斜拉桥斜拉索杠杆质量阻尼器减振技术研究

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1、66世界桥梁2014，42(1)斜拉桥斜拉索杠杆质量阻尼器减振技术研究柴小鹏，王波，汪正兴，。(1．中铁大桥局集团桥科院有限公司，湖北武汉430034；2．桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室，湖北武汉430034)摘要：为有效抑制大跨径斜拉桥斜拉索可能发生的大幅振动，在常规粘性剪切型阻尼器的基础上，研发了斜拉索杠杆质量阻尼器，通过杠杆放大作用，为斜拉索提供有效的附加阻尼、附加质量和附加刚度，共同抑制斜拉索的振动；推导出杠杆质量阻尼器对斜拉索的振动控制理论分析模型。以主跨688m的象山港大桥为例，对斜拉索

2、阻尼器进行设计并应用于实桥。理论分析结果与实桥斜拉索振动测试结果表明，安装该阻尼器后，斜拉索最终的阻尼对应的对数衰减率基本在4以上，可有效抑制斜拉索的振动。关键词：斜拉桥；斜拉索；振动；阻尼器；杠杆放大作用；减振技术中图分类号：U448．27；U441．3文献标志码：A文章编号：l671～7767(2014)01—0066—051引言高度内，仅连接杆位于栏杆以上，对景观影响小；以斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，大跨径斜拉象山港大桥为例，验证阻尼器减振效果。桥的桥面系荷载主要是通过斜拉索传递至桥塔，经由桥塔

3、传递至基础[。随着俄罗斯岛大桥、苏通2斜拉索杠杆质量阻尼器减振理论模型分析大桥和昂船洲大桥的成功建设_3]，超长斜拉索开斜拉索杠杆质量阻尼器是在VSD的基础上发始在实桥上应用，而超长斜拉索具有小阻尼、大柔度展起来的。该阻尼器通过杠杆放大作用，将斜拉索的特性，单靠自身阻尼，无法抵抗外界风、雨、交通等的振动位移有效转移至上容器的运动，通过上、下容荷载引起的大幅振动。根据现有理论分析和工程实器之间的高分子材料的剪切作用，有效地耗散斜拉践l7]，抑制斜拉索可能产生的涡激振动、风雨振和参索的振动能量，以达到控制斜

4、拉索振动的目的。与数共振，斜拉索的对数衰减率需要达到3％以VSD相比，杠杆质量阻尼器的附加质量、附加阻尼上j。对数衰减率：2丌(为阻尼比)，因此提高和附加刚度都受到了杠杆的放大作用。杠杆质量阻斜拉索的对数衰减率需增加斜拉索阻尼比。增加斜尼器的杠杆放大原理示意如图1所示。拉索阻尼比的措施中，内置式阻尼器由于作用在斜由图1可知：拉索锚固位置附近，对超长斜拉索难以提供有效的usinflsiny“2一—L2一“(1)阻尼，因此对于超长斜拉索的阻尼器一般多采用外L1置式阻尼器。式中，为上容器插板插入面积中心绕支座

5、转动轴常用外置式阻尼器有油阻尼器和粘性剪切型阻做定轴转动的线位移；“为斜拉索的横向位移；为尼器(VSD)，油阻尼器减振效果较好，但存在着漏油连接杆与斜拉索的夹角；y为连接杆与支座转动铰一的危险；VSD的稳定性较好，但是对超长斜拉索而连接杆下端转动铰连线的夹角；L为支座转动铰到言，阻尼器的安装高度太高，减振效果不明显，且对连接杆下端转动铰的距离；L。为粘性剪切型阻尼器景观影响较大。因此，本文提出杠杆质量阻尼器，拟作用面中心距离支座转动铰的距离；为杠杆放大利用杠杆放大原理，将斜拉索的振动位移放大，在保倍数。

6、证与VSD相同减振效果的前提下可有效降低阻尼T令=一U2一sinflsin~'3-．2(2)器的安装高度，而在相同安装高度的前提下可有效UL1增大减振效果，同时，杠杆质量阻尼器主体位于栏杆所以上容器插板在高分子粘性材料间的作用力收稿日期：2013—07—04作者简介：柴小鹏(1986一)，男，2009年毕业于哈尔滨工业大学桥梁与隧道工程专业，工学学士，2011年毕业于哈尔滨工业大学道路桥梁与渡河工程专业，工学硕士(E—mail：chai—xiaopeng@126．corn)。斜拉桥斜拉索杠杆质量阻尼器减

7、振技术研究柴小鹏，王波，汪正兴67式中，高分子粘性材料可以提供的附加阻尼系数cd和附加刚度系数忌见式(7)，其它变量含义见参考文献E9]。是d—akAeRT。SCd=：：dA。·。e-#r。·S式中，a、a、口分别为粘性材料的刚度、阻尼和温度系数；A为振动位移“对应的振动幅值；∞为振动圆频率；S为插板插入面积。通过式(7)可以看出，通过改变上容器插板插入面积S即可改变高分子粘性材料可提供的附加阻尼系数c和附加刚度系数点，通过杠杆倍数放大后，即可改变阻尼器为斜拉索提供的阻尼。将式(2)、式(7)代人式(5

8、)，即可计算出杠杆质量阻尼器作用于斜拉索的等效阻尼系数、等效质量系数和等效刚度系数。参考文献E9]～[11]采用中心差分法对斜拉索进行离散，并利用复模态分解法，计算出斜拉索各阶阻尼比及对应的对数衰减率。插板插入面积S高分子粘性材料根据以上理论，编制了杠杆质量阻尼器设计计图1杠杆质量阻尼器的杠杆放大原理示意算程序，该程序可以计算阻尼器所需要的高分子材F2为：料的用量、安装阻尼器后斜拉索的理论对数衰减F2一nkd“+nCd+nmd(3)率等。式