斜拉橋阻尼器的應(yīng)用

1、斜拉橋阻尼器的應(yīng)用摘要：本文介紹了目前國內(nèi)外使用的斜拉橋阻尼器， 并且調(diào)查了各種阻尼器在國內(nèi)外橋梁上的使用情況，將其與 橋梁的基本信息一起列出，使得讀者能同時(shí)了解多種斜拉橋 阻尼器的特點(diǎn)，以及現(xiàn)階段各種阻尼器在國內(nèi)外橋梁上的使 用情況，以供在選擇斜拉橋阻尼器時(shí)起到參考作用。關(guān)鍵詞：橋梁工程 斜拉橋 拉索減振 阻尼器Abstract: the paper introduces the use of cable-stayed bridge damper at home and abroad, and the investigation of damper on both at home and a

2、broad and the use of bridge, the bridge and the basic information of the list together, so that the reader can also understand many cable-stayed bridge damper characteristic, as well as all kinds of damper at home and abroad at present in the use of the bridge, for in the choice of cable-stayed brid

3、ge damper can reference function.Keywords: bridge engineering cable-stayed Bridges of reducing vibration damper中圖分類號： TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：、八 、-前言大跨徑斜拉橋的拉索由于長細(xì)比大 ,因而固有頻率和模 態(tài)阻尼比很低 , 在外部激勵(lì)下極易振動(dòng)。特別是風(fēng)雨激振時(shí) 拉索發(fā)生的令人吃驚的大幅振動(dòng)。目前 , 拉索的大幅振動(dòng)已 成為斜拉橋建造中亟待研究解決的關(guān)鍵問題之一,深入進(jìn)行斜拉索振動(dòng)及減振機(jī)理的研究，尋求經(jīng)濟(jì)、合理、美觀的減 振措施和裝置是必須面臨的一個(gè)重要而緊

4、迫的任務(wù)。隨著對 斜拉橋拉索振動(dòng)控制的重視，愈來愈多的橋梁在設(shè)計(jì)階段已 開展了斜拉索減振措施和裝置的研究。1. 斜拉索的減振措施 斜拉索的振動(dòng)都是由外部激勵(lì)引起的 ,而振動(dòng)的劇烈程 度則由激勵(lì)的強(qiáng)弱、拉索本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)性能所決 定。斜拉橋的拉索減振措施也只能從兩個(gè)方面入手,即抑制拉索激勵(lì)的強(qiáng)度或改變拉索本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及力學(xué)性能。就目前而言 , 針對風(fēng)的動(dòng)力作用對結(jié)構(gòu)外表形狀和動(dòng)力 特性（即結(jié)構(gòu)的剛度、質(zhì)量及阻尼的大小及其分布）極其敏 感的特性，實(shí)橋上拉索采用的防止或抑制拉索風(fēng)振的方法有 以下幾種 :（1）空氣動(dòng)力措施：通過改變拉索的斷面形狀或表面 形態(tài)而獲得拉索氣動(dòng)的穩(wěn)定的方法稱為空氣動(dòng)

5、力措施。（2）輔助索措施： 用輔助索將若干根拉索連接 （縱向） 或用連接器將并列布置的兩根拉索連接（橫向） ，從而構(gòu)成索網(wǎng)3）阻尼器措施：在拉索的端部安裝阻尼器給拉索附加阻尼 ,從而有效地抑制或減小拉索的振動(dòng)。（4）其他措施：在拉索表面涂抹斥水性材料、增加拉 索表面的粗糙度和防止水線的形成，2. 阻尼器的分類拉索易于振動(dòng)的主要原因是拉索具有非常低的固有結(jié) 構(gòu)阻尼， 因此在拉索的端部安裝阻尼器給拉索附加阻尼,從而有效地抑制或減小拉索的振動(dòng)。阻尼器措施簡單有效且較為經(jīng)濟(jì) , 從而得到廣泛應(yīng)用。 目前 , 雖然對拉索的風(fēng)雨激振等風(fēng)振現(xiàn)象的機(jī)理仍在研究之 中, 但是已經(jīng)明確 : 只要將拉索的低階振動(dòng)模

6、態(tài)的對數(shù)衰減 率增加到0.020.03以上即可有效防止拉索的風(fēng)雨激振；當(dāng)拉索低階振動(dòng)模態(tài)的對數(shù)衰減率增加到 0.05 時(shí)可以防止并 排拉索的尾流馳振。根據(jù)阻尼材料和工作機(jī)理的不同，拉索阻尼器主要可分 為：1）高阻尼橡膠阻尼器2）粘滯阻尼器（油阻尼器）3）粘性剪切阻尼器4）磁流變阻尼器（ MR 阻尼器 ）5）永磁鐵阻尼器6）干摩擦阻尼器3. 各種阻尼器的特點(diǎn)及應(yīng)用3.1 高阻尼橡膠阻尼器 在拉索與護(hù)筒之間安裝高阻尼橡膠塊 ,利用拉索與護(hù)筒 之間的相對變形擠壓或剪切橡膠塊耗散振動(dòng)能量的裝置稱 為高阻尼橡膠阻尼器。 該阻尼器結(jié)構(gòu)簡單、 安裝方便 ,故在國 內(nèi)建造的很多斜拉橋如上海南浦大橋、楊浦大橋和

7、徐浦大橋 等均用該阻尼器進(jìn)行拉索減振。但高阻尼橡膠阻尼器的減振 效果主要取決于橡膠材料的耗能特性。需要注意的是高阻尼橡膠阻尼器可提供的阻尼有限，減 振效果不是很理想。但是安裝在護(hù)筒內(nèi)的橡膠圈可緩解拉索 在錨固端的二次力作用，另外可將高阻尼橡膠塊的變形由擠 壓改為剪切，從而提高其耗能能力。日本的主跨 890m 的多 多羅大橋即采用了剪切型的高阻尼橡膠阻尼器。由于分裝在 拉索兩端的阻尼器效果可以迭加，因此，許多大跨度的拉索 在梁測安裝外置的粘滯阻尼器或粘性剪切型阻尼器，磁流變 阻尼器外還在塔測安裝高阻尼橡膠阻尼器。此種阻尼器的減振效果完全取決于材料的阻尼特性，在 日本應(yīng)用較多，如主跨為 890m

8、的多多羅大橋。還有法國的 諾曼底橋。3.2 粘滯阻尼器（油阻尼器）粘滯阻尼器構(gòu)造如圖 1 所示，它由活塞、油缸及節(jié)流孔構(gòu)成 ,節(jié)流孔的大小決定通過活塞的油量從而確定其所能提 供的阻尼力。為了抑制拉索面內(nèi)和面外兩個(gè)方向的振動(dòng)應(yīng)安 裝 2 個(gè)粘滯阻尼器。粘滯阻尼器的主要問題是其機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜 , 對微小振動(dòng) 不敏感 , 安裝調(diào)節(jié)比較麻煩。由于粘滯阻尼器阻尼介質(zhì)為液 體, 易發(fā)生漏油和滲油現(xiàn)象 ,其維修費(fèi)用相對較高 ,推廣應(yīng)用 存在一定的困難。圖 1 粘滯阻尼器的構(gòu)造圖 粘滯阻尼器在國外有多座橋梁應(yīng)用，國內(nèi)蘇通長江大橋 采用進(jìn)口的該類型阻尼器，南京長江二橋和杭州錢塘江三橋 使用國內(nèi)的產(chǎn)品，如表 1 所

9、示。表 1 粘滯阻尼器工程實(shí)例序號 橋名 橋址 主跨跨 (m)1 杭州錢塘江三橋 杭州市東南、錢塘江下游河段 1602 南京長江二橋 南京長江大橋下游 11 公里處6283 蘇通長江大橋 江蘇蘇州 - 南通 10883.3 粘性剪切型阻尼器 粘性剪切型阻尼器的構(gòu)造如圖 2 所示。與拉索同步運(yùn)動(dòng)的插板使粘性體產(chǎn)生剪切變形來耗散拉索的振動(dòng)能量，其構(gòu) 造簡單 , 機(jī)械加工誤差要求低 , 可通過調(diào)節(jié)插板的面積和粘 性材料的注入量很容易地得到所需的粘性阻尼系數(shù)。另外， 粘性剪切型阻尼器可較好地抑制拉索的小振幅振動(dòng)，避免了 振動(dòng)能量的積累。而且僅用一個(gè)粘性剪切型阻尼器即可以控 制拉索的面內(nèi)和面外振動(dòng)。其缺

10、點(diǎn)是所能提供的阻尼受環(huán)境 溫度及振動(dòng)頻率的影響大。圖 2 粘性剪切型阻尼器結(jié)構(gòu)圖3.4 磁流變阻尼器（ MR 阻尼器） 半主動(dòng)控制的磁流變阻尼器構(gòu)造如圖 3 所示，是以智能 材料 （磁流變材料 ） 為驅(qū)動(dòng)材料的可調(diào)參數(shù)阻尼器 , 兩相磁流 變液是一種可控液體 , 它是用不導(dǎo)電的母液和均勻散布在其 中的固體磁性顆粒制成的懸浮液 , 在磁場作用下 ,流變液中 的固體顆粒會(huì)形成一束束纖維狀的鏈 , 橫架于磁場的兩極之 間, 對于平行于電極的剪切力而言 ,流變液在磁場的作用下 就會(huì)發(fā)生磁流變效應(yīng) , 即從流動(dòng)性良好的具有一定粘滯度的 牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄇΦ恼乘荏w從而達(dá)到減振效 果。和常用的被動(dòng)

11、阻尼器相比 , 其阻尼系數(shù)可根據(jù)不同的需 要 , 通過外加的直流電壓來調(diào)節(jié) , 實(shí)現(xiàn)對拉索振動(dòng)的半主動(dòng)控制圖 3 磁流變阻尼器構(gòu)造圖 磁流變阻尼器工程實(shí)例統(tǒng)計(jì)如表 2。表 2 磁流變阻尼器工程實(shí)例序號 橋名 橋址 主跨跨（ m）1 寧波招寶山大橋 浙江省甬江入?？?2582 山東濱州大橋 山東濱州市 3003 洞庭湖橋 湖南省岳陽市 3104 蘇通大橋 江蘇蘇州 - 南通 10883.5 永磁鐵阻尼器（磁力阻尼器）永磁鐵阻尼器a:為了解決磁流變阻尼器系統(tǒng)的信號傳 輸、供電等帶來的可靠性問題而產(chǎn)生，構(gòu)造基本同磁流變阻 尼器，但是將電磁鐵改為永磁鐵，成為一種被動(dòng)式阻尼器。永磁鐵阻尼器b:構(gòu)造如圖4

12、所示。拉索靜止不振時(shí)， 吸著板和磁鐵吸附在一起。當(dāng)索低階大幅振動(dòng)產(chǎn)生的側(cè)向力 超過磁鐵吸著力時(shí)， 兩者分離， 同時(shí)激勵(lì)出拉索的高階振動(dòng)， 以耗散振動(dòng)能量。由于阻尼介質(zhì)不是液體 , 因此對環(huán)境適應(yīng) 性比以上其他阻尼器好 , 也可適用于嚴(yán)寒地區(qū)。圖 4 磁阻尼器構(gòu)造磁力阻尼器構(gòu)造簡單，成本、維修費(fèi)用均較低，但未見 在大跨度斜拉橋上應(yīng)用過。國內(nèi)僅瀏陽河橋和長沙機(jī)場路上 的小斜拉橋采用過永磁鐵阻尼器 a 的形式。國外僅日本在 219m 跨徑的天建橋上采用過永磁鐵阻尼器 b。3.6 摩擦阻尼器 摩擦也是一種常見的耗能方式，通過上、下盤的摩擦耗 散振動(dòng)能量。摩擦阻尼器易于安裝，易于更換，可同時(shí)控制面內(nèi)面外 的振動(dòng)，阻尼特性對環(huán)境不敏感，阻尼器體積較小，但是對 拉索的微振幅振動(dòng)不敏感。目前該阻尼器在國外共有 5 座斜拉橋采用，國內(nèi)尚無安 裝實(shí)例?，F(xiàn)有的摩擦阻尼器已安裝于瑞典的烏德瓦拉大橋、波蘭 的格丹斯克橋的最長索上和西班牙的巴達(dá)霍斯大橋的所有 拉