大跨度悬索桥长吊索宽频调谐阻尼减振技术研究

为实现大跨度悬索桥长吊索宽频(0～30 Hz)阻尼减振,以广西龙门大桥为背景,对该桥50 m以上长吊索宽频减振技术进行研究。考虑该桥长吊索原刚性减振架方案无法有效控制多根吊索同相位振动,且不能为吊索提供结构阻尼,根据理论分析和参数优化,提出采用3个小阻尼比(阻尼比为2%)、小质量比(质量比为0.10%)调谐质量阻尼器(TMD)和6个大阻尼比(阻尼比为10%)、大质量比(质量比为0.50%)TMD协同作用实现吊索0～30 Hz全模态阻尼减振目标,选用质量和刚度分布具有各向同性、控制频率和自身阻尼比便于调节的摆锤式调谐质量阻尼器(PTMD)进行减振设计,并进行有限元模拟和模型试验以验证可行性。结果表明：多个PTMD协同控制可实现吊索的宽频阻尼减振,其各向同性特征可实现吊索多向振动控制;建议龙门大桥采用在加强原有刚性减振架的基础上,将多个PTMD按振型参与最大原则离散布置在刚性减振架上,集成刚性减振架刚性连接和PTMD调谐减振功能,实现该桥长吊索宽频阻尼减振。     

虎门二桥主桥吊索阻尼减振技术研究及应用

虎门二桥的主航道桥由坭洲水道桥和大沙水道桥两座大跨度悬索桥组成,其吊索在施工期发生了复杂的风致振动问题。为了抑制吊索的振动,通过分析吊索的振动特性,研究基于不同作用机理的减振措施并进行方案比选,优选出适合本桥吊索减振的措施。通过实桥试验验证了外置式阻尼器(PLD)、多重调谐式阻尼器(MTMD)和冲击质量阻尼器(IMD)的减振效果。最终采用了PLD、MTMD和IMD这3种阻尼器的组合阻尼减振方案,有效抑制了吊索的振动。     

悬索桥吊索高阶涡激振动及摆锤式MTMD减振技术研究

为了解大跨度悬索桥吊索出现的大幅高频振动现象,并进行减振,以国内某主跨1688 m的悬索桥为背景(最长吊索长184.6 m),基于理论方法和施工期吊索大幅高频振动实测结果,分析吊索的振动类型及参数(频率、阻尼比);提出一种摆锤式多重调谐质量阻尼器(MTMD,其由一定形状的锤头提供质量参数,由钢绞线提供刚度及阻尼参数),采用有限元和室内试验的方法,分析其振动特性,并进行实桥验证。结果表明:该桥吊索振动频率范围为5~25 Hz,阻尼比低,单个吊点的多根吊索易发生同相位的高阶涡激振动;摆锤式MTMD单个锤头具有2个控制主频,自身阻尼比约10%,具有位移放大作用,对高频振动的响应灵敏,在很宽的频率范围内具有很好的减振性能;摆锤式MTMD可有效增加吊索自身阻尼比,控制吊索高阶涡激振动,实测减振效果达到90%以上,具有很好的实用性。     

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。     

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。     

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。     

磁浮工程道岔梁的TLMD减振技术研究

为了解磁浮道岔梁的车桥耦合振动机理并进行振动控制,以长沙中低速磁浮工程道岔梁为工程背景,对磁浮工程道岔梁的TLMD减振技术进行研究。首先通过对磁浮道岔梁在磁浮列车激励下的振动响应测试,分析加速度的时程曲线和频率特征,研究其振动机理,确定道岔梁的受控频率;然后采取频率分布式的多重TLMD阻尼减振方案,并利用基于多目标满意度优化方法,对各TLMD进行参数优化;最后在实桥安装TLMD阻尼器后进行实桥测试,对安装阻尼器前、后道岔梁的振动响应进行对比。研究结果表明:磁浮工程道岔梁和磁浮列车的悬浮调整力形成了共振,振动响应剧烈,由于其振动频率明确,可以采用调谐式阻尼器进行控制;采用优化的TLMD阻尼器方案的理论减振效果明显;通过实测对比,安装TLMD阻尼器后,道岔梁的振动基本被抑制,满足日常行车的要求。     

超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究

针对超大跨度悬索桥长吊索风振突出的问题，以张靖皋长江大桥为背景，开展了超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究。基于嵌套网格技术，开展了2种直径长吊索涡振的数值模拟，并分析了吊索低阶与高阶涡振响应的特性。采用减振锤作为控制措施，开展了阻尼器参数设计，并通过节段模型风洞试验验证了减振装置对吊索涡振的控制效果。研究结果表明：不同直径的吊索在单索股和双索股情况下均可能发生涡振；不同阶次模态发生涡振的位移振幅接近，但高阶涡振的加速度幅值显著增加；考虑涡振对吊索疲劳性能的影响，采用减振锤能够有效抑制涡振响应。     

大跨径斜拉桥拉索致振原因与减振装置探讨

大跨度斜拉桥长拉索的长细比较大、自身阻尼较小，容易在周围环境激励下产生大幅振动，对斜拉桥的安全营运构成威胁。本就目前存在的大跨径斜拉桥拉索的振动原因和各国采取的减振装置的特点作简要介绍，并以武汉白沙洲大桥采用的粘性剪切型阻尼器进行拉索振动控制为例，说明阻尼器减振装置在实桥上的应用。     

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。     

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。     

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。     

金沙江公铁两用大桥吊杆阻尼器参数设计及优化

金沙江公铁两用大桥主桥为主跨336m的钢箱系杆拱桥,封闭式箱形刚性吊杆为柔细构件,易发生风致振动,因吊杆侧壁未开人孔,须在吊杆拼接吊装前安装阻尼器,无法采取成桥后实测吊杆动力特性的手段来指导阻尼器设计。鉴于此,为解决其可能出现的振动问题,采用调谐液体质量阻尼器(TLMD)进行减振设计及优化。首先采用有限元法分析吊杆的自振频率,利用振型归一化方法计算吊杆的模态质量;然后在质量比分析的基础上,确定阻尼器的基本技术参数;最后考虑数值模拟的偏差,采用频率分布式设计方法,拓宽阻尼器工作的频率范围,基于多目标满意度优化方法,优化各阻尼器的设计参数。将优化后的多重调谐液体质量阻尼器(MTLMD)方案与吊杆未安装阻尼器、单一频率方案的结果进行对比,得到优化后的方案可以有效降低吊杆的动力放大系数,达到减振的目的。     

深圳湾大桥实测风场参数与风致拉索振动响应分析

2007年两次台风经过深圳湾跨海大桥,对桥址处的风场参数与拉索振动测试数据进行了分析,实测结果表明:桥址处纵向脉动风功率谱与Simiu谱吻合较好,竖向脉动风功率谱与Panofsky谱基本吻合;台风期间边跨短索发生了较明显的风雨振动,而主跨长索由于安装了阻尼器,振动幅值得到有效控制,因此与本桥类似的独塔斜拉桥短索区也应考虑采取增设阻尼装置或辅助索等减振措施.     

MTMD对铁路钢桁梁桥减振方案研究

调频质量阻尼器（TMD）是把一个较小的振动系统安装在需要减振的结构上来吸收主结构控制振型的振动能量,从而达到抑制主结构的振动。调频质量阻尼器原理简单,应用广泛,在建筑和机械减振上已经有了很多成功利用的例子,但是在钢桁梁桥减振的应用几乎没有。本文将就阻尼器在铁路钢桁梁桥减振上的应用作一些研究。     

土木工程结构振动控制技术及其应用研究

结合工程实际,介绍了结构振动控制方法,并研究液体质量双调谐阻尼器(TLMD)及杠杆质量减振器(LMD)等新型阻尼减振系统.室内及实桥试验表明:由于兼具调谐质量阻尼器(TMD)与调谐液体阻尼器(TLD)的优点,TLMD便于调谐,减振效果与耐久性更好.理论及室内试验证明:与现有减振措施相比,LMD对桥梁景观的不良影响小,易于安装、养护,且减振效果更好,是一种更适于超长斜拉索振动控制的"广谱"减振器.     

基于模态安装位置比的斜拉索-阻尼器参数研究

为扩展常规斜拉索阻尼器优化理论的适用范围,针对高阶振型和阻尼器安装位置较高的情况,将安装位置比和斜拉索振型模态相结合,提出模态安装位置比的定义,代替常规的安装位置比,评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。并以某长江大桥为例,对其最长斜拉索的阻尼参数采用该方法进行分析。结果表明:随着振型阶次的增加,斜拉索的模态安装位置比呈先增大后减小的趋势,阻尼器安装位置为振型峰值时达到最大值0.5;随着振型阶次的增加,各阶模态对应的最大阻尼对数衰减率开始保持不变,当阻尼器安装位置超过振型峰值后,逐渐减小;基于模态安装位置比的阻尼器参数分析方法可以准确评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。