抗震性能以及震后性能的快速恢復(fù)。另外，強(qiáng)震作用下，橋梁結(jié)構(gòu)容易進(jìn)入強(qiáng)非線(xiàn)性階段，采用非線(xiàn)性減/隔震支座會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)多重非線(xiàn)性的耦合現(xiàn)象，使得減/隔震支座的動(dòng)力失效機(jī)制及破壞模式更為復(fù)雜，如何確保結(jié)構(gòu)具有合理的抗震性能，確保橋梁結(jié)構(gòu)“大震不倒”仍有待進(jìn)一步研究。

本文以發(fā)揮活動(dòng)墩抗震潛能，提升連續(xù)梁橋縱向整體協(xié)同受力性能為目標(biāo)，基于纏繞索原理，提出一種在連續(xù)梁主梁與活動(dòng)墩之間設(shè)置通過(guò)地震加速度激發(fā)的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置。根據(jù)《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 2231?01—2020）^［21］中對(duì)規(guī)則橋梁的定義，以一座典型3跨規(guī)則連續(xù)梁橋?yàn)槔治隽速|(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的協(xié)同受力和減震耗能的效果，同時(shí)研究了質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)減震效果的影響。

1 工作原理及力學(xué)模型

1.1 纏繞索力學(xué)原理

將繩索在粗糙的木樁上纏繞幾圈后，可以很省力地拉住物體，如船只通過(guò)繩索纏繞在碼頭木樁上停泊。18世紀(jì)數(shù)學(xué)家歐拉研究了摩擦力與繩索纏繞在木樁上的圈數(shù)之間的規(guī)律，構(gòu)建了歐拉公式^［22］，即以木樁上一小段繩索為研究對(duì)象，根據(jù)共點(diǎn)力的平衡原理，可以求解出：

式中 為纏繞索摩擦力；為纏繞索主動(dòng)端拉力；為纏繞索被動(dòng)端拉力；為纏繞索與圓柱體間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)；為纏繞圈數(shù)。

1.2 工作原理及構(gòu)造特點(diǎn)

本文基于纏繞索原理，提出了一種地震加速度激發(fā)的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置。該裝置設(shè)置在連續(xù)梁活動(dòng)墩處，可與活動(dòng)支座一起工作。在常規(guī)荷載作用下，通過(guò)設(shè)置合理的纏繞索的初始松弛量，滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下溫度荷載等引起的緩慢變位的需求。在地震作用下，以轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力作為纏繞索主動(dòng)端的拉力，通過(guò)纏繞索的放大作用實(shí)現(xiàn)較大的滑動(dòng)摩擦力。當(dāng)主梁與活動(dòng)支座之間的地震慣性力小于附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力和其所激起的纏繞索摩擦力的組合時(shí)，裝置達(dá)到瞬間鎖定的連接狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)固定墩與活動(dòng)墩共同分擔(dān)縱向地震慣性力和限制梁端位移的作用。當(dāng)主梁與活動(dòng)支座之間的地震慣性力大于附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力和其所激起的纏繞索摩擦力的組合時(shí)，活動(dòng)墩將以纏繞索所提供的最大摩擦力與固定墩協(xié)同受載并限制活動(dòng)墩與梁體之間的相對(duì)位移，從而起到保護(hù)活動(dòng)支座和伸縮縫的目的。該裝置的構(gòu)造如圖1所示，其主要構(gòu)成部分包括轉(zhuǎn)動(dòng)軸、附加質(zhì)量塊、纏繞索、摩擦軸、裝置墊板、支架板、牛腿以及組裝螺栓等。

1.3 恢復(fù)力模型

基于纏繞索的力學(xué)原理，結(jié)合裝置初始慣性力的取值方法，質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的本構(gòu)方程如下：

式中 為活動(dòng)墩處墩梁的相對(duì)位移；為初始松弛量；為繩索的最大伸長(zhǎng)量；為附加質(zhì)量塊的初始慣性力所激起的纏繞索被動(dòng)端拉力，其中，為附加質(zhì)量，為附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)加速度，為質(zhì)量放大系數(shù)（，為附加質(zhì)量的內(nèi)、外環(huán)半徑，為轉(zhuǎn)動(dòng)軸半徑）。

圖2為質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的恢復(fù)力曲線(xiàn)。

2 計(jì)算模型

本文選取一座跨徑布設(shè)為（45+80+45）m的三跨變截面連續(xù)梁橋?yàn)槔瑢?duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的減震性能以及相關(guān)參數(shù)對(duì)減震性能的影響規(guī)律進(jìn)行分析。分析中不考慮結(jié)構(gòu)的塑性變形，利用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置和常規(guī)盆式支座的恢復(fù)力模型考慮活動(dòng)支座處的非線(xiàn)性。質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索減震裝置的有限元模型通過(guò)集中質(zhì)量法考慮附加質(zhì)量的影響。

該橋主梁采用單箱單室直腹板混凝土箱形截面，標(biāo)準(zhǔn)截面如圖3所示。墩頂處梁高4.3 m，高跨比為1/16.7；跨中梁高2.3 m，高跨比為1/34.8；頂板寬12.5 m，厚0.28 m；底板寬6.5 m，厚0.28 m；腹板厚0.5～0.7 m。橋墩墩高15 m，采用6.5 m×2 m的矩形截面。

采用SAP2000非線(xiàn)性有限元程序進(jìn)行計(jì)算，其中，主梁和橋墩采用線(xiàn)性梁?jiǎn)卧M；固定支座通過(guò)2號(hào)橋墩墩頂節(jié)點(diǎn)與主梁相應(yīng)節(jié)點(diǎn)body主從束縛模擬，滑動(dòng)支座采用Wen塑性單元模擬，質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置采用多段線(xiàn)塑性連接單元模擬；不考慮基礎(chǔ)的樁?土相互作用，橋墩與地面按剛性連接處理。圖4為該橋計(jì)算模型。

3 減震效果分析

首先，為研究規(guī)則橋梁質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的減震效果，計(jì)算考慮兩種工況：工況①為未采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的原橋設(shè)計(jì)模型，即2號(hào)橋墩采用固定支座，1，3和4號(hào)橋墩支座采用縱向滑動(dòng)支座；工況②為設(shè)置質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置模型，即2號(hào)橋墩采用固定支座，1，3和4號(hào)橋墩支座采用縱向滑動(dòng)支座和質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置。設(shè)定質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的初始設(shè)計(jì)參數(shù)為附加質(zhì)量20000 kg、質(zhì)量放大系數(shù)25、加速度閾值1 m/s²、纏繞圈數(shù)10圈、摩擦系數(shù)0.05、初始間隙0.04 m。輸入表1所示的地震波進(jìn)行非線(xiàn)性時(shí)程分析，輸入方向僅考慮順橋向水平方向。

表2給出了在3種地震波輸入下，兩種工況中結(jié)構(gòu)2號(hào)固定墩和3號(hào)活動(dòng)墩墩底剪力與彎矩的結(jié)果比較。由表2可以看出，未采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的原橋設(shè)計(jì)模型，在3種地震波輸入下，固定墩的受力均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活動(dòng)墩的受力。固定墩與活動(dòng)墩墩底彎矩的比值在Taft波作用下為6.6，在天津波作用下為20.9；剪力比值在Taft波作用下為7.6，在天津波作用下為23。采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后，固定墩的地震響應(yīng)明顯降低，彎矩最大降低40.8%，剪力最大降低37.8%；活動(dòng)墩的地震響應(yīng)大幅增加，彎矩最大增幅為6.5倍，剪力最大增幅為5.4倍。固定墩與活動(dòng)墩墩底的內(nèi)力響應(yīng)比值也降低至2左右。裝置對(duì)于結(jié)構(gòu)的減震效果與協(xié)同受力效果起到了明顯作用。

圖5為兩種工況下，3條地震波作用下主梁梁端位移（2號(hào)固定墩墩頂位移）時(shí)程的對(duì)比曲線(xiàn)。可以看出，采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后對(duì)結(jié)構(gòu)梁端位移的控制會(huì)產(chǎn)生一定的效果，不同地震輸入特性的地震波的控制效果有所不同，其中El?Centro波作用下，結(jié)構(gòu)梁端位移減小約17%；Taft波作用下，結(jié)構(gòu)梁端位移增加約0.9%；天津波作用下，結(jié)構(gòu)梁端位移減小約41%。

4 影響參數(shù)分析

由質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的恢復(fù)力模型可以看出，裝置是由轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力作為纏繞索主動(dòng)端的拉力，通過(guò)纏繞索的放大作用實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的摩擦力，繼而提供一個(gè)較大的被動(dòng)端拉力。根據(jù)纏繞索機(jī)理和裝置恢復(fù)力模型可以看出，附加質(zhì)量、摩擦系數(shù)以及纏繞索纏繞圈數(shù)會(huì)對(duì)裝置被動(dòng)端拉力產(chǎn)生影響，且裝置被動(dòng)端拉力會(huì)隨摩擦系數(shù)和纏繞索纏繞圈數(shù)的變化而發(fā)生指數(shù)性變化。另外，為使裝置滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下溫度荷載等引起的緩慢變位的需求，需要給纏繞繩索一定初始松弛量。初始松弛量的設(shè)置需要綜合考慮結(jié)構(gòu)在正常狀態(tài)下由溫度、收縮、徐變、車(chē)輛制動(dòng)力等荷載引起的變位需求，結(jié)合結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)規(guī)律所確定。因此，為了研究裝置設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)及減震效果的影響，本文選取附加質(zhì)量、摩擦系數(shù)以及纏繞索初始間隙三個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。參數(shù)取值如表3所示。

4.1 附加質(zhì)量

附加質(zhì)量按照表3所示參數(shù)取值，其他參數(shù)為：質(zhì)量放大系數(shù)17、加速度閾值1 m/s²、纏繞圈數(shù)10圈、摩擦系數(shù)0.05、初始松弛間隙0.04 m。輸入表1所示的地震波進(jìn)行非線(xiàn)性時(shí)程分析，比較2號(hào)固定墩和3號(hào)活動(dòng)墩墩底彎矩響應(yīng)以及梁端位移響應(yīng)。

由圖6所示的2號(hào)固定墩墩底彎矩隨附加質(zhì)量的變化可知：采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后，隨著附加質(zhì)量的增加，質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置所提供的摩擦阻力越來(lái)越大，固定墩墩底彎矩地震響應(yīng)隨著附加質(zhì)量的增加總體呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。在不同頻譜特性的地震波輸入下，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)隨著附加質(zhì)量的增加呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。其中，在Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地El?Centro波和Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地Taft波作用下，固定墩墩底彎矩地震響應(yīng)受附加質(zhì)量影響并不明顯。在Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地天津波作用下，固定墩墩底彎矩響應(yīng)受附加質(zhì)量的影響較為明顯，在附加質(zhì)量為55200 kg時(shí)有一個(gè)明顯的減小趨勢(shì)，后呈現(xiàn)一個(gè)較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)。但在不同頻譜特性的地震波作用下，固定墩墩底彎矩響應(yīng)均小于未采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置時(shí)的地震響應(yīng)。結(jié)果表明，采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的連續(xù)梁橋可以有效地降低固定墩的地震響應(yīng)，但需要根據(jù)場(chǎng)地條件對(duì)附加質(zhì)量的取值范圍進(jìn)行分析，以確保結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)得到很好的控制。

由圖7可知，隨著附加質(zhì)量的增加，活動(dòng)墩墩底彎矩均呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)。說(shuō)明隨著附加質(zhì)量的增加，所需激起裝置的慣性力增大，在其他設(shè)計(jì)參數(shù)保持不變的前提下，進(jìn)而通過(guò)摩擦軸引起的附加摩擦力也增大，活動(dòng)墩以此摩擦力提供的剛度參與結(jié)構(gòu)縱向受力也就更多。質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置可以很好地協(xié)同活動(dòng)墩與固定墩之間的受力。

圖8給出了梁端位移隨附加質(zhì)量的變化趨勢(shì)，總體而言與墩底彎矩的變化類(lèi)似，即對(duì)于不同的地震波輸入，采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后，結(jié)構(gòu)的梁端位移響應(yīng)值均小于未采用裝置時(shí)的響應(yīng)值。不同輸入地震波特性的影響規(guī)律不同，在天津波作用下位移響應(yīng)的變化趨勢(shì)與El?Centro波和Taft波作用下不一致，隨著附加質(zhì)量的增加呈現(xiàn)先降后升的變化趨勢(shì)。

4.2 摩擦系數(shù)

摩擦系數(shù)按照表3所示參數(shù)取值，其他參數(shù)為：附加質(zhì)量20000 kg、質(zhì)量放大系數(shù)17、加速度閾值1 m/s²、纏繞圈數(shù)10圈、初始松弛間隙0.04 m。輸入表1所示的地震波進(jìn)行非線(xiàn)性時(shí)程分析，比較2號(hào)固定墩和3號(hào)活動(dòng)墩墩底彎矩響應(yīng)以及梁端位移響應(yīng)。

由圖9所示的2號(hào)固定墩墩底彎矩隨摩擦系數(shù)的變化可知：隨著摩擦系數(shù)的增加，繩索與摩擦軸之間的摩擦耗能逐步增加，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)隨著摩擦系數(shù)的增加總體呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。在不同頻譜特性的地震波輸入作用下，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的總體變化趨勢(shì)基本相似，但在Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地El?Centro波和Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地Taft波作用下，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)隨摩擦系數(shù)的變化并不十分明顯，減震率均在15%左右；反而在Ⅳ類(lèi)場(chǎng)地天津波作用下，結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)隨摩擦系數(shù)的增加而降低的趨勢(shì)較為明顯，摩擦系數(shù)為0.05時(shí)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與未采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的響應(yīng)相比，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)減震率在35%左右。不同頻譜特性的地震波輸入作用下，結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)隨摩擦系數(shù)的增加均體現(xiàn)出一定的減震效果。

由圖10所示3號(hào)活動(dòng)墩墩底彎矩隨摩擦系數(shù)的變化可知：隨著摩擦系數(shù)的增加，活動(dòng)墩墩底彎矩均呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)，且在3種地震波輸入下的變化趨勢(shì)基本相似。在摩擦系數(shù)取值為0.01～0.03時(shí)，曲線(xiàn)變化的幅度不大；當(dāng)摩擦系數(shù)取值大于0.03時(shí)，曲線(xiàn)的變化幅度較大，說(shuō)明摩擦系數(shù)對(duì)于活動(dòng)墩的彎矩地震響應(yīng)影響較大。

圖11給出了梁端位移隨摩擦系數(shù)的變化趨勢(shì)，總體而言與墩底彎矩的變化類(lèi)似，即對(duì)于不同的地震波輸入，采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后，結(jié)構(gòu)的梁端位移響應(yīng)值均小于未采用裝置時(shí)的響應(yīng)值。不同特性的地震波的影響規(guī)律不同，在El?Centro波和Taft波作用下，位移響應(yīng)隨著摩擦系數(shù)的增加呈現(xiàn)出逐步降低的趨勢(shì)，曲線(xiàn)總體變化趨勢(shì)較為平緩；而在天津波作用下，梁端位移響應(yīng)隨著摩擦系數(shù)增加的變化幅度較大，體現(xiàn)出了不同頻譜特性地震波作用效應(yīng)的不同。

4.3 初始松弛間隙

初始松弛間隙按照表3所示參數(shù)取值，其他參數(shù)為：附加質(zhì)量20000 kg、質(zhì)量放大系數(shù)17、加速度閾值1 m/s²、纏繞圈數(shù)10圈、摩擦系數(shù)0.05。輸入表1所示的地震波進(jìn)行非線(xiàn)性時(shí)程分析，比較2號(hào)固定墩和3號(hào)活動(dòng)墩墩底彎矩響應(yīng)以及梁端位移響應(yīng)。

由圖12所示的2號(hào)固定墩墩底彎矩隨初始松弛間隙的變化可知：采用質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置后，隨著初始松弛間隙的增加，在3種地震波輸入下的2號(hào)固定墩墩底彎矩均呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì)，即在質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置不設(shè)置初始間隙時(shí)，固定墩的地震響應(yīng)最小，后隨著初始間隙的增加，固定墩的地震響應(yīng)逐漸增加，但彎矩總體隨初始松弛間隙的變化并不明顯，總體增幅在10%左右。說(shuō)明初始間隙對(duì)于固定墩受力的影響并不十分明顯。

由圖13所示3號(hào)活動(dòng)墩墩底彎矩隨初始松馳間隙的變化可知：隨著初始松弛間隙的增加，活動(dòng)墩墩底彎矩均呈現(xiàn)逐步增加的趨勢(shì)，且在3種地震波輸入下的變化趨勢(shì)基本相似。當(dāng)初始松弛間隙取值大于0.02時(shí)，曲線(xiàn)的變化幅度較為平緩，說(shuō)明較大的初始松弛間隙對(duì)于活動(dòng)墩的彎矩地震響應(yīng)影響不太明顯。

圖14給出了梁端位移隨初始松弛間隙的變化趨勢(shì)。梁端位移隨初始松弛間隙的變化趨勢(shì)與墩底彎矩的變化趨勢(shì)類(lèi)似。

5 結(jié)""論

本文提出一種通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩端的附加質(zhì)量塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力作為纏繞索主動(dòng)端拉力，從而提供給結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的摩擦力，由此達(dá)到鎖定及摩擦耗能作用的質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置。該裝置既可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)在正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下溫度荷載等引起的緩慢變位需求，又可以達(dá)到在地震作用下各橋墩協(xié)同受力和限制位移的目的。基于一座三跨典型連續(xù)梁橋的數(shù)值模擬，探究了裝置的協(xié)同受力與減震效果，得到以下結(jié)論：

（1）質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置對(duì)于改善固定墩受力，發(fā)揮活動(dòng)墩抗震潛能，提升橋梁減震效果與協(xié)同受力效果起到了明顯作用。

（2）附加質(zhì)量對(duì)固定墩地震響應(yīng)和活動(dòng)墩分擔(dān)上部結(jié)構(gòu)縱向地震水平荷載的大小影響較為明顯，不同頻譜特性的地震波輸入下，附加質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)的影響效果不同，需要進(jìn)一步研究地震動(dòng)頻譜特性對(duì)質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的地震響應(yīng)的影響規(guī)律。

（3）結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)隨著摩擦系數(shù)的增加總體呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，從固定墩墩底地震響應(yīng)減震的角度來(lái)看，摩擦系數(shù)宜取較大值，但需要注意活動(dòng)墩的受力情況，避免造成活動(dòng)墩的損傷。設(shè)計(jì)時(shí)，需結(jié)合連續(xù)梁橋總體地震性能和地震輸入確定最優(yōu)的摩擦系數(shù)的取值。

（4）對(duì)于等墩高規(guī)則連續(xù)梁而言，在考慮常規(guī)荷載作用下結(jié)構(gòu)變位需求的基礎(chǔ)上，質(zhì)量轉(zhuǎn)動(dòng)纏繞索裝置的初始間隙對(duì)于結(jié)構(gòu)減震效果以及活動(dòng)墩的協(xié)同受力效果的影響并不十分明顯，因此，初始間隙取值范圍可以比較寬泛。

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Isolation effect and influence parameters of mass rotating wrap rope device for regular continuous girder bridge

LIU"Yan-fang^1，2，"ZHANG"Wen-xue¹，"DU"Xiu-li¹，"BAO"Wei-gang²

（1.College of Architecture and Civil Engineering，"Beijing University of Technology，"Beijing 100124 ，"China；"2.China Communications Construction Company Limited，"Beijing 100088，"China）

Abstract： In order to solve the problem of seismic design of continuous beam bridge in which the longitudinal seismic inertia force is only carried by the fixed pier，"the seismic potential of the movable pier is fully exerted with the same section as the fixed pier. Based on the principle of wrap rope，"the mass rotation wrap rope device excited by additional mass inertia force is developed to realize the cooperative force of fixed pier and movable pier and limit the relative displacement of beam end. Based on the working principle and structural characteristics of the device，"the restoring force model of the device is proposed，"and through a 3-span regular continuous beam bridge，"the finite element model of the whole bridge is established. The effects of additional mass，"friction coefficient and initial relaxation coefficient on the vibration reduction performance of continuous beam bridge are systematically analyzed. The results show that the effect of mass rotation wrap rope device on reducing the seismic response of fixed pier and lifting the movable pier to participate in the longitudinal whole cooperative force of continuous beam bridge is obvious. The influence of parameters of different seismic wave input characteristics is slightly different，"but reasonable design parameters of the device will produce a more obvious effect of shock absorption.

Key words： continuous girder bridge；mass rotation wrap rope device；damping effect；additional mass；friction coefficient；initial relaxation coefficient

作者簡(jiǎn)介： 劉延芳（1982—），男，博士研究生，教授級(jí)高級(jí)工程師。E-mail：sky722@163.com。