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.     

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。     

国外某桥风致振动的抑制措施

国外某桥主跨3×224 m连续钢桁拱为中承式刚性拱柔性梁结构,在安装钢梁过程中,部分吊杆发生涡激振动,通过对钢桁拱吊杆增设纵向水平拉杆及横向联结系和将H形截面改为矩形截面的抑振措施,减小了吊杆的自由长度,提高了涡振发展风速,有效抑制了吊杆的风致振动。     

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     

土耳其伊兹米特海湾大桥钢塔抑振系统设计

土耳其伊兹米特海湾大桥主桥为(566+1 550+566)m三跨连续悬索桥,主梁采用扁平钢箱梁,桥塔为高236.4m的钢塔,2个塔柱各划分22个节段架设施工。针对钢塔施工阶段及成桥状态较易发生较大的风致振动问题,通过调研不同的桥塔抑振系统,结合该桥桥塔施工方案,开展了钢塔施工阶段和成桥状态的风洞试验,确定抑振系统需要提供的附加阻尼值,设计了一套AMD阻尼器作为该桥风致振动控制阻尼装置。全桥共使用8个AMD阻尼器(塔柱中4个,横梁上4个),单个阻尼器主体部分长3.864m、宽1.6m、高1.35m、重15t。设计的抑振系统同时可以保证钢塔在施工阶段和成桥状态结构的安全性和舒适性。     

拱桥吊杆涡激风振疲劳寿命评估

为便于桥梁运营管理单位开展桥梁维护与检修,对易于发生涡激风振的圆形截面刚性吊杆的可承受应力循环次数进行估算,以明确吊杆的合理使用年限。借助经典涡振起振临界风速、涡激力计算模型及钢结构疲劳寿命计算理论,对某钢管混凝土拱桥的所有圆形吊杆的动力特性、内力及对应的涡振风速范围进行计算,并结合桥梁所在地风速分布统计数据,对该桥吊杆的涡振疲劳寿命进行评估。研究结果表明,该桥吊杆的疲劳寿命在当地风速条件下满足使用要求,计算过程可为同类桥梁吊杆涡振疲劳寿命评估提供参考。     

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。     

斜拉索阻尼器减振效果检测技术研究

斜拉索由于其质量轻、阻尼小,极易在外界激励下产生各种振动,在拉索锚固端附近安装阻尼器以提高拉索的模态阻尼是目前使用最广泛的减振方法,因此阻尼器减振效果的检测评定对于保证桥梁运营安全非常重要。基于DASP系列软件平台测试了拉索阻尼,利用人工激振拉索至一定振幅后再测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了拉索前三阶模态阻尼,该方法简单可靠,可以用来进行拉索减振器的功能评定。     

大跨度钢拱桥吊杆减振的新型电涡流TMD开发与应用

针对吊杆频率低、阻尼小、易发生风振的弱点,以厦深线榕江特大桥钢吊杆为工程背景,首先通过风洞试验、理论分析和现场实测评估了吊杆的抗风稳定性以及减振设计所需参数.然后基于被动控制和电涡流耗能原理,采用等强度悬臂梁开发了一款耐疲劳、免维护的新型电涡流TMD(被动调谐质量阻尼器)用于改善吊杆风振性能.最后通过强迫振动法实测了吊杆-TMD系统的等效阻尼比以评估其减振效果.试验结果表明:开发的新型减振系统可以使长吊杆强轴(横桥向)和弱轴(顺桥向)的阻尼比分别达到1％和3％以上,完全满足台风区钢拱桥吊杆减振的需要.     

南京大胜关长江大桥主桥上部结构设计

京沪高速铁路南京大胜关长江大桥为主跨336 m的连续钢桁拱桥,设计速度目标值300 km/h,设计荷载为6线铁路荷载。主桁采用整体节点,弦杆采用箱形带肋杆件;桥面采用正交异性板整体钢桥面,分块制造、安装;为提高截面刚度、改善气动性能及增加阻尼,吊杆设计成八边形截面并预留阻尼器安装空间;平面及横向联结系采用刚度大、有利于3片主桁内力均匀分配的X形构造;使用墩旁托架及拉索辅助钢梁安装,利用拉索调整主跨合龙口位移。大桥施工进展顺利,2009年9月底主桥钢梁安装完成,预计2010年上半年达到铺轨条件。     

大跨度混合梁斜拉桥拉索减振研究

大跨度斜拉桥跨度大、拉索长、刚度小,使得斜拉桥极易受各种外界激励而发生振动。拉索更是因为其质量小、柔度大、结构阻尼低的特点,极易发生振动。并且随着斜拉桥跨径的不断加大,拉索越来越长,拉索的振动问题也日益突出。本文详细分析了抖振、涡激振动、干索驰振、风雨激振等拉索主要振动形式对大跨桥斜拉索的影响,并计算了相应的临界风速与阻尼比要求。对比分析了CIP规范、FIB规范、PTI规范以及我国规范《公路斜拉桥设计细则》(JTG D65-01-2007),研究了拉索最低阻尼比的取值要求,详细分析了各种拉索振动及其减振措施,以供拉索阻尼器选型时参考。     

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.     

EQ2102越野汽车前轮摆振影响因素试验分析及改进措施

针对东风EQ2102型独立悬架越野汽车的前轮摆振问题进行了道路试验分析,研究了前轮失衡量、转向系统阻尼和刚度对前轮摆振的影响。试验及分析表明,该车摆振主要为强迫振动,通过控制激振源、增大转向系统阻尼可抑制摆振。提出了采用阻尼轴承代替主销滚针轴承来增大转向阻尼的解决方案,同时评估了阻尼轴承对汽车操纵稳定性的影响。     

基于桥梁在线监测信号的吊杆阻尼识别

风荷载、环境荷载及车辆荷载会引发吊杆不同程度的振动,同时吊杆会受到阻尼器的抑振作用。文中采用经验模态分解法(EMD)、随机减量技术(RDT)、Hilbert变换(HT)及滤波技术进行吊杆的阻尼识别,阐述了技术原理及其改进方法;利用桥梁健康监测系统,将经过小波变换滤波处理的加速度在线监测信号采用EMD得到各阶模态响应(IMF),提取IMF经过RDT及HT识别出吊杆模态参数,评估阻尼器使用状态。     

人行索道桥振动分析研究

人行索道桥主梁刚度小、自重轻,行人过桥时易产生振动,影响桥梁正常使用。以某景区人行索道桥为研究对象,对其TMD阻尼器安装前和安装后2个工况进行人桥耦合振动分析研究,以验证结构振动特性和阻尼器安装效果。     

大跨度连续梁桥气弹模型风洞试验研究

以港珠澳大桥跨崖13-1气田管线变截面连续梁桥主桥为背景,设计制作全桥气弹模型,通过风洞试验研究大跨度连续梁桥抗风性能。均匀流条件试验结果表明,大跨度连续桥梁颤振稳定性很好,但存在发生涡激振动的可能。试验研究出附加结构阻尼的机械措施作为有效降低涡激振动的方案。紊流条件下抖振试验结果表明连续梁桥抖振响应很小。     

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。     

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。     

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。     

梁拱组合桥吊杆成桥初始索力的简化计算方法

在梁拱组合桥的设计中,确定恒载作用下吊杆成桥初始索力是一项重要工作。该文先对确定吊杆成桥初始索力的常用方法进行了总结,基于内力平衡迭代思想提出了梁拱组合桥吊杆成桥初始索力的简化计算方法。最后以广东省韶关市一座三跨连续"梁-拱"组合桥为例,采用该方法计算了吊杆的成桥初始索力,并与其他方法的计算结果进行对比分析。结果表明该方法正确、实用,可为梁拱组合桥的设计计算提供参考。