0 引言

自锚式悬索桥作为一种特殊的悬索桥桥型,以其结构造型美观,经济效能好,对地形和地质状况适应性强等优点,受到越来越多的工程师的青睐,成为城市市区中小跨径桥梁极具竞争力的桥型[1-2]。其中混凝土自锚式悬索桥主缆锚固于混凝土加劲梁上,主缆产生的水平力给混凝土加劲梁施加了预压力,其受力体系及施工方法与传统地锚式悬索桥有很大差别[3]。在悬索桥设计中,为了减小温度效应,平衡塔柱受力,双塔或多塔的悬索桥一般采用纵向漂浮或半漂浮体系,支座也多为双向活动支座[4]。而混凝土自锚式悬索桥中主梁质量较大,其纵向和横向约束能力有限,在地震作用下主梁和主塔将发生较大的地震响应。因此,采用合理的计算模型对结构进行动力特性分析,根据分析得到的结构位移及内力响应,寻求有效的减震耗能措施成为混凝土自锚式悬索桥抗震设计中的重要工作。

在各种减震控制技术中,横桥向抗震多采取抗震挡块的方式,通过调整挡块刚度满足抗震设计的要求[5-6],而顺桥向抗震可通过安装粘滞阻尼器提高结构的阻尼,达到有效抑制地震响应的目的[7-9]。基于设计的大连金渤海岸世茂1号桥,采用非线性时程分析的方法,研究了横向橡胶挡块刚度和纵向粘滞阻尼器参数对三塔混凝土自锚式悬索桥的地震响应的影响,并提出了合理的减震装置参数,为同类桥梁的抗震设计提供了一些参考。

1 工程背景

大连金渤海岸世茂1号桥位于辽宁省大连市渤海大道金州段,是一座三塔双索面混凝土自锚式悬索桥,采用塔墩固结、塔梁分离的结构,跨径布置为47m+90m+90m+47m,桥宽30m,其总体布置如图1所示。主缆成桥状态矢跨比为1∶6.5,理论矢高13.84m,主缆采用对称布置,每个索面横桥向布置两根主缆,两根主缆中心距27.5cm,在梁端的主缆锚固点,中心间距变为1.2m。加劲梁采用混凝土单箱双室结构,梁高2m,顶板设有双向1.5%的横坡,底板底面水平。索塔采用矩形变截面混凝土结构,为方便支座及减隔震装置的安装,桥面以下的塔身在横桥向加宽,塔底顺桥向宽度为3.95m,横桥向宽度为4m,索塔基础采用圆形扩大基础。抗震设计中,在边塔内壁与主梁间安装横向橡胶挡块,在中塔侧壁与主梁间设置顺桥向粘滞阻尼器。

HPV属于乳头多瘤空泡病毒科(Papovaviridae)的乳头瘤空泡病毒A属，是一种无包膜的正十二面体球形小DNA病毒，会感染人体的皮肤及黏膜上皮组织，不仅会引发宫颈癌，还可能造成扁桃体癌、口腔癌、喉癌、鼻腔内癌以及食道癌等各种严重疾病。

2 结构动力计算模型及模态分析

2.1 结构有限元模型

基于MIDAS建立三塔自锚式悬索桥的脊梁模型[10],如图2所示。混凝土加劲梁与索塔采用梁单元模拟,主缆和吊杆采用MIDAS中只受拉单元模拟。主缆和吊杆单元的几何初始刚度按照成桥阶段初始平衡的内力状态输入。主塔与加劲梁间的约束采用弹性连接模拟。为防止刚臂过多干扰结构自振频率的计算,加劲梁与吊杆间的约束采用弹性连接中的刚性连接模拟,边跨主缆端部也采用刚性连接锚固于加劲梁上。由于成桥后索鞍和索夹采用固结方式,因此主塔和主缆、吊索和主缆的连接处选择共用一个节点。索塔采用扩大基础,基础坐落在坚硬的岩石上,因此忽略土-桩-结构相互作用的影响,桥塔底部完全固结。在成桥阶段静力分析的基础上对结构进行非线性时程分析,模型中采用Rayleigh法计算阻尼,采用Lanczos法分析桥型的前200阶振型和频率。结构的前6阶振型及频率如图3所示。

项目划分是施工质量评定的框架。目前，工程施工质量项目划分存在不少问题，不利于有效地实施工程施工质量管理。例如：工程项目未按程序进行划分和申报，甚至个别工程项目由施工单位提出划分意见后，未报监理单位、建设单位、质量监督机构确认，造成了划分不当、无法进行质量评定等状况；项目划分中单元、分部、单位工程名称与施工合同、设计文件中的名称不一致，造成检测、评定资料和总结报告中出现一个项目多个名称现象；工程未按项目划分进行质量检测、评定和资料存放，项目划分与资料整编不统一，甚至出现一个分部工程中含有另一个分部工程的单元工程，使质量评定无法进行。

抗震时程分析中,地震波的选择应按照《公路桥梁抗震设计细则(JTGTB02-01-2008)》的要求。设计的金渤海岸世茂1号桥,抗震设防烈度7°,按8°设防,设计基本地震加速度为0.15g,场地类别为Ⅱ类。地震波采用人工拟合的设计地震波,地震波持续时间30s,时程分析步长0.01s。地震波加速度时程曲线如图4所示。

图1 桥型总体布置图

图2 有限元模型

图3 结构前6阶模态

由粘滞性阻尼器的理论公式可知,粘滞性阻尼器的减震效果主要由阻尼系数C和速度指数α决定。从抗震的角度出发,阻尼器的速度指数α的常用取值范围为0.1～1.0。本研究设定α=0.2、0.3、0.4、0.5、0.6五个值,阻尼系数设定为0、1000、2000、3000、4000、5000共6个值,其中阻尼系数等于零相当于无阻尼器,总共30组参数。通过分析各个参数下桥梁在纵向地震波作用下的地震响应,以结构主要受力构件的位移和内力最小化为标准,寻找粘滞性阻尼器的合理参数。

一般来说,横向抗震挡块的横向刚度和屈服力对桥塔或墩柱的横向地震反应有重要影响[ 6]。如果横向抗震挡块的刚度相当大,那么桥梁上部结构产生的大部分地震惯性力将直接传递到桥塔和地基,对桥梁的下部结构造成严重损伤。但如果横向地震挡块太过薄弱,主梁和桥塔之间无有效的侧向约束,将会造成主梁过大的侧向位移,产生落梁等其他危害。因此,确定横向抗震挡块的合理刚度对于三塔混凝土自锚式悬索桥的横向抗震是非常重要的。

2.2 地震动输入

知识服务是出版社转型升级的最终目标。[2]转型升级工程推进以来，共遴选出110家知识服务模式试点单位，包含专业组和综合组，组建了国家知识资源服务中心，有效聚集了专业领域内容资源，夯实了国家知识服务体系建设基础，制定了8项知识服务团体标准，正在研制7项知识服务国家标准。AR知识服务、智能知识服务、大数据知识服务等知识服务的新模式、新业态、新路径正在探索和逐步见效。

图4 人工拟合地震波加速度时程曲线图

3 桥梁减震控制参数研究

F=Cvα

3.1 横向抗震挡块刚度

本系统由个人健康档案、疾病风险预警、健康干预、健康宣教、用药管理、系统管理五个部分组成。个人健康档案模块主要功能包括患者基本信息、历史体检信息、日常监测信息、随访记录。预警管理模块主要功能包括自定义预警值、预警信息推送、历史监测结果与预警值对比图、预警记录查询。健康评估模块主要功能包括疾病风险评估报告、健康促进报告。用药管理模块主要功能包括用药计划设置和管理、用药提醒、用药后签到、用药历史查询。健康宣教模块主要功能包括多媒体健康信息推送、健康互动小游戏、带学习功能的调查问卷。系统管理模块主要功能包括医生账户管理、患者账户管理、疾病类别管理、疾病级别管理。

对比不同横向抗震挡块刚度对应的桥梁横向振型,可以看出横向抗震挡块的刚度在一定程度上会影响桥梁的横向振型,且只有当挡块的刚度超过某一数值时,桥梁的横向振型才会趋于稳定。在本例的桥型结构中,当横向抗震挡块的刚度超过100000kN/m后,桥梁的横向振型基本保持不变。因此,在最优挡块刚度的研究中,横向抗震挡块刚度的研究范围取100000～4000000kN/m,地震响应结果只关注桥梁在横向地震作用下的位移和内力。横向抗震挡块刚度的变化对桥梁横桥向地震响应的影响如图5所示。

图5 横向橡胶抗震挡块刚度对地震响应的影响

粘滞阻尼器由于具有阻尼系数调幅大、应用频域范围宽、施工维修方便等优势,在桥梁抗震加固中得到了广泛的应用。著名的流体阻尼器研究和制造公司—美国泰勒公司给出的公式为：

3.2 粘滞阻尼器参数

由图5可知,抗震挡块的刚度对加劲梁梁端横向位移、中塔塔顶横向位移和塔底内力、边塔塔顶横向位移和塔底内力峰值的影响并不是单调关系：中塔塔顶横向位移和塔底内力随着挡块刚度的变化基本保持稳定；挡块刚度小于800MN/m时,加劲梁梁端位移随着横向抗震挡块刚度的增加逐渐减小,而边塔塔顶横向位移和塔底内力基本不受挡块刚度的影响；当挡块刚度大于800MN/m后,加劲梁梁端横向位移、边塔塔顶位移和塔底内力随挡块刚度增大呈线性增加,但当挡块刚度达到1600MN/m后,加劲梁和边塔地震响应基本保持稳定。由于横向抗震挡块仅布置在边塔处,故对中塔横桥向的地震响应影响很小。因为抗震挡块的作用相当于增加了桥梁横桥向的弹性支撑,加强了桥的横向约束,可减小梁端横向位移。但当横向抗震挡块刚度增大到一定程度时,会有更多的地震惯性力直接传递给边塔,增加边塔的塔底内力和塔顶横向位移。且边塔塔顶横向位移又通过主缆和吊杆的作用增大了加劲梁的横向位移,从而呈现出图5中的位移变化曲线。因此,为了控制主梁的横向位移,而又不至于致使桥塔的受力过大,此三塔混凝土自锚式悬索桥的横向抗震挡块最优刚度范围为600～900MN/m。

在本桥的抗震设计中,为了约束地震作用下结构的位移,保证主要受力构件的安全,横向抗震方案采用边塔布置横向橡胶抗震挡块,纵向抗震方案采用中塔安装粘滞阻尼器。采用一致地震输入,在模型中输入横向和纵向地震波,分别研究横向抗震挡块刚度和粘滞阻尼器参数对三塔混凝土自锚式悬索桥地震响应的影响,并提出适用于该类场地的最优抗震参数。主要考察的物理量是：主梁的梁端位移、中塔的塔底剪力和弯矩、边塔的塔底剪力和弯矩。

式中：F 为阻尼力；C为阻尼系数；v表示活塞的运动速度；α是速度指数,描述阻尼器非线性特征的主要参数,当α=1时,为线性粘滞阻尼器,当α<1时,为非线性粘滞阻尼器,当α>1时,为超线性粘滞阻尼器。

由模态分析可知,三塔混凝土自锚式悬索桥的低阶振型主要有主梁纵飘、主梁竖弯以及主梁侧弯振型,说明主梁纵向约束较弱,抗弯刚度较低,且自锚式悬索桥主梁承受主缆巨大的水平力,使得主梁的切线刚度降低,则主梁竖向振动的振型出现较早。

中国特色社会主义道路，展开来说，是由一系列具体道路共同构成的道路体系。从目前党的文献来看，涉及的具体道路主要包括：中国特色社会主义政治发展道路；中国特色社会主义文化发展道路；中国特色社会主义新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路；中国特色社会主义自主创新道路；中国特色反腐倡廉道路；和平发展道路；等等。这些具体道路，进一步丰富了党对中国特色社会主义道路的认识。

如图6～图7所示,阻尼系数C对桥梁地震响应的影响明显：当速度指数不变时,随着阻尼系数C的增加,梁端顺桥向位移、中塔塔顶顺桥向位移和塔底弯矩、边塔塔顶顺桥向位移和塔底弯矩呈单调减小,但其减小的速率随阻尼系数C的增大而减缓；当阻尼系数C不变时,梁端顺桥向位移、中塔塔顶顺桥向位移和塔底弯矩、边塔塔顶顺桥向位移和塔底弯矩随着速度指数α的增大呈线性增加,并且阻尼系数C越大,桥梁位移与塔底弯矩增大的速率越块；速度指数α越小,阻尼系数C对桥梁位移与塔底弯矩的影响越大,阻尼系数C越小,速度指数α对桥梁位移与塔底弯矩的影响越小。从以上规律可知速度指数α越小,阻尼系数C越大,粘滞阻尼器的减震效果越好。

中塔的塔底剪力变化较为复杂,因为中塔安装有粘滞阻尼器,阻尼器产生的阻尼力会增加中塔的塔底剪力,而阻尼器的减震效果又会降低中塔的塔底剪力。从图8中可看出,在速度指数α一定的前提下,阻尼系数C<3000kN/(m/s)时中塔塔底剪力随阻尼系数C的增大而增大,而当阻尼系数C>3000kN/(m/s)时中塔塔底剪力呈现两种规律,一是中塔塔底剪力保持稳定不变,二是中塔塔底剪力大幅度增长。而边塔塔底剪力只受阻尼器的减震作用影响,变化规律类似于边塔塔底弯矩。因此在选择阻尼器参数时,应关注桥塔的抗剪能力要求。

图6 阻尼器参数对位移峰值响应影响

图7 阻尼器参数对桥塔塔底弯矩峰值响应的影响

图8 阻尼器参数对桥塔塔底弯矩峰值响应的影响

为了选择粘滞阻尼器合适的参数范围,粘滞阻尼器的阻尼效果和塔架的内力是我们关注的重点。经桥塔M-ф(弯矩-曲率)曲线计算结果可知,此三塔混凝土自锚式悬索桥的边塔塔底等效屈服弯矩为147329kN·m,中塔塔底等效屈服弯矩为149047kN·m。因此综合考虑粘滞阻尼器参数的影响规律,从而充分发挥粘滞阻尼器的阻尼减震功能,平衡三塔的地震响应,可选取C=3000～4000kN/(m/s),α=0.3～0.4作为最优参数,减震效果较为显著。

4 结论

(1)横向橡胶抗震挡块刚度对于三塔混凝土自锚式悬索桥的横桥向振型和地震响应有很大的影响。中塔地震响应随着橡胶挡块刚度的变化基本保持稳定；当橡胶挡块刚度小于800MN/m时,加劲梁梁端横向位移随着横向橡胶挡块刚度的增加逐渐减小,而边塔的地震响应基本不受橡胶挡块刚度的影响；当橡胶挡块刚度大于800MN/m后,加劲梁梁端横向位移和边塔地震响应随橡胶挡块刚度增大呈线性增加,但当橡胶挡块刚度达到1600MN/m后,加劲梁和边塔地震响应基本保持稳定。因此,横向橡胶挡块的最优刚度范围为600～900MN/m。

(2)安装粘滞阻尼器的桥塔受力比较复杂,一方面承受更多的桥梁上部结构的地震惯性力,另一方面因粘滞阻尼器的减震效果降低了地震响应。因此在选择阻尼器参数时,应关注安装阻尼器的桥塔的承载能力要求。

(3)阻尼系数C和速度指数α对粘滞阻尼器的减震效果有较大的影响,速度指数α越小,阻尼系数C越大,粘滞阻尼器的减震效果越好。本桥例选取C=3000～4000 kN/(m/s),α=0.3～0.4作为最优粘滞阻尼器参数。

2.2 不同b值下的诊断指标 对不同b值下肺部结节良恶性的相关诊断指标进行统计，结果显示，b值为400 s/mm2时特异度、准确度、阳性预测值、阴性预测值均为最高，而b值为400或800 s/mm2时，其敏感度均为91.28%，不同b值间敏感度相比较差异均有统计学意义(P<0.05)，见表2。

参考文献

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