斜拉索粘滞阻尼器研发与工程应用

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1、斜拉索粘滞阻尼器研发与工程应用李荣庆，盛能军，张守利43斜拉索粘滞阻尼器研发与工程应用李荣庆。盛能军。，张守利。(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；3．合肥铁路枢纽建设工程指挥部，安徽合肥230022)摘要：斜拉索粘滞阻尼器能抑制斜拉索振动，可作为斜拉索永久抑振措施。结合粘滞阻尼器理论原理，针对嘉绍大桥主航道桥斜拉索设计了阻尼器性能参数，并开发了阻尼器产品。对阻尼器进行性能试验及现场减振效果测试，结果表明：阻尼器性能稳定，各项性能指标均满足设计要求；实

2、测对数衰减率达到6以上，与理论值变化规律基本一致，具有良好的减振效果。关键词：斜拉索；粘滞阻尼器；性能试验；振动控制；阻尼系数；研发；应用中图分类号：U441．3文献标志码：A文章编号：1671—7767(2014)03—0043—041引言斜拉索是斜拉桥的主要承力构件，具有很大的长径比和相对柔软的特点。随着斜拉桥跨度增大，斜拉索长径比增大，刚度、阻尼不断降低，前几阶自振频率通常在2Hz以下，未采取减振措施时模态阻尼比在0．001左右[1]。低阻尼下的斜拉索极易在风、风雨、地震及交通等外界激励下产生过大振动，甚至大幅的发散振动，影响斜

3、拉索的使用寿命]。现有研究证实：只要斜拉索的阻尼达到一定的水平，其振动即可受到抑制]。粘滞阻尼器以其参数稳定、安装方便、减振效果好等优点_8]，适合作为图1斜拉索一粘滞阻尼器振动系统Cd／口之和；K—K1+K2+K。，K1、K2、K。分别为抗斜拉索永久抑振措施。采用薄孔式阻尼形式的粘滞阻尼器受环境温度影响较小]，利用流体穿过阻尼弯刚度、静态张拉力、动态张拉力提供的等效刚度矩阵。粘滞阻尼器提供的等效阻尼C即为设计的最优孔产生的粘滞力来耗散斜拉索振动能量，降低其振动幅度，从而抑制斜拉索的振动。通过参数分析和阻尼系数C。试验研究可确定薄孔式

4、阻尼形式的阻尼系数变化规fz]令Y一{L．J}，可得系统齐次状态方程一，式律，结合理论模型分析出的最优阻尼系数值进行精确控制，实现粘滞阻尼器产品的工程应用。中A一[l_一0K一。·c]J2理论模型分析求解特征值问题AY—Ay得系统各阶共轭特将斜拉索划分为有限元模型，则斜拉索一粘滞征值，则系统各阶阻尼比蚤及对数衰减率可表阻尼器振动系统简图如图1所示。示为=一real(Af)／abs(A)，一27c。采用中心差分法求解，则斜拉索一粘滞阻尼器系统的振动特征方程可表示为：3工程应用』+C奎+Kx=03．1工程概况式中，M为对角矩阵，对角元素包

5、括索单位质量与嘉绍大桥主航道桥为(70+2O0+5×428+200+阻尼器提供的等效质量Md／a之和；C为对角矩阵，70)m独柱型六塔斜拉桥，采用四索面分离钢箱梁对角元素包括索内阻尼与阻尼器提供的等效阻尼形式。大桥斜拉索采用声7mm的镀锌低松弛高强收稿日期：2014—03—05作者简介：李荣庆(1961一)，男，高级工程师，1984年毕业于武汉水运工程学院，工学学士(E—mail：qyylrq@163．corn)。44世界桥梁2014，42(3)度平行钢丝制造，斜拉索有PES7—91、PES7—109、O．12PES7—121、PES

6、7—139、PES7—151、PES7—187、PES7—0．10253七种规格共计576根。根据嘉绍大桥主航道桥0．O8擗斜拉索的动力特性，对其中的432根斜拉索(每个索o．06面4号～12号索)设计外置粘滞阻尼器。霞0．043．2参数设计O．02影响粘滞阻尼器减振效果的因素主要有：安装O高度比(z／L)、阻尼器单体空间角、阻尼系数等。1234567891011l2131415振型阶次综合考虑减振效果及景观影响等因素，基于各斜拉索的索参数计算，确定粘滞阻尼器安装高度为图3系统各阶理论对数衰减率距桥面2．1～2．5m，安装高度比控制在

7、3．0左右。表1各类型阻尼器参数阻尼器单体空间角为9O。。为确定合适的阻尼系数，取长索区域的Z5W—B10号斜拉索计算斜拉索一粘滞阻尼器系统的理论减振效果。斜拉索计算参数为：索长L一205．839m，索截面面积A一58．11cm。，单位索重一49．23．3性能试验kg／m，索梁角一30．51。，设计索力H一2488．6kN。选取阻尼系数为18000N·s／m的阻尼器单斜拉索～粘滞阻尼器振动系统前15阶对数衰体，分别进行慢速位移测试、耐压测试、阻尼力测试减率随单个阻尼器阻尼系数的变化曲线如图2和耐久性测试，用以检验阻尼器性能。所示。3．

8、3．1慢速测试为检验阻尼器阻力值大小，取加载频率0．001O．20Hz，振幅为1mm，连续施加3个循环。阻尼器设计最大速度为0．006mm／s，滞回曲线如图4所示。阻瓣0．15尼器设计额定阻尼力为2．7kN，慢速测试时，