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1、第28卷第1期青岛理工大学学报Vol.28No.12007JournalofQingdaoTechnologicalUniversity桥梁减振技术的发展与应用张伟,岳澄,石九州(天津大学力学系,天津300072)摘要:介绍了既有铁路桥梁因横向刚度不足及列车提速致使的横向振动、城市桥梁轨道交通车桥耦合动力振动、大跨度桥梁拉索的风雨激振、轴向流激振等几类桥梁振动减振技术的发展与应用.在铁路桥梁和高架桥梁中,对车桥耦合振动体系,采用被动控制法,安装质量阻尼器,改变桥梁基础结构的型式,进行桥梁减振和降噪.在斜拉桥拉索减振上,主要采用机械减振控制,安装目前较常用的粘性
2、剪切型阻尼器进行减振,介绍了新型的磁流变阻尼器半主动控制法减振技术.这些减振措施在一些实际的桥梁减振中都取得了不错的效果.同时,还阐述了近年来在人行桥梁中新发现的人致桥梁侧向振动的桥梁减振新问题.关键词:桥梁减振,横向振动,车桥耦合,风雨激振,人致侧向振动中图分类号:TU352.1文献标志码:A文章编号:1673—4602(2007)01—0030—05桥梁属于大型、复杂建筑结构,它的静动力特性,包括空间内力计算、稳定、振动、风和地震响应等问[122]题,如果在桥梁的设计当中解决不好,带来的危害是很大的.就桥梁的振动问题,如在既有铁路桥梁基础上进行列车提速带来
3、的过度振动、城市轨道高架桥振动带来的城市噪声污染、大跨度桥梁桥塔和拉索的风致振动等等问题,如何对桥梁进行减振,给广大设计人员提出了很多新的挑战性研究课题和试验.笔者就三类桥梁减振技术方面的发展状况做个介绍.1三类桥梁振动减振技术的发展与应用1.1铁路桥梁在我国的铁路桥梁设计中,多以竖向刚度作为控制梁体设计的主要依据,较少考虑梁体的横向刚度,近年来列车提速后,桥梁横向刚度不足的问题日益突出,尤其是当列车提速到70km/h后,一部分既有铁路桥梁特别是中小跨度的半穿式及下承式钢桁架桥普遍横向刚度不足,这直接威胁了列车的行车安全,甚至会导致列车脱轨.铁路桥梁振动横向振
4、幅过大,主要原因在于:①桥梁本身横向刚度不足,列车对桥梁的作用力随着车速的提高而增大,桥的横向振幅较大;②当列车对桥梁的激励频率与桥梁的横向有载自振频率(即车—桥系统自振频率)接近时,桥梁的横向振幅迅速增大,出现“准共振”现象,因此,桥梁的横向振动[324]的抑振、减振应从这两点出发.传统的结构振动控制技术采用加强结构联系,加大构件断面,以提高结构刚度,减小结构振幅,控制结构振动.但这会增加结构的质量,很大程度上抵消了由于刚度的增加而带来的提高自振频率的趋势.目前更多的是考虑车—桥相互作用的动力效应,通过调整或改变结构体系动力参数的途径,来达到衰减结构振动反应
5、,降低结构振幅的目的.减振技术上包括隔振、消能减振、各种被动控制、主动控制、混合控制等方法,实际应用中比较多的是被动控制方法,如质量阻尼器TMD,液体阻尼器TLD,调液柱型阻尼器TLCD等.其原理是当TMD的结构参数满足动力调协条件时,即当TMD的固有频率等于激振频率时,主结构系统的振动消失,TMD与主结构间的作用力等于激振力,二者方向相反,彼此平衡,从而抑制了主结收稿日期:2006—04—06第1期张伟,等:桥梁减振技术的发展与应用31构的振动,通过在TMD中加入适当的阻尼和采用多点TMD即MTMD来增加TMD使用的频域.近20年来,它被越来越多地应用于大跨
6、度桥梁结构的减振问题中.如:沪宁线#121桥L=44m半穿式桁梁桥和沪宁线#51A桥L=64m下承式桁梁桥减振中,通过分析选定最优的阻尼减振方案,在桥上布置18个TMD阻尼器,使列车过桥时桥梁下弦跨中横向振动幅值最大的地方处于有效的减振区域,同时在顺桥向也布置了若干阻尼器,调节这些阻尼器的固有频率,使桥梁的有载频率处于多点阻尼器(MTMD)频率的中心频率附近,这样就增大了阻尼器的减振频域,取得的减振效果较好.当货车以80km/h速度过桥时,桥梁横向位移从71223mm下降到31896mm,降低了46%;客车以180km/h速度过桥时,桥梁横向振动幅值的最大值从
7、31566mm下降到11896mm,降低了48%,效果明显.当然,也不乏一些采用传统的调整结构形式进行减振的实例,如:滦河大桥上承式钢板梁采取了增设上下平联及横联方案加固后,跨中横向振幅明显减小,货物列车通过时,振幅的最大值、平均值和标准差分别降低了40%、3614%、36%;旅客列车通过时,振幅的最大值、平均值和标准差分别降低了2515%、2412%、5117%.对于预应力混凝土梁桥,有的采用体外预应力加固,增设预应力钢筋布置在混凝土截面外,提高结构的承载能力和整体刚度,减小振动,这种技术在京浦线南运河6#桥的加固中,取得了良好的效果;还有的采用加强梁的整体
8、横向联系减小振动,在梁的横隔板处施加横
