土耳其伊兹米特海湾大桥钢塔抑振系统设计

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1、2世界桥梁2015，43(5)2；结构较为轻柔；塔柱的外形使气流流场更为复杂。频率都要大于公路桥的，这是由于同等条件下公铁桥塔风致振动的抑振措施大致分为两类：一类两用桥的结构刚度大于公路桥。是结构措施，通过在桥塔上安装质量块或阻尼装置表1部分桥梁抑振措施来抑制振动；另一类是气动力措施，通过改变塔柱的截面形状，从而改善结构空气动力学性能。本文讨论的是通过结构措施来实现抑振。桥塔的风致振动研究始于1960年，英国第四公路大桥桥塔在施工阶段出现了近2m振幅的振动，通过使用滑块抑振系统将桥塔的振幅降到了200mm。该滑块抑振系统是通过在陆地的斜坡上放置16t的

2、质量块，然后用绳索将质量块连接到桥塔上。这样一方面可以增加结构的质量，另一方面可以利用滑块和斜坡间的摩擦力增加结构的阻尼。日本2O世纪7O、80年代修建的悬索桥钢塔多数都采用了滑块抑振系统实现抑振。滑块抑振系统虽然构造简单，但需同时具备可以滑动的斜坡和足够长的钢绳，并且这种系统不能定量确定所需要的阻尼值。日本因岛大桥(主跨770m，塔高136m)的设计者对该抑振系统进行了＼褂创新，采用液压阻尼器代替滑块抑振系统。此后，随需着桥塔高度的增加，更多新型的阻尼制动系统取代电、了这种用绳子连接的滑块抑振系统。旧鑫为实现将抑振装置放入塔柱或桥塔上，学者们通过大量

3、研究于1980年发明了调频质量阻尼器(TMD)。这种由质量、弹簧和阻尼组成的减振装置不需要外部能量输入，称为被动控制装置。TMD图2塔高、1阶振动频率以及抑振措施关系抑振不仅原理简单，抑振性能良好，同时附带的较大的质量块可以满足并覆盖桥塔不同的振动频率范围。3伊兹米特海湾大桥的抑振系统设计1990年，主动控制装置AMD被研发出来，这3．1设计要求种装置的工作原理是通过赋予摆动质量块一个很小3．1．1使用阶段设计要求的加速度来精确实现达到桥塔振动频率的效果。根正常使用阶段下桥塔涡激振动的发振风速一般据安装在桥塔上传感器的实测数据，可以通过低于设计风速，为

4、确保结构安全，需保证涡激共振振AMD上的制动器将质量块的摆动频率调到桥塔的幅不能大于15cm。振动频率。TMD装置减振原理在于增加结构的阻2012年，在意大利的米兰理工大学进行了全桥尼，AMD则是通过主动地将附带质量块向相反方模型风洞试验。试验中湍流强度为6％，模型缩尺向摆动来控制振动。在AMD被研发出来之前，学比为1：220，桥面高度处(70m)斯托罗哈数为0．167，者们研发了混合调频质量阻尼器(HMD)并在一些相应位置处塔柱宽7rn，测得桥塔共振振幅达0．63桥梁上使用。HMD的工作原理与AMD类似，质m；在湍流强度为6的条件下，当结构总阻尼大于

5、量块的摆动频率主要是通过弹簧控制并调节。1．29／6时，桥塔风致振动振幅可以降低到0．15m。部分桥梁抑振措施如表1所示。钢塔高度、1根据风洞试验得到伊兹米特海湾大桥风致振幅阶振动频率以及抑振措施的关系如图2所示。从图和阻尼间的关系，计算了基于1阶面外振动模态下2拟合曲线可以看出，塔高和频率之间的关系与桥控制结构振动所需要的附加阻尼值(见表2)，得到梁类型相关联，与相应抑振措施的对应关系并不明北塔需要的附加阻尼值为0．99％，南塔为0．11。显，相同桥塔高度下，公铁两用桥梁的1阶面外振动其中，模型36、45的桥塔模态如表3所示。土耳其伊兹米特海湾大桥钢

6、塔抑振系统设计李鑫，黄睿奕，游新鹏3注：桥塔振幅d一0．8×(1-0．01851XMX})(1／1．”，M为模型质量，}为结构阻尼。表3模型36、45的桥塔模态桥塔架设到175m高度(步骤20)及以上时，共振风速开始小于可施工风速，需要对施工阶段塔吊的舒适性进行额外评估。另外，施工阶段桥塔应同时满足强度和舒适性要求：桥塔截面组合应力应小于结构抗力；塔吊桅杆的附加应力不能大于3OMPa；焊接塔柱表面钢板时塔柱的加速度响应不能超过10cm／s。3．1．2施工阶段设计要求(2)共振振幅要求。2012年在加拿大西安大(1)共振风速要求。桥塔共振风速计算公式如略

7、大学的边界层风洞实验室进行了全桥气弹模型试下所示：验，试验来流为均匀流，模型几何缩尺比为1：200，fD(1)：：=通过试验得到了参数S，进而利用下式计算桥塔共+式中，厂为沿桥轴线1阶弯曲模态频率；D为桥塔结振振幅。振幅峰值A。一6．6124×e·073XSc(3)构尺寸；S为斯托罗哈数，根据2012年在加拿大西安大略大学进行的伊兹米特海湾大桥全塔气弹模型式中，S一，为等效质量，艿为对数衰减率，取0U风洞试验，采用1：200比例尺模型得到的桥塔斯托0．01，p为空气密度，取1．23kg／m。。罗哈数为0．11。利用公式(3)可以得到桥塔和塔吊不同施工阶

8、桥塔任意高度处的风速采用下式计算：段下的共振振幅。图4和图5分别给出了塔柱施工(2)一22．1