中 国 地 震 局 工 程 力 学 研 究 所硕 士 学 位 论 文应 用 新 型 拟 线 性 变 摩 擦 滞 回 阻 尼 器 的 大 跨 度 悬 索 桥 地 震 响 应 分析 与 减 震 控 制 研 究姓 名 ： 林 能 辉申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 防 灾 减 灾 工 程 及 防 护 工 程指 导 教 师 ： 胡 聿 贤2011-05摘 要摘 要随 着 社 会 的 进 步 ， 技 术 的 提 升 ， 大 跨 度 悬 索 桥 桥 梁 发 展 迅 速 ， 这 些 大跨 桥 梁 是 交 通 运 输 的 枢 纽 工 程 ， 对 国 民 经 济 有 着 重 大 影 响 ， 在 地 震 中 一 旦遭 遇 破 坏 ， 将 会 造 成 巨 大 的 损 失 ， 因 此 在 悬 索 桥 设 计 和 分 析 过 程 中 实 施 抗震 措 施 和 设 防 是 很 有 必 要 的 ，而 对 其 实 施 振 动 控 制 又 是 最 为 有 效 的 方 法 之一 ，为 了 保 证 桥 梁 的 使 用 寿 命 ，安 全 性 ，保 护 国 家 人 民 的 财 产 和 生 命 安 全 ，对 大 跨 悬 索 桥 进 行 减 震 控 制 研 究 是 非 常 必 要 和 有 意 义 的 课 题 。对 桥 梁 实 施 减 震 控 制 有 很 多 方 法 ，本 文 利 用 新 开 发 的 一 种 新 型 拟 线 性滞 回 变 摩 擦 阻 尼 器 来 实 施 对 悬 索 桥 的 振 动 控 制 。新 型 拟 线 性 滞 回 变 摩 擦 阻尼 器 是 一 类 位 移 相 关 变 摩 擦 阻 尼 器 ， 其 构 造 十 分 简 单 ， 价 格 性 能 比 好 ， 很适 合 在 各 类 建 筑 结 构 中 使 用 。 该 新 型 减 震 装 置 具 有 统 一 的 摩 擦 系 数 ， 通 过改 变 套 筒 的 内 径 使 内 部 摩 擦 环 在 移 动 过 程 中 与 套 筒 内 壁 之 间 摩 擦 力 的 大小 与 其 位 移 幅 值 成 正 比 ， 摩 擦 力 方 向 与 速 度 相 同 ， 从 而 产 生 近 似 线 性 的 滞回 阻 尼 特 征 ， 能 够 同 时 满 足 大 吨 位 和 大 位 移 的 要 求 ， 其 滞 回 曲 线 的 耗 能 能力 较 强 ， 本 文 主 要 完 成 了 下 列 一 些 工 作 内 容 ；1.在 前 人 的 基 础 上 总 结 了 悬 索 桥 的 结 构 特 点 和 震 害 特 点 ， 并 列 举 了 桥梁 结 构 控 制 的 几 种 常 用 方 法 。2.介 绍 了 新 开 发 的 一 种 新 型 拟 线 性 滞 回 变 摩 擦 阻 尼 器 ， 阐 述 了 其 滞 回特 性 以 及 力 学 性 质 ， 并 给 出 该 阻 尼 器 的 加 载 卸 载 实 验 过 程 和 结 果 。 基 于 有限 元 程 序 ANSYS 用 户 自 定 义 USERMAT 接 口 进 行 了 二 次 开 发 ， 实 现 了 新型 拟 线 性 滞 回 变 摩 擦 阻 尼 器 的 变 刚 度 特 性 和 滞 回 特 性 用 于 数 值 模 拟 ，首 次在 商 业 有 限 元 软 件 里 实 现 了 含 负 刚 度 特 性 的 的 非 线 性 滞 回 曲 线 ，便 于 在 使用 该 阻 尼 器 于 结 构 之 上 时 可 直 接 调 用 该 滞 回 模 型 ，以 推 广 该 阻 尼 器 在 工 程结 构 上 的 应 用 。3.以 某 大 跨 度 悬 索 桥 为 研 究 对 象 ， 对 大 型 地 锚 式 悬 索 桥 进 行 模 态 分析 ， 分 析 了 该 悬 索 桥 的 结 构 自 振 特 性 及 地 震 响 应 的 影 响 。4.将 该 新 型 拟 线 性 滞 回 变 摩 擦 阻 尼 器 用 于 大 跨 度 地 锚 式 悬 索 桥 ， 对 比粘 滞 阻 尼 器 进 行 减 震 ， 总 结 新 型 拟 线 性 滞 回 变 摩 擦 阻 尼 器 的 减 震 规 律 ， 并对 减 震 效 果 进 行 分 析 和 总 结 。关 键 词 ： 新 型 拟 线 性 变 摩 擦 滞 回 阻 尼 器 ； 负 刚 度 特 性 ； 大 跨 度 悬 索 桥 ； 结构 振 动 控 制 ； 有 限 元 程 序 ； ANSYS 二 次 开 发IABSTRACTABSTRACTWith the progress of society and the development of technology,large-span suspension bridges develop rapidly. Large-span bridges aretransportation junctions, have huge impact on the national economy, it resultsin huge losses once they are damaged by earthquakes, thus, it is necessary toconsider and implement seismic measures and fortification againstearthquakes while designing and analyzing suspension bridges, vibrationcontrol is one of the most effective way among them. In order to ensure thelife, safety of the bridges, to protect national property and lives of the people,it is necessary and significant to do research on the subject of vibrationresponse control of large-span suspension bridges.There are many ways to implement vibration control of bridges. We use anew type of pseudo-linear hysteretic curve damper with friction-variablecharacteristics which developed by our research group to control seismicresponse of large-span ground-anchored suspension bridges. The new typeof pseudo-linear hysteretic curve damper with friction-variable characteristicsis a kind of displacement-related friction-variable damper, it structures simple,price-to-performance ratio is good, it can be used in all types of structure.This new kind of damping device has a uniform friction coefficient, thefriction force between the inner friction ring and the inner wall of the sleevecylinder while the ring moves is proportional to the displacement amplitudeby changing the inside diameter of the sleeve cylinder, the direction of frictionis the same as the velocitys, thus it can express a approximate linearhysteretic damping characteristics, the ability of energy dissipation providedby the hysteretic curve is strong. The main contents of this dissertation aredescribed as follows:1. Based on the previous research achievements in this field, structuralfeatures and earthquake damage features of suspension bridges are discussedand summarized, several commonly used ways of bridge structures control areenumerated.2. A new type of pseudo-linear hysteretic curve damper withfriction-variable characteristics are presented and introduced, the hystereticcharacteristics and mechanical properties of the damper are shown, theloading and unloading experiment results of the damper are given. Based onANSYS material subroutine (USERMAT) and secondary-developmentfunction of ANSYS, the new type of pseudo-linear hysteretic curve damperwith friction-variable characteristics hysteretic model subroutine is developedwhich can adjust its hysteretic and negative stiffness characteristics.Hysteretic curve with negative-stiffness characteristics is realized for the firsttime, the new characteristics of the damper can be used in numericalsimulation by calling the user-defined subroutine in custom-created ANSYS.III中 国 地 震 局 工 程 力 学 研 究 所 硕 士 学 位 论 文User can directly install the new type of pseudo-linear hysteretic curvedamper with friction-variable characteristics into bridge structures by usingthe subroutine which can popularize its application into engineeringstructures.3. On the basis of a large-span ground-anchored suspension brid