陳 飛

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

大跨度斜拉橋斜拉索阻尼減振技術(shù)的應(yīng)用研究

陳 飛

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽(yáng) 550001）

介紹了斜拉索的振動(dòng)機(jī)理以及阻尼參數(shù)和阻尼器的類型等。

大跨度斜拉橋；斜拉索；阻尼參數(shù)

1 對(duì)斜拉索的減振控制

1.1被動(dòng)控制

斜拉索減振被動(dòng)控制的工作原理是運(yùn)用三大措施，空氣動(dòng)力學(xué)措施、輔助索措施和阻尼器措施。空氣動(dòng)力學(xué)措施又叫氣動(dòng)措施，主要是基于風(fēng)雨激振原理，通過(guò)在斜拉索外部采取增加V型凹槽、纏繞凸起螺旋線條等技術(shù)措施來(lái)改變斜拉索外部形態(tài)，阻礙連續(xù)水線的形成，起到防止斜拉索在風(fēng)雨作用下振動(dòng)。輔助索措施是通過(guò)輔助索把同一水平面的斜拉索串接起來(lái)，通過(guò)他們相互牽制作用來(lái)進(jìn)行減振。阻尼器措施主要通過(guò)轉(zhuǎn)換引起斜拉索振動(dòng)的能量來(lái)減輕振動(dòng)，保證橋體的安全。阻尼器措施現(xiàn)在比較完善和成熟，減振效果明顯，在建筑橋梁工程中的到普遍的運(yùn)用。

1.2主動(dòng)控制

主動(dòng)控制主要是利用液壓組件和配套的傳感器以及控制裝置來(lái)達(dá)到對(duì)斜拉索的減振效果，減振的效果比較明顯，但是安裝部位會(huì)導(dǎo)致斜拉索的局部疲勞損傷，對(duì)計(jì)算的準(zhǔn)確性和控制程序等有更高要求，投資較大，因此在我國(guó)還沒(méi)有大量使用。

1.3半主動(dòng)控制

半主動(dòng)控制擁有被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，能利用傳感器的反饋來(lái)自動(dòng)切換工作狀態(tài)，能進(jìn)持續(xù)控制。半主動(dòng)控制型阻尼器有兩大類，分別為可變阻尼器和變剛度阻尼器?，F(xiàn)在比較重視對(duì)半主動(dòng)控制阻尼器開(kāi)發(fā)利用。

1.4混合控制型

混合控制型阻尼器是主動(dòng)控制與被動(dòng)控制的結(jié)合體，可以在外力作用下?lián)碛休^好的動(dòng)力響應(yīng)性特性，大大提升對(duì)斜拉索的減振效果。

2 阻尼器的類型及其特點(diǎn)

2.1油阻尼器

油阻尼器的缸筒內(nèi)裝滿了流體阻尼材料，活塞和缸筒相互作用時(shí)，產(chǎn)生的壓力差使流體阻尼材料從阻尼孔中通過(guò)，形成了阻尼力，消耗了結(jié)構(gòu)振動(dòng)的部分能量，達(dá)到減振的效果。

2.2粘性剪切型阻尼器

粘性剪切型阻尼器的有5部分組成，分別是外殼、插板、箱體以及粘性材料、防水橡膠。它的減振原理是利用粘性材料的粘滯力消耗斜拉索的振動(dòng)能量，從而減輕振幅，阻止斜拉索發(fā)生振動(dòng)位移。

2.3磁流變阻尼器

磁流變阻尼器是把磁流變材料作為驅(qū)動(dòng)材料的可調(diào)參數(shù)阻尼器。該阻尼器在磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，通常不受溫度等因素的影響，能通過(guò)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)來(lái)使拉索的阻尼力達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，減振效果非常好。

2.4摩擦型阻尼器

摩擦型阻尼器是摩擦片制成的，摩擦片相互作用產(chǎn)生的摩擦阻力可以減輕斜拉索的振幅。該阻尼器的對(duì)數(shù)衰減值和斜拉索振動(dòng)模態(tài)都比較相符，對(duì)斜拉索不同位置的振動(dòng)都能起到減振效果，不受溫度變化的影響，但是在振幅最大或最小時(shí)的工作效率較低，它的安裝和維護(hù)比較麻煩，影響橋體美觀，在我國(guó)應(yīng)用較少。

2.5高阻尼橡膠阻尼器

它是通過(guò)在斜拉索和套管支座之間安裝橡膠圈，當(dāng)斜拉索出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)位移現(xiàn)象，使橡膠圈變形吸收振動(dòng)的能量，達(dá)到減輕振動(dòng)的作用。該阻尼器的橡膠圈組成材料是高阻尼橡膠，這種阻尼器比較小巧。

3 阻尼器的安裝要求

3.1斜拉索振動(dòng)波長(zhǎng)

斜拉索的振動(dòng)頻率以及波長(zhǎng)會(huì)在一定范圍內(nèi)不斷的發(fā)生變化，要通過(guò)風(fēng)速的大小來(lái)計(jì)算斜拉索的波長(zhǎng)值，在進(jìn)行綜合分析后可以確定斜拉索振動(dòng)波長(zhǎng)特征值λ。λ=d·/（v·k），λ是斜拉索的振動(dòng)波長(zhǎng)；D是斜拉索直徑大?。籘是斜的風(fēng)速；K是雷諾數(shù)，當(dāng)K在185～210范圍時(shí)，取值200。M是單位重量。

3.2阻尼器安裝位置

知道了波長(zhǎng)值，再確定好著力點(diǎn)到斜拉索和鋼橋面交匯處的距離，根據(jù)斜拉索平面角度，計(jì)算著力點(diǎn)與鋼橋面間的高度。b=μ.λ/4，h=b·sinθ（距離b和高度h的單位是米，μ是系數(shù)，通常取奇數(shù)正整數(shù)）為了更好的發(fā)揮阻尼器的減振作用，阻尼器要安裝在斜拉索最大振幅和波峰位置，要遠(yuǎn)離斜拉索錨固端向索中靠攏。

3.3索中振幅和阻尼器安裝著力點(diǎn)振幅

可以用下式計(jì)算索中振幅和安裝著力點(diǎn)的振幅。索中振幅=6·m·λ·L2/T安裝著力點(diǎn)的振幅=2·AM·b/L，（L是斜拉索的自由長(zhǎng)度）

3.4阻尼器的阻尼力

根據(jù)安裝著力點(diǎn)的振幅（Ab），來(lái)確定阻尼器的阻尼力（Fb），根據(jù)斜拉索的振動(dòng)特性，確定阻尼力的規(guī)格組合，使不同參數(shù)的阻尼器和斜拉索相對(duì)應(yīng)Fb=Ab·T·b/L，（Fb是阻尼器的阻尼力N）。

3.5選擇阻尼器和安裝支架

選用阻尼器時(shí)，要對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行綜合分析。當(dāng)單根斜拉索索長(zhǎng)＞350 m時(shí)，要同時(shí)選用2種以上減振措施，在安裝前要進(jìn)行效果評(píng)估，支架要安裝牢固，選用的阻尼器要有穩(wěn)定的阻尼特性。

4 結(jié)論與展望

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)交通的要求也越來(lái)越高，既要求路程要盡可能的短，還要求要有安全保障，橋梁建設(shè)可以滿足人們縮減路程的目的。對(duì)于大跨度的斜拉橋來(lái)說(shuō)，如何減輕斜拉索的振動(dòng)幅度，保證同行安全，是橋梁建設(shè)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題?，F(xiàn)在有許多的減振裝置，如阻尼器，而如何選擇相匹配的阻尼器很是重要，這直接影響到對(duì)斜拉索的減振效果，關(guān)系到橋面同行的安全問(wèn)題。

［1］ 汪正興，王波，柴小鵬，等.大跨度斜拉橋斜拉索阻尼減振技術(shù)研究進(jìn)展［J］.橋梁建設(shè)，2015，2（3）.

［2］ 王波，汪正興，柴小鵬，等.斜拉橋斜拉索永磁電渦流杠桿質(zhì)量阻尼減振技術(shù)［J］.橋梁建設(shè)，2015，5（4）.

U442

C

1008-3383（2016）09-0090-01

2016-07-07

陳飛（1981-），男，貴州冊(cè)亨人，高級(jí)工程師，研究方向：高速公路施工管理。