新型摆式调谐质量阻尼器在桥梁工程上的应用

飞云江五桥主桥采用H形截面吊杆,其吊杆空气动力学性能较差,容易引起风致振动。为避免风致振动导致吊杆疲劳破坏,影响结构及运营安全,为其设计并安装了新型摆式调谐质量阻尼器(PTMD),采用电涡流耗能提供阻尼力。阻尼器参数设计时,采用目标函数以吊杆抑振效果为主,同时兼顾阻尼器位移响应的优化算法,避免阻尼器构件疲劳损坏,影响长期减振效果。测试结果表明,该新型PTMD用于抑制吊杆的风致振动效果明显,同时能够为吊杆提供长期有效的减振保障。     

液体质量双调谐减振器(TLMD)研究与应用

为解决调谐质量阻尼器(TMD)普遍存在的耐久性及参数调谐困难等问题,基于理论及试验研究,在TMD的基础上,利用调谐液体阻尼器(TLD)的优点,研发了新型液体质量双调谐减振器(TLMD)。TLMD减振器是TMD和TLD减振器的复合体,由于流体与固体的耦合作用,TLMD有比两者组合更好的减振效果。TLMD减振器应用于南京大胜关长江大桥吊杆涡振的振动控制中,实桥试验结果显示,在模态质量比仅为8‰左右时,所有被测吊杆的阻尼比均在3.2%以上,个别吊杆甚至达到4.66%,减振效果显著。     

新型吊杆减振器(TLMD)在南京大胜关长江大桥中的应用

南京大胜关长江大桥采用长方切角断面吊杆,通过吊杆风洞试验可知长度大于40 m吊杆的抗风性能不满足要求.针对该桥吊杆构造、力学特性及其施工期间的大幅风致振动,为防止桥梁运营期间吊杆振动影响结构及运营安全,特为其安装了新型的液体质量双调谐减振器(TLMD).安装过程中通过螺栓孔将各减振器连接为一个整体,然后通过焊接在底部隔板的挡块固定,防止工作时偏转及滑动.安装减振器后的测试结果显示,9根吊杆中有6根阻尼比在4％以上,个别吊杆甚至达到4.66％,TLMD减振器对吊杆的抑振效果良好,同时,该减振器具有方便的安装维护性、良好的耐久性.     

永磁电涡流阻尼新技术及其在土木工程中的应用

针对永磁电涡流阻尼减振的理论与技术进展进行了综述，主要包括：永磁电涡流调谐质量减振器、大吨位的滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器等新型减振装置；板式电涡流阻尼及滚珠丝杠式电涡流阻尼器的性能仿真与设计方法；桥梁涡激共振、斜拉索振动控制的电涡流阻尼三元减振理论；以及基于电涡流阻尼力非线性特性的减震性能研究。介绍了湖南大学新建的大型阻尼器特性综合试验平台及主要功能，以及永磁电涡流阻尼技术的典型工程应用。最后指出了值得进一步研究的若干问题。     

永磁式调谐质量阻尼器参数研究

为定量地对永磁式调谐质量阻尼器诸多参数进行设计,从电磁感应最基本的原理出发,运用理论推导,针对永磁式调谐质量阻尼器的减振模型建立了阻尼比和电、磁之间的解析表达式.分析结果表明:阻尼比与磁场强度的二次方、金属导体板厚度的二次方、磁体在质量运动垂直方向的长度成正比,与金属板的电导率成反比,另外阻尼比随着磁体和金属板的间距增加而迅速衰减.根据理论成果搭建了试验平台,得到实测阻尼比及其变化趋势和理论保持一致.     

大跨度钢拱桥吊杆频率预估方法与实测验证

以国内某新建大跨度钢拱桥吊杆为对象,研究了吊杆频率估算方法,并通过现场实测频率进行了分析与验证。对比研究了通过频率估算经验公式、有限元分析得到的吊杆频率的差异,通过环境激励和强迫振动激励下的现场试验获得了实桥吊杆的频率值,并基于实测结果考察了频率估算方法的准确性。发现采用整体有限元模型计算吊杆振动频率有较好的精度,并基于实测数据拟合给出了吊杆顺桥向与横桥向1阶弯曲频率估算的支撑条件系数和欧拉临界荷载修正系数。     

TLMD阻尼器在桥梁工程上的应用研究

为有效抑制九江长江大桥三大拱吊杆的涡激振动,曾为其加装了TMD阻尼器.近20 a来其涡激振动得到了控制,但却造成了阻尼器长期大幅振动状态下的疲劳损伤.为避免当损伤积累后将削弱减振效果并危及结构安全,依托该桥三大拱吊杆新型液体-质量双调谐阻尼器(TLMD)研发项目,研究了阻尼器安装质量比与主振系统及阻尼系统动力放大系数的关系,并对阻尼器振动幅值进行了理论分析.研究发现:为保证阻尼器的安全与可靠,应选取合理的阻尼器安装质量比,使得该类阻尼器的动力放大系数不超过30倍.并据此指导了该桥吊杆新增阻尼器实施方案的设计.测试结果表明减振效果良好,且未见阻尼器疲劳损伤现象.     

铁路钢拱桥钢板式吊杆的设计与疲劳评估

为研究铁路钢拱桥钢板吊杆的设计及计算方法,先给出该类吊杆的设计特点、构造细节(包括钢板吊杆和拱肋、主梁连接的典型构造)和其潜在开裂位置及对应的疲劳强度,再给出德国推荐的风荷载引起的横向涡激振动荷载的计算方法及驰振引起的不同高宽比矩形截面吊杆的弯曲或扭转振动评估方法,最后将列车活载产生的疲劳应力幅和横向风荷载产生的疲劳应力幅叠加,进行钢板吊杆的疲劳评估.采用推荐的方法对欧洲某主跨96 m的双线铁路钢拱桥跨中钢板吊杆进行疲劳评估,评估结果表明该桥吊杆的疲劳应力幅及驰振引起的扭转振动均满足要求.     

沪苏通长江公铁大桥主航道桥斜拉索振动控制技术

沪苏通长江公铁大桥主航道桥为主跨1 092m的公铁两用钢桁梁斜拉桥,斜拉索最长达576.193m、重达83.5t。针对该桥斜拉索超长、超重的特点,施工期和运营期分别采用临时阻尼减振装置和永久附加阻尼减振装置来抑制斜拉索振动。施工期斜拉索临时阻尼减振装置通过在传统钢丝绳措施上串联1个阻尼模块,适应不同施工阶段斜拉索的状态变化,并控制斜拉索施工期的振动。运营期采用新型电涡流杠杆质量阻尼器(ELMD),利用电涡流阻尼器控制斜拉索面内振动、油阻尼器控制斜拉索面外振动,并进行实桥试验验证。结果表明:斜拉索的阻尼对数衰减率达7%,满足斜拉索阻尼减振要求;ELMD阻尼器安装后,风荷载激励下的振幅从2.15g降低至0.04g,共振主频消失、减振效果明显。     

大跨斜拉桥悬臂施工期抗风措施性能实测研究

以在建的某座大桥为背景,对其"下拉索+TMD"的施工期抗风措施性能进行实测。在对抗风措施方案进行动力特性分析的基础上,通过东华动态信号测试分析系统和加速度传感器来获取实测数据,分别采用桥面吊车横桥向紧急制动和人工激励TMD两种方式来激励桥梁,使其产生横桥向振动,实测桥梁结构的横向振动频率和阻尼比;采用环境激励来测试主梁竖向振动响应,识别其竖向振动频率。通过对比实桥加抗风措施前后阻尼比及频率的变化来对大桥施工时抗风措施的减振效果进行评估。结果表明:"下拉索+TMD"的施工抗风措施对高墩大跨度斜拉桥悬臂施工期的风振控制效果明显,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

CFRP拉索的非线性参数振动特性

建立了CFRP拉索的非线性参数振动模型，该模型考虑了拉索同时受梁端和塔端激励的状况，并考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性；利用该模型，对相同条件下的CFRP拉索和钢拉索，采用数值方法分析了频率匹配比、拉索静拉力、激励幅值以及阻尼等因素对拉索参数振动特性的影响。研究结果表明，拉索振动的拍频、幅值与上述因素均有关，且CFRP拉索在参数振动发生几率、参数振动响应等方面优于钢拉索。     

大跨度悬索桥振动分析的组合单元法

提出一种新型单元——组合单元,这种单元包含了三维实体、三维梁、板、壳、空间杆等构件,突破了传统有限元对于不同材料或不同构件必须采用相应不同单元的限制,对悬索桥的索塔、加劲梁等复杂结构,能用较少的单元进行模拟,实现了用普通微机对青马悬索桥的空间振动分析,计算结果与实测值比较接近。     

大跨度悬索桥的多阶模态竖向涡振与控制

大跨度悬索桥具有多个竖向模态密集分布的特性。在常遇风速范围内，从低到高的各阶竖向模态随风速升高而逐个发生涡振，这就是大跨度悬索桥的多阶模态涡振问题。针对这一问题开展深入研究，讨论中国公路桥梁抗风设计规范中竖向涡振容许振幅的合理性；阐述了利用节段模型风洞试验和理论分析综合预测实桥多阶模态竖向涡振响应的基本方法，得到了各模态阻尼比相等时悬索桥各阶模态竖向涡振振幅基本相等的结论，并通过特殊设计的悬索桥竖向等效气弹模型和塔科马桥涡振实测资料，验证了这一结论；指出在既有桥梁上追加气动措施或安装调谐质量减振器抑制悬索桥多阶模态涡振都有很大的难度，进而提出了在加劲梁与桥塔之间安装直接耗能阻尼器的设想，并进行了气弹模型试验验证；讨论了采用电涡流阻尼器进行半主动涡振控制的可行性。研究结果表明：在相同阻尼比条件下大跨度悬索桥各阶竖弯模态的最大涡振振幅基本相等；依据最大加速度幅值按频率比的平方增加的原理，满足人体振动舒适性的高阶竖弯模态的容许振幅必然小于低阶模态，因此要更加重视起振风速在容许行车风速（25 m·s^-1）以内的高阶竖弯模态涡振；对于漂浮体系悬索桥，在加劲梁与对应桥塔之间设置阻尼器可有效抑制多阶模态涡振。     

祁家黄河大桥振动控制与舒适度评价

以净跨180m的上承式钢管混凝土拱桥为例,在考虑车桥耦合振动的基础上,引入振动加速度峰值和振动感觉指标,研究车辆荷载作用下桥梁的振动控制问题,给出了舒适度的评价方法。评价结果表明,该桥在设计车速下条件下比值小于0．61,满足舒适度标准,但结构刚度并非象挠度检算表明的那么富裕,在稍微超速的情况下即以超限。由此可见,活载挠度限值并不能有效地控制桥梁结构的振动,为了确保桥梁安全和舒适性,建立我国桥梁振动判断标准势在必行,并使以人为本的设计理念得到真正的落实。     

大型斜拉桥圆柱形桥塔涡激共振的控制

为了研究大形斜拉桥圆柱形桥塔的涡激共振特性,并且对其进行有效的控制,通过分析大形斜拉桥圆柱型桥塔的边界条件特点,建立桥塔计算模型,基于此模型分析了桥塔的固有特性;由风致涡激振动理论及有关空气动力学原理确定漩涡发放频率以及升力幅值;考虑桥塔的形状结构特点以及发生共振时的频率锁定现象确定锁定区域;提出了5个控制桥塔涡激共振的方案,理论分析和数值计算结果表明:方案5——改变锁定区域结构形式,不仅能够使桥塔避免或减弱涡激共振,与其他4个方案相比,该方案在造价和施工方面具有明显的优势,同时增加附属结构不会影响桥梁其他的相关结构,因此确定方案5——改变锁定区域结构形式为最佳控制方案。     

横向激扰频率对上承式钢板梁桥横向振幅的影响

以跨度32m上承式钢板梁桥为例，针对桥梁的横向振动问题，将列车简化为移动质量建立了力学模型，应用大型软件MSC／DYTRAN进行了计算分析，研究了桥梁横向振幅与横向激扰频率的关系。通过计算分析，分别得到了在不同速度下模拟的空载货车和重载货车通过时桥梁的横向振幅与激振频率的关系，结果与实测值基本接近，这对通过快速计算确定引起桥梁横向拍振的蛇行运动频率具有创新和实用意义。     

人行桥振动舒适性评价方法及标准研究现状

人行桥在振动荷载作用下,可能出现大幅振动,给行人带来不适的心理反应。现行各国规范对人行桥振动舒适性的评价方法主要有避开敏感频率法和限制动力响应值法。最常用的评价指标是加速度ak,根据ak所处的范围来确定人的振感。英国BS 5400和欧盟Euro code采用结构振动响应的峰值加速度alim作为人行桥的舒适性评价指标;瑞典国家规范Bro 2004采用均方根加速度aRMS作为人行桥的舒适性评价指标;国际化标准组织ISO制定出人行桥振动舒适性的国际通用标准,由表示频率和振动均方根加速度(r.m.s)关系的感觉曲线和处于振动环境中的疲劳容许时间构成。由不同规范的比较结果可以看出,在低阶频率范围内(小于2 Hz),4个规范规定的加速度指标均比较接近,而在高阶频率范围内相差甚大。     

TMD对人行天桥的振动控制研究

根据调频质量阻尼器(TMD)的工作原理,以拉萨市林廓天桥为研究对象,建立空间有限元模型,对其结构的振动响应进行动力分析,得到TMD的设计参数.并对天桥安装TMD前后在共振频率下的荷载工况进行动力测试.测试数据结果表明设计的TMD有明显的减振效果.同时TMD设计可为类似工程提供参考.     

厦门海沧大桥悬索桥结构体系的选择

厦门海沧大桥东航道桥采用三跨连续漂浮体系悬索桥结构，是世界第三座、国内第一座这种体系的结构。本文利用空间有限位移理论，对该桥的三跨连续漂浮体系、三跨两铰结构体系和三跨连续支承体系3种方案进行静力与动力计算，通过比较3种体系的静力与动力特性，说明三跨连续漂浮体系加劲梁桥塔区的弯矩比三跨连续支承体系的小得多，与三跨两铰体系的最大弯矩相当；在结构变形方面，漂浮体系与连续支承体系相当，比三跨两铰体系小得多；在动力特性方面，三跨连续漂浮体系同样具有较多的优越性。     

Application of the structural articulation method to dynamic impact loading of railway bridges – a case study

This article demonstrates a practical application of the structural articulation method. An existing prototype railway bridge was selected to compare our new method with the industry codes of practice. The response history and dynamic increment of the bridge were investigated through a variety of methods: lump sum mass analysis (LSMA) and suspension system analysis (SSA) for a single-axle force, and SSA for multi-axle forces. We considered both a local irregularity and a global sinusoidal irregularity. The dynamic impact load induced by either form of track irregularity increases approximately linearly with the vehicle speed up to a certain point, then tends to decrease gradually. This behaviour reveals that the dynamic impact load induced by track irregularities is dominated by the resonance of the bridge. If a bridge must support multiple axles, or if an especially accurate dynamic impact factor is required for safety reasons, then multi-axle SSA is recommended because this approach is the most accurate and likely to produce a weaker response than single-axle analysis. The random irregularity is generated by the stochastic track irregularity process. It is found that the dynamic impact load induced by the random irregularity is negligible, compared with the deterministic irregularity.