【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及桥梁工程结构减震，具体涉及一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法。
技术介绍
1、隔震设计通过预设隔震元件、延长结构周期，达到减小结构内力响应的目的，是桥梁抗震设计的重要技术途径。在常规的隔震设计中，通常采用支座作为隔震元件。在深水大跨连续刚构桥中，由于主墩与主梁采用固结连接，不便于采用隔震支座实现隔震设计，但深水大跨连续刚构桥一般采用高桩承台，无约束桩长较长，桩基抗侧移刚度较弱，可以起到延长结构的自振周期的作用，形成了“桩基隔震”。
2、工程界对桩基的隔震作用已经有了一定认识，通过上部结构质量-桥墩刚度-承台质量-桩基刚度的合理匹配，可将更多的地震能量转换为结构动能，进一步发挥“桩基隔震”的效果，但其探讨仍局限在定性层面。如何有效利用这一有益作用，优化结构设计，充分发挥桩基的隔震效果，仍缺乏理论上的研究和定量的计算方法。
技术实现思路
1、为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，解决深水大跨连续刚构桥的“桩基隔震”缺乏理论上的定量计算方法的问题。
2、一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，包括以下步骤：
3、步骤1：将深水大跨连续刚构桥模型简化为2自由度动力学模型；
4、步骤2：基于2自由度动力学模型设置优化目标函数；
5、步骤3：基于优化目标函数进行参数寻优获取最优频率比f，并根据最优频率比f计算修正桩基刚度kβ1；
6、步
7、优选的，所述步骤1包括：
8、步骤1.1：将深水大跨连续刚构桥模型简化为3自由度动力学模型；
9、步骤1.2：将3自由度模型简化2自由度模型。
10、优选的，所述步骤1.1包括：
11、设深水大跨连续刚构桥模型的群桩的抗推刚度为kp并通过位移法或有限元模拟法求解，可得等效惯性矩ip为：
12、
13、式中：lp、ep分别为桩基长度和弹模；
14、基于等效惯性矩将深水大跨连续刚构桥简化为3自由度动力学模型，其参数包括墩柱刚度、桩基刚度和质量参数，参数具体公式如下：
15、墩柱刚度包括墩柱顺桥向刚度和墩柱横桥向刚度：
16、
17、桩基刚度包括桩基顺桥向刚度k4和桩基横桥向刚度k5可选择通过力法或有限元方法计算；
18、主梁弯曲约束修正项
19、
20、墩顶质量：
21、
22、墩底质量：
23、
24、
25、式中，i2、i3为墩柱截面的截面惯性矩，i4、i5按式(1)计算，m1为桥左跨主梁质量和墩柱质量之和、m2为桥右跨主梁质量和墩柱质量之和、m3为桥左跨墩柱质量和桩基质量之和、m4为桥右跨墩柱质量和桩基质量之和、mb为主梁总质量，mp2，mp3分别为桥墩的质量，mp4、mp5分别为桩基的质量，l1为主梁的长度，l2、l3为桥墩的长度、l4、l5为桩基的长度、e1为主梁的弹模，e2、e3为桥墩的弹模、l4、l5为桩基的弹模；
26、所述3自由度模型的的质量矩阵m和刚度矩阵k为：
27、
28、
29、优选的，所述步骤1.2包括：假定深水大跨连续刚构桥模型为对称结构，即：e2i2＝e3i3，e4i4＝e5i5，m1＝m2，m3＝m4，l2＝l3，l4＝l5，则将3自由度模型进一步简化为2自由度模型，其质量矩阵m、刚度矩阵k分别如式(8)、(9)所示：
30、
31、
32、其中，
33、
34、mα＝m1+m2，mβ＝m3+m4 (11)
35、kα＝4(k2+k3) (12)
36、kβ＝k4+k5 (13)
37、其中，kα为2自由度墩柱集成的总刚度，kβ为2自由度墩柱集成的总刚度。
38、优选的，所述步骤2包括：
39、步骤2.1：基于2自由度模型构建2自由度体系运动方程；
40、步骤2.2：基于2自由度体系运动方程构建优化目标函数。
41、优选的，所述步骤2.1包括：考虑桥墩和桩基的阻尼，结构在p(t)作用下做随机振动，y1和y2表示为两自由度的相对于地基的位移时程函数，由直接平衡法可得2自由度模型的运动方程如下：
42、
43、
44、其中ci—结构阻尼系数；yi—质点相对位移；—质点相对速度；—质点相对加速度，p(t)为地面运动导致的惯性力，为随机激励，可分解为一系列简谐分量的叠加，即：
45、
46、对于任意一个频率分量θ，p(θ)(t)＝p0eiθt为简谐激励，所产生的位移y1(θ)(t)和y2(θ)(t)也为简谐变量，可表示为如下形式：
47、y1(θ)(t)＝y1eiθt,y2(θ)(t)＝y2eiθt (16)
48、将p(θ)(t)及式(16)带入式(14)可得
49、-mαθ2y1+cαiθ(y1-y2)+kα(y1-y2)＝p0
50、-mβθ2t2+cβiθy2+cαiθ(y2-y1)+kβyβ+kα(y2-y1)＝0
51、(17)
52、求解得到y1(t)和y2(t)的幅值分别为：
53、
54、
55、带入式(16)可得y1(θ)(t)和y2(θ)(t)，再将y1(θ)(t)和y2(θ)(t)分别在频域内求和可得y1(t)、y2(t)。
56、优选的，所述步骤2.2包括：将墩底弯矩作为评价结构整体响应的指标设为：
57、m(t)＝kαlα(y1-y2) (20)
58、对于任意一个频率分量θ，有
59、m(θ)(t)＝kαlα(y1(θ)(t)-y2(θ)(t)) (21)
60、将式(18)、(19)代入式(21)可得m(θ)(t)，并将其以传递函数h(θ)的形式表达为：
61、
62、其中，
63、
64、当m(t)的方差最小时，m(t)也最小，将方差设为：
65、σm2＝e[|m(t)|2] (24)
66、将式(23)代入并无量纲化可得方差的无量纲形式i:
67、
68、式中，g为地震激励与结构频率的比值h(g)为传递函数h(θ)的无量纲形式:
69、
70、其中，
71、
72、
73、式(26)中μ表示承台与主梁等效质点的质量比，ωα表示主梁和桥墩的固有振动频率，ωβ表示承台和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1.1包括：
4.根据权利要求3所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1.2包括：假定深水大跨连续刚构桥模型为对称结构，即：E2I2＝E3I3，E4I4＝E5I5，m1＝m2，m3＝m4，L2＝L3，L4＝L5，则将3自由度模型进一步简化为2自由度模型，其质量矩阵M、刚度矩阵K分别如式(8)、(9)所示：
5.根据权利要求4所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤2包括：
6.根据权利要求5所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤2.1包括：考虑桥墩和桩基的阻尼，结构在P(t)作用下做随机振动，y1和y2表示为两自由度的相对于地基的位移时程函数，由直接平衡法可得
7.根据权利要求6所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤2.2包括：将墩底弯矩作为评价结构整体响应的指标设为：
8.根据权利要求7所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤3包括：通过采用枚举法对方差寻优，将方差最小时的每个质量比μ对应的最优频率比f找出进行曲线拟合得到最优频率比f的显示表达式：
9.根据权利要求8所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述枚举法的寻优流程如下：
10.根据权利要求8所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤4包括：
...【技术特征摘要】
1.一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求2所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1.1包括：
4.根据权利要求3所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤1.2包括：假定深水大跨连续刚构桥模型为对称结构，即：e2i2＝e3i3，e4i4＝e5i5，m1＝m2，m3＝m4，l2＝l3，l4＝l5，则将3自由度模型进一步简化为2自由度模型，其质量矩阵m、刚度矩阵k分别如式(8)、(9)所示：
5.根据权利要求4所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔震的调谐减震方法，其特征在于，所述步骤2包括：
6.根据权利要求5所述的一种深水大跨连续刚构桥桩基隔...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵灿晖，袁小聪，王睿鹏，周泳涛，肖仕周，邓开来，杜泽洪，陈毅，张烨欣，
申请(专利权)人：中国路桥工程有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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