大跨度斜拉橋斜拉索阻尼減振技術的應用研究

陳 飛

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽 550001）

大跨度斜拉橋斜拉索阻尼減振技術的應用研究

陳 飛

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州貴陽 550001）

介紹了斜拉索的振動機理以及阻尼參數和阻尼器的類型等。

大跨度斜拉橋；斜拉索；阻尼參數

1 對斜拉索的減振控制

1.1被動控制

斜拉索減振被動控制的工作原理是運用三大措施，空氣動力學措施、輔助索措施和阻尼器措施。空氣動力學措施又叫氣動措施，主要是基于風雨激振原理，通過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措施來改變斜拉索外部形態，阻礙連續水線的形成，起到防止斜拉索在風雨作用下振動。輔助索措施是通過輔助索把同一水平面的斜拉索串接起來，通過他們相互牽制作用來進行減振。阻尼器措施主要通過轉換引起斜拉索振動的能量來減輕振動，保證橋體的安全。阻尼器措施現在比較完善和成熟，減振效果明顯，在建筑橋梁工程中的到普遍的運用。

1.2主動控制

主動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達到對斜拉索的減振效果，減振的效果比較明顯，但是安裝部位會導致斜拉索的局部疲勞損傷，對計算的準確性和控制程序等有更高要求，投資較大，因此在我國還沒有大量使用。

1.3半主動控制

半主動控制擁有被動控制的優點，能利用傳感器的反饋來自動切換工作狀態，能進持續控制。半主動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。現在比較重視對半主動控制阻尼器開發利用。

1.4混合控制型

混合控制型阻尼器是主動控制與被動控制的結合體，可以在外力作用下擁有較好的動力響應性特性，大大提升對斜拉索的減振效果。

2 阻尼器的類型及其特點

2.1油阻尼器

油阻尼器的缸筒內裝滿了流體阻尼材料，活塞和缸筒相互作用時，產生的壓力差使流體阻尼材料從阻尼孔中通過，形成了阻尼力，消耗了結構振動的部分能量，達到減振的效果。

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能量，從而減輕振幅，阻止斜拉索發生振動位移。

2.3磁流變阻尼器

磁流變阻尼器是把磁流變材料作為驅動材料的可調參數阻尼器。該阻尼器在磁場作用下，產生磁流變效應，通常不受溫度等因素的影響，能通過調節阻尼系數來使拉索的阻尼力達到最優狀態，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，摩擦片相互作用產生的摩擦阻力可以減輕斜拉索的振幅。該阻尼器的對數衰減值和斜拉索振動模態都比較相符，對斜拉索不同位置的振動都能起到減振效果，不受溫度變化的影響，但是在振幅最大或最小時的工作效率較低，它的安裝和維護比較麻煩，影響橋體美觀，在我國應用較少。

2.5高阻尼橡膠阻尼器

它是通過在斜拉索和套管支座之間安裝橡膠圈，當斜拉索出現振動時，會出現位移現象，使橡膠圈變形吸收振動的能量，達到減輕振動的作用。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斜拉索振動波長

斜拉索的振動頻率以及波長會在一定范圍內不斷的發生變化，要通過風速的大小來計算斜拉索的波長值，在進行綜合分析后可以確定斜拉索振動波長特征值λ。λ=d·/（v·k），λ是斜拉索的振動波長；D是斜拉索直徑大小；T是斜的風速；K是雷諾數，當K在185～210范圍時，取值200。M是單位重量。

3.2阻尼器安裝位置

知道了波長值，再確定好著力點到斜拉索和鋼橋面交匯處的距離，根據斜拉索平面角度，計算著力點與鋼橋面間的高度。b=μ.λ/4，h=b·sinθ（距離b和高度h的單位是米，μ是系數，通常取奇數正整數）為了更好的發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振幅

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

3.4阻尼器的阻尼力

根據安裝著力點的振幅（Ab），來確定阻尼器的阻尼力（Fb），根據斜拉索的振動特性，確定阻尼力的規格組合，使不同參數的阻尼器和斜拉索相對應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，要對技術參數進行綜合分析。當單根斜拉索索長＞350 m時，要同時選用2種以上減振措施，在安裝前要進行效果評估，支架要安裝牢固，選用的阻尼器要有穩定的阻尼特性。

4 結論與展望

隨著我國經濟的快速發展，對交通的要求也越來越高，既要求路程要盡可能的短，還要求要有安全保障，橋梁建設可以滿足人們縮減路程的目的。對于大跨度的斜拉橋來說，如何減輕斜拉索的振動幅度，保證同行安全，是橋梁建設過程中亟待解決的問題。現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，這直接影響到對斜拉索的減振效果，關系到橋面同行的安全問題。

［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研究進展［J］.橋梁建設，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量阻尼減振技術［J］.橋梁建設，2015，5（4）.

U442

C

1008-3383（2016）09-0090-01

2016-07-07

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