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摘要：大跨度桥梁作为交通枢纽和生命线工程，其抗震性能一直是工程界关注的焦点。和一般跨度的桥梁相比，大跨度桥梁的抗震设计有许多问题还需要进一步研究，从而为完善大跨度桥梁的抗震设计规范提供必要的理论依据。
0引言
到目前为止，结构控制的研究，尤其是主动控制、半主动控制和混合控制的研究，多以高层建筑为主要应用对象。大跨度桥梁作为交通枢纽和生命线工程，振动问题不仅关系到其正常安全运营，而且关系到震后救援工作能否顺利进行。由于主动控制需要系统各元件长期保持可靠性和电力系统的保证，这一点在地震发生时是难以保证的，而且地震等破坏因素为偶然事件，从经济角度考虑，目前iCgadallZ提出了一个两自由度的尾流驰振模型，maguhci曾做过大量试验讨论了斜拉桥拉索产生尾流驰振的可能性。lAanDvaenPort指出,对斜拉桥的两平行索面,阵风击打上、下两排索面的时间差为B/V(B为两索面的间距,V为风速)。
1桥梁震动控制方法研究现状
引起斜拉桥拉索振动的原因很多,由于斜拉索的振动而导致桥梁破坏或防碍交通运营的现象经常发生。因此,如何有效控制拉索的振动,是一个极具挑战性的课题,许多研究者为此做了大量的工作,取得了较好的效果。控制拉索振动的方法包括:在斜拉索之间增设附加索;改变拉索表面形状以改变索的空气动力特性;在索近端部增设被动、主动或半主动阻尼器;主动控制索的轴向张拉力等方法。
1.1被动控制
增设附加索可以使索的振动特性得到改变,从而使索的固有振动频率位于可能引起拉索大幅振动的激励频率范围之外,具有较好的控制效果,如,荷兰鹿特丹的ErasmuS大桥,法国的Normandie大桥及日本的Yobuk。大桥等都采用了这种方法,但这种方法使桥梁的美观遭到破坏,应用受到限制。通过改变索的表面形状而改变索的空气动力特性,可以有效的抑制拉索由风雨激励引起的振动,主要方法包括:使索的截面形状为多边形、在索外套管上绕金属线、在索表面打孔或挖凹糟等,其目的在于阻止在索表面形成雨流,从而避免风雨振动,但应该指出的是,使用这种方法必须对索的风雨振动机理有清楚的认识,否则,将增加阻力系数产生更激烈的振动。被动控制系统不需外部提供能源,又称无源控制,它是由于结构的振动使控制系统被动的产生控制力,使结构振动得到控制。对斜拉桥上的拉索,通常使用粘弹性阻尼器为控制设备,目前国内外应用较多的粘弹性阻尼器有油阻尼器及高效橡胶阻尼器。将阻尼器安装在索与桥面锚固点的一定距离处,这个距离一般在5%以内,由于这种方法实现容易且对大多数斜拉索有较好的效果,因此这种方法是最早也是应用最广泛的控制方法之一。例如:法国的Brotone、美国佛罗里达州的sunhsineSkyway、日本的iAatsu及我国的钱塘江三桥均按装了粘弹性油阻尼器,使索的振动得到了有效的控制。阻尼器提供给索的控制力是安装阻尼器处索的振动响应的函数,对油阻尼器来说,它是速度响应的函数。Pacheco等由标准弦方程,用弦的振动模态。
1.2半被动控制
MR阻尼器的半主动控制在实际工程中的应用还很少,更多的是处于理论及实验研究阶段。Spencer和Dyke等对MR阻尼器在土木工程中的应用开展了很多的实验及理论研究,尤其在结构抗震方面做了大量的创新工作。介绍了四种针对MR阻尼器的半主动控制算法,并用各种算法对一个缩尺的6层建筑模型进行了实验及理论分析,H.iL等依据最大能量耗散准则对半主动流体阻尼器提出了一种控制算法,研究结果表明,阻尼器的电压需要固定在最大或最小值。Johsnon等对斜拉索的半主动控制进行了系列的研究,采用包括一个静挠度模态在内的标准弦振动模态,用Galer方法将偏微分方程转化为常微分方程,用LQR(LienarQuadraticRegulator)最优控制算法对斜拉索进行了被动、主动、半主动控制研究,结果表明半主动控制与最优的被动控制相比,可以使振动响应减小5%0~80%。但是,JohnS0n及Li均采用理想的半主动控制设备,并没有针对具体的半主动阻尼器。
1.3主动控制
主动控制系统通过向系统输入能量来产生控制力，从而减小结构的动力响应，20 世纪 80 年代后期开始应用于实际工程。主动调谐质量阻尼器（A-TMD）是在P-TMD的基础上增加了主动控制系统而形成的。通过施加主动控制力，克服TMD系统对地震运动频率特性敏感的缺点，从而提高减震效果。施加控制力的设备主要有电液伺服激振装置和伺服电机激振装置等。世界上首例A-TMD应用于工程实际是日本京都成和大厦（1990年8月，地下1层地上11层，顶部两台TMD分别控制水平和扭转振动，风速为20m/s时，顶层位移减少50%~60%）；其他应用还有东京的C办公大楼（1993年，高130m，TMD200t）、地震观测试验楼（TMD6t，顶部位移减少25%）、我国南京电视塔的风振控制等。主动锚索控制（Active Tendon Control）主要是通过改变锚索的拉力从而改变结构的运动特性。主动锚索控制在高耸结构、高层建筑中应用的理论与模型实验研究已相当成熟。建筑层间相对位移很大时锚索张紧，张紧后的锚索作为斜向支撑可以约束层间位移。在大跨度斜拉桥和悬索桥中，主动锚索控制系统主要安装在拉索的锚固端附近，通过改变索的拉力来改变索的运动特性，从而控制整个桥梁的振动。
2研究不足与问题
随着大跨度桥梁在全球的迅速发展，其抗震性能越来越受到工程界的普遍关注。在多点激励地震输入、随机振动分析方法和结构控制等研究领域，虽然已经进行了三十多年的研究，也取得了不少的研究成果，但要实现其工程应用，并最终被纳入大跨度桥梁的抗震设计规范，有许多问题还需要作更深入的研究。
2.1地震地面运动模拟问题
大跨度桥梁的地震反应分析必须以地震地面运动特性（幅值、频谱特性和持续时间）为依据，建立合理的地震输入模式。目前多点激励地震反应分析的时域方法中常用的行波激励法只有相位特征，没有波形变化，而频域方法则需要合理的相干函数和视波速作为前提。
2.2关于大跨度桥梁地震反应分析方法的研究
目前工程上常用的仍然是时程分析方法，虽然可以考虑多点激励效应的影响，但由于输入的地震波是确定性的，不同地震波会导致不同的计算结果，为了寻求一个具有统计意义的结果，必须选用多条地震波进行计算，计算量无法控制。如何选择少量的有代表性的地震地面运动时程，使得这些时程的计算结果能够包络桥梁体系的地震反应是值得深入研究的问题
3总结
在结构抗震研究领域，寻求有效的方法抵抗地震作用对结构的破坏一直是研究的主要课题。大跨度桥梁作为交通枢纽和生命线工程，其抗震性能的研究历来是工程界关注的焦点。随着新型桥梁结构形式的出现和施工技术的不断提高，桥梁建设的跨度越来越大，整体刚度越来越柔，在强震作用下，大跨度桥梁结构的位移越来越受到工程设计人员的关心，并逐渐成为大跨度桥梁抗震设计的控制因素。在强震作用下，采取何种措施，控制结构不致产生过大的变形，已经成为大跨度桥梁抗震设计的关键问题之一。
参考文献
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