杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索减振研究

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1、第31卷，第2期中国铁道科学Vo1．31No．220l0年3月CHINARAILWAYSCIENCEMarch，2010文章编号：1001—4632(2010)02—0045—05杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索减振研究王中文，朱宏平，方秦汉，顾金钧，陈儒发(1．华中科技大学土木工程与力学学院，湖北武汉430074；2．广东省长大公路工程有限公司，广东广州510620)摘要：运用福斯(Foss)迭代法求解设置黏性剪切阻尼器(VSD)减振拉索的振动方程，得到复特征值和对数衰减率。以对数衰减率大于等于0．03为目标函

2、数，对杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索减振用VSD进行优化设计，并对安装VSD的减振效果进行分析。结果表明：减振拉索的每阶模态均有对应的VSD最优插板面积，高阶模态的最优插板面积小于低阶模态，高阶模态的对数衰减率受插板面积的影响比低阶模态大；在不考虑其他因素条件下插板面积大于150cm2时便可有效抑制斜拉索的各种风致振动；高阶模态的最大对数衰减率所对应的温度高于低模态最大对数衰减率所对应的温度，低温时低阶模态的对数衰减率大于高阶模态的对数衰减率，温度较高时高阶模态的对数衰减率大于低阶模态的对数衰减率。杭州湾跨海大

3、桥北航道桥斜拉索安装VSD后，对数衰减率从0．015~0．0196提高到0．03～O．11，有效地减小了斜拉索的各种风致振动，达到了减振效果及设计目标。关键词：拉索减振；黏性剪切阻尼器；对数衰减率；斜拉桥中图分类号：U448．27文献标识码：A密索体系的斜拉桥已成为桥梁的发展趋势，但料的黏性阻尼系数受温度影响，而插板与黏性材料由此而引起的拉索风振问题日见突出。拉索风致振相互作用对于拉索振动的控制又受到拉索振动频动有涡激共振、抖振、风雨振、尾流驰振、参数共率、插板面积、拉索振幅等多种因素影响，因此，振等多种形式

4、。大幅的振动容易引起锚固端的疲劳需要对拉索一阻尼器系统进行综合分析，选取合理或损坏拉索端部的腐蚀保护系统，降低拉索的使用的阻尼器参数，以便将拉索振动控制在最佳预期。寿命。在外界因素的激励下，不管拉索做何种性质的振动，拉索本身的阻尼总是起着使其振动逐渐减弱、振动幅度逐渐减小的作用。因此采用适当的方切液法增加拉索的阻尼是减小拉索振动的有效方法。国内外大量研究表明，如果拉索的阻尼能使其对数衰减率达到0．03以上，即可有效地抑制拉索的各种风致振动j。本文从拉索振动方程出发，运用福斯黏性剪切阻尼器(VSD)是近几年出现

5、的1种(Foss)迭代解法对杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉新型拉索机械减振装置，其原理是通过增加拉索阻索减振用VSD进行参数优化和减振效果分析。尼抑制其振动『3]，VSD的结构简图如图1所示。它的特点是借助于与拉索同步运动的插板插入高黏1拉索一黏性剪切阻尼器的振动方程性材料过程产生的剪切力达到减振的目的。阻尼器及其求解的核心是插板和黏性材料，这种黏性材料的黏性阻尼系数最高可达10kg·S_1的量级。由于黏性材图2为拉索计算模型示意图。图中：F为拉索收稿日期：2009—07—16；修订日期：2010-01—11基金

6、项目：国家自然科学基金资助项目(50778077)；交通部重点科技项目(2003319H01010)；广东省交通科技项目(200701)作者简介：王中文(1965一)，男，湖南澧县人，教授级高级工程师，博士研究生。46中国铁道科学第31卷的初始张力；z为阻尼器安装位置至锚固端的距一27c(6)离；c为阻尼器的阻尼系数；k为阻尼器刚度系数；其中，一∞L为拉索长度。∈一c／m2杭州湾跨海大桥北航道桥的拉索减振VSD参数优化由于拉索的阻尼很小，自身难于稳定，杭州湾图2拉索计算模型示意图跨海大桥北航道桥采用VSD对拉

7、索减振。应用VSD有效抑制拉索风振的核心问题是VSD参数的考虑阻尼器阻尼和刚度的拉索振动方程为优化。F7一优等+十cA(z—一Xc)+十现以北塔边跨上游最长索NB14索、最短索kuA(x—z)(1)NB1索和次短索NB2索3根拉索为例，论述VSD式中：为拉索横向位移；m为拉索单位长度质设计参数的优化。3根拉索的设计参数见表1。量；△为狄拉克函数；t为时间。表13根拉索的设计参数将位移表示为如下的三角函数形式：u(x，)一∑&(t)sin(2)式中：为谐波数，b(￡)为第i阶模态振幅。将式(2)代入式(1)，利

8、用sin的正交性2．1VSD安装位置可得VSD安装位置用阻尼器安装位置至锚固端距ti+西+Kb一0(3)离z与索长L之比z／L表示。安装VSD拉索的其中，b一[61(￡)，b2(￡)，⋯，b(z)]等效对数衰减率随着VSD的安装位置(／L)2ccij一一sinsin譬而变化，z／c值越大减振效果越好。但在实际工程中，为了不影响桥梁美观，一般尽量减小z／Li一1，2，⋯，；一1，2，⋯，72值，将阻尼