大跨混合梁斜拉桥拉索的阻尼器选型研究

阻尼器在斜拉索振动控制上应用广泛、形式多样。在斜拉索端部安装阻尼器可给斜拉索提供附加阻尼,从而提高斜拉索的结构阻尼,增大斜拉索的模态阻尼。斜拉索阻尼器的研究目前都集中在减振性能测试及影响减振效果的因素分析方面,而在阻尼器选型方面的研究还较少。为此进行斜拉索内置阻尼器的选型、安装位置的试设计,重点研究内置式阻尼器(如摩擦阻尼器与橡胶阻尼器)的拉索阻尼器减振方案。     

钢绞线斜拉索与平行钢丝斜拉索阻尼减振研究

钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索构造不同,引起风致振动特性和减振需求也不同。为给斜拉索振动控制设计提供依据,对比国内外规范中关于斜拉索阻尼减振指标的规定,分析不同参数对钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索减振指标的影响,以2座典型桥梁为背景,对比分析钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索的阻尼减振措施。结果表明：《斜拉索外置式黏滞阻尼器》(JT/T 1038—2016)和欧洲规范CIP-2002、FIB-2005采用特定阻尼对数衰减率δ控制斜拉索风雨振,而美国规范PTI-2018采用质量阻尼参数S_c≥10控制斜拉索风雨振,质量阻尼参数考虑因素全面、科学,推荐使用;为了保证斜拉索的减振安全,建议阻尼减振同时满足国内外多个现行规范,平行钢丝斜拉索采用δ≥3%作为阻尼减振指标,钢绞线斜拉索的阻尼减振指标建议按照PTI-2018根据索的参数和气动措施情况进行选择;博斯普鲁斯海峡三桥钢绞线斜拉索阻尼器尺寸偏大,安装阻尼器后斜拉索的面内阻尼对数衰减率为4%和6%,可满足低阶大幅振动控制要求;沪苏通长江公铁大桥平行钢丝斜拉索振动模态丰富,采用2种阻尼器协同减振,实现多模态振动控制,控制中、低阶大幅振...     

大跨度斜拉桥施工期斜拉索减振技术研究及应用

针对大跨度斜拉桥施工期间斜拉索减振的特定要求,研发一种由钢丝绳与剪切型高阻尼橡胶阻尼装置串联组成的斜拉索临时阻尼器。首先基于Kelvin模型理论推导了斜拉索-临时阻尼器的振动方程,利用复模态分解得到斜拉索的对数衰减率;然后通过高阻尼橡胶阻尼装置的性能试验、斜拉索-临时阻尼器振动系统的数值模拟以及实桥测试,开展临时阻尼器减振性能研究。结果表明:橡胶阻尼装置的储能刚度和附加阻尼系数随减振橡胶剪切面积的增加而增大;实桥试验索减振效果较好,设计的临时阻尼器可以有效抑制施工期间斜拉索的振动,且安装拆卸方便;在平潭海峡公铁大桥的应用过程中,斜拉索-临时阻尼器系统的对数衰减率达到3%以上,减振效果良好;该阻尼器作为大跨度斜拉桥施工期斜拉索临时减振装置,具有良好的推广和使用价值。     

斜拉桥斜拉索永磁电涡流杠杆质量阻尼减振技术

为了解决恶劣环境下大跨径斜拉桥斜拉索振动控制问题,提出了永磁电涡流杠杆质量减振器(ELMD)减振技术。基于ELMD的构造特性及减振机理,推导了ELMD导体盘单体的旋转阻尼系数及系统的等效阻尼参数,以中朝鸭绿江界河公路大桥为背景,计算了安装该阻尼器后的斜拉索的阻尼特性,并进行了实桥振动控制性能测试。结果表明,安装ELMD后,斜拉索的振动衰减明显;ELMD阻尼器能够满足该桥斜拉索的阻尼减振要求。ELMD阻尼减振技术可有效解决恶劣环境下大跨度斜拉桥斜拉索振动控制问题。     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大，斜拉索长度也越长，会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶，涡激共振参与模态为高阶，这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法，研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper，VIMD）的斜拉索减振效果。首先，将斜拉索简化为张紧弦，建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程，采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后，以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景，研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后，研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响，并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元，可显著提高斜拉索的模态阻尼比，非常有利于减振；斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合，这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同；斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

斜拉桥斜拉索减振的试验研究

采用比例模型和油阻尼器，对斜拉桥中采用油阻尼器的斜拉索的减振问题进行了试验研究。通过一系列自由振劝试验，测量了由于油阻尼器增加的索模态阻尼比，讨论了增加的模态阻尼比与阻尼器阻尼系数之间的关系。对斜拉索－－油阻尼器系统进行了谐和平面激励，考察了系统的线性和非线性动力特性。自由振动试验证实了理论预测，即当达到最大模态阻尼比时，阻尼器存在一个最佳阻尼值。自由振动试验也证明了理论结果，即由于频率避让，索垂     

石首长江公路大桥斜拉索杠杆质量阻尼器应用研究

石首长江公路大桥主桥为主跨820 m的双塔六跨连续不对称空间双索面混合梁斜拉桥,最长斜拉索长约440 m,在外部激励作用下极易发生面内、外振动。针对石首长江公路大桥斜拉索的振动特性,在常规阻尼器的基础上进行构造优化设计,研发了一种双杆倒Y形连接杆斜拉索杠杆质量阻尼器,具有景观协调性好、横向连接刚度大、减振效果好等优点。通过对阻尼器的安装质量进行严格控制,安装位置比控制为2.23%~2.83%,使阻尼器达到了良好的减振效果,实测斜拉索阻尼对数衰减率均在3%以上,满足大桥斜拉索减振要求。     

斜拉索-阻尼器系统空间布置减振方法

针对目前长索的振动控制及斜拉索的面外振动控制减振效果不理想的现状,提出一种新的减振方法——斜拉索-阻尼器系统空间布置减振方法。该方法为每3根斜拉索1组,按三角形空间布置,两两连接阻尼器,阻尼器安装方便,可对每一根斜拉索实现任意方向上的振动控制。为验证其减振效果采用零阶优化法对斜拉索参数进行设计,并建立斜拉索-阻尼器体系算例模型,与原索模型、无索间连接的三索模型进行对比。结果表明,采用斜拉索-阻尼器系统的三索空间布置,斜拉索的振动幅度、振动频率均受到显著抑制,对斜拉索面内外振动可给予有效控制。     

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。     

长安街西延永定河大桥斜拉索风雨振及减振措施研究

为明确长安街西延永定河大桥斜拉索的风雨振特性,提出有效的减振措施;进行斜拉索风雨振计算分析,并通过风洞试验分析风速和雨强对斜拉索风雨振的影响;研究不同阻尼比和斜拉索表面缠绕双螺旋线的减振效果。结果表明:该桥大部分斜拉索在不采取减振措施的情况下有发生风雨振的可能;斜拉索风雨振的振幅随着风速的增大先增大后减小,随着雨强的增大逐渐减小;增大阻尼比能有效减小斜拉索风雨振的振幅。建议该桥斜拉索安装阻尼器时,阻尼比不小于0.9%;当螺旋线的直径为1.2mm时,单根螺旋线的间距取6倍的斜拉索直径;当单根螺旋线的间距为12倍的斜拉索直径时,螺旋线的直径取2.0mm。     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

应用油阻尼器的斜拉索实索减振试验研究

应用一种国产油阻尼器进行了斜拉索实索减振试验研究。通过自由振动衰减曲线计算得到了拉索-油阻尼器系统前3阶模态的对数衰减率值。试验结果表明拉索的内阻尼很小,对数衰减率均值小于0.005,频率值则与理论计算值很接近。安装油阻尼器后拉索前3阶模态的对数衰减率均值达到了0.03以上,表明油阻尼器可有效抑制拉索的振动,拉索的频率在安装阻尼器后稍有增大。试验实测得到连接油阻尼器后拉索的对数衰减率值要小于理论计算值,导致这一差异的原因是由于阻尼器支架连接刚度、阻尼器连接件空隙的影响。因此,必须对拉索减振工程中阻尼器支架和连接件的设计安装予以重视。     

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。     

环境激励下斜拉索阻尼识别的贝叶斯方法研究

斜拉索是大跨度斜拉桥中最关键的结构构件之一，其动力特性(频率和阻尼等)在大跨度斜拉桥的设计、施工、监测和振动控制中发挥着重要作用，斜拉索阻尼识别对于斜拉索的振动分析和减振设计至关重要。为了实现在环境激励状态下斜拉索阻尼比的高精度识别，并同步对识别结果不确定性进行量化分析，首先通过建立斜拉索模态参数的后验概率密度函数(Probability Density Function, PDF)将模态参数识别转化为求最大后验概率点的约束优化问题，从而得到模态参数的最佳估计(Most Probable Values, MPV);其次推导了负对数似然函数的Hessian矩阵解析表达式，并进一步得到后验协方差矩阵，从中提取和计算变异系数(Coefficient of Variation, COV)以量化模态参数最佳估计的不确定性；最后将所提方法应用于某大跨度斜拉桥斜拉索阻尼比的识别，使用加速度计采集了该桥7根斜拉索的环境振动数据，利用所提方法得到了模态阻尼比的MPV值及其变异系数。研究结果表明：所提方法可以得到目标模态参数的最佳估计，并能够有效量化最佳估计的不确定性，由Hessian矩阵解析方法得到的后...     

斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术研究

采用数值仿真和现场试验对磁流变阻尼器的减振性能进行了研究。数值仿真计算评估了磁流变阻尼器安装高度、外部激励、阻尼器输入电压等参数对拉索系统模态阻尼比的影响 ,结果表明磁流变阻尼器具有良好的阻尼可调特性 ,调节阻尼器的输入电压可以获得拉索系统的最佳模态阻尼比 ;现场试验表明 ,安装该阻尼器后 ,拉索系统的模态阻尼比提高 3～ 6倍 ,并存在一优化电压 ,在该电压下模态阻尼比达到最大 ;实际风雨振时的现场观测结果显示 ,磁流变阻尼器具有很好的减振效果 ;拉索磁流变阻尼器减振技术已在岳阳洞庭湖大桥全桥实施 ,解决了该桥的风雨振问题     

隔振系统对斜拉索振动的控制研究

风雨激励下斜拉索的振动对斜拉桥会造成严重的影响,在外部附加阻尼器是一种用来抑制较短斜拉索振动的有效手段。然而,对于较长斜拉索,出于美观要求,阻尼器需要设置在斜拉索的底部,附加阻尼器难以发挥作用。提出一种新的斜拉索隔振系统来减轻斜拉索的振动。隔振系统由隔层橡胶垫块和1个内置阻尼器组成,可安装在斜拉索的锚固端。用具有初应变的单元来表征斜拉索,建立了一个简单的斜拉索-阻尼器系统分析模型,通过计算得到隔振系统下斜拉索的响应,并与设置、未设置外部被动阻尼器时的斜拉索进行了比较。对比显示,提出的斜拉索隔振系统比最优状况下的被动阻尼器减振效果要好,具有更广泛的适用性。     

沪通长江大桥主航道桥超长斜拉索阻尼减振方案比选

针对沪通长江大桥主航道桥斜拉索的动力特性和减振特殊需求,优选适合的阻尼减振方案。对LMD、VSD、ELMD 3种典型阻尼器的减振效果进行室内模型试验研究,结合试验研究结果和实桥斜拉索的特征,设计实桥超长斜拉索的阻尼器安装位置比和安装高度,并以典型斜拉索为例,对不同阻尼器的减振效率和耐久性进行对比分析,最终确定采用优化设计后的ELMD阻尼减振方案。与LMD、VSD相比,ELMD阻尼器的减振效率更高,耐久性更好,可以更有效地控制沪通长江大桥主航道桥超长斜拉索的振动。     

山区大跨径钢桁架斜拉桥斜拉索设计研究

普者黑南盘江大桥主桥主跨采用930 m钢桁梁斜拉桥,空间双塔双索面体系,索塔采用钻石形混凝土塔,泸西侧塔高385 m,丘北侧塔高325 m,为目前国内山区环境最大跨径、最大塔高的钢桁架斜拉桥。通过综合比选研究,考虑运输安装、安全耐久及疲劳性能,大桥斜拉索采用2 000 MPa级钢绞线斜拉索,全桥共240根斜拉索,最大索长493.3 m。斜拉索在梁端的锚固采用双拉板整体式锚箱锚固方式,塔端的锚固采用钢锚梁方式,张拉端均设置在塔端。斜拉索在塔端斜拉索套筒内设置内置式减振橡胶块,在梁端安装外置式电涡流阻尼器,并采用可有效降低斜拉索HDPE外护套管风阻系数的双螺旋线结构。     

基于混杂系统的斜拉索振动控制参数分析

结合斜拉索振动与混杂系统特点,推导并建立斜拉索振动控制系统的MLD模型。以琼州海峡大桥中几根典型斜拉索为研究对象,利用所建立的MLD模型,对阻尼器安装在3种不同位置时的风振控制参数进行分析,研究斜拉索和阻尼器的相应变化。对建立的控制系统与传统半主动控制分段线性控制系统之间的计算效率进行对比,并分析原因。     

滨州黄河公路大桥斜拉索安装工艺探究

滨州黄河公路大桥主桥为6跨连续PC箱梁三塔双索面斜拉桥,斜拉索为直径7mm的镀锌高强低松弛钢丝。斜拉索安装分为放索、安装、牵引、张拉4道工序。为保护斜拉索PE保护层,斜拉索吊装时采用尼龙绳,运输采用自制的运索平车,运索平车设有导向转盘,放缩盘增设刹车装置。在塔上安装大吨位的斜拉索时首次采用两道索夹牵引的方法,减小了导链引索的引力,有效避免了斜拉索的滑脱。斜拉索张拉分3次进行,第1次张拉时为避免引索时刮伤保护层,针对挂篮悬浇端和支架现浇端的特点,分别设计制作了挂篮端引索支撑架和现浇端引索支撑架。斜拉索安装工艺改进后,有效地保护了斜拉索PE层,提高了工作效率和安全性。