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。     

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。     

基于健康监测数据的斜拉索阻尼器减振效果评估

健康监测系统可以有效监测大跨度斜拉桥整体和局部响应,保障大桥有效运营与维护。端部安装阻尼器则是一种常用的拉索振动控制措施。为了评价更换阻尼器对某斜拉桥拉索的减振控制效果,本文基于健康监测系统测得的数据,研究了阻尼器对拉索振动的控制机理,分析了更换阻尼器前后的拉索振动响应,并识别了更换阻尼器前后拉索的模态阻尼比。研究结果表明,更换阻尼器后,拉索的振动响应幅值显著减小,模态阻尼比得到了一定程度提高。     

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...     

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     

洞庭湖大桥风雨振减振试验研究

介绍了在湖南洞庭湖大桥上应用磁流变阻尼器进行拉索减振的试验情况，得到了安装阻尼器前后拉索系统的动力特性。试验结果显示系统的模态阻尼比在安装磁流变阻尼器后有大幅增长，具有良好的减振效果。实测的加速度响应也证明了磁流变阻尼器是拉索减振的有效手段。     

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。     

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。     

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

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。     

影响单索结构振动特性的参数分析

利用动力有限元方法,分析抗弯刚度以及支承条件对单索结构自振特性的影响,得出一部分有益的结论,可以为利用频率法测试索力以及研究索的振动特性提供参考。     

磁流变阻尼器在洪山大桥拉索减振中的应用

介绍了一种新型磁流变（MR）阻尼器——永磁调节装配式磁流变阻尼器在长沙洪山大桥拉索减振的应用及试验研究情况，得到了安装阻尼器前后拉索的动力特性，结果表明这种新型磁流变阻尼器能有效地提高拉索的模态阻尼比，抑制拉索的大幅振动。由于该阻尼器无需供电，装配简单，维修方便，与其他的磁流变阻尼器相比，具有较高的推广应用价值。     

Load-leveling suspension system with a magnetorheological damper

In this paper, a load-leveling suspension system with a magnetorheological (MR) damper is investigated. In this suspension system, the MR damper is connected to a spring to form a load-leveling suspension system. The system effective stiffness and damping can be adjusted by controlling the MR damper. The characteristics of a load-leveling suspension system are studied first. When the linear damper is replaced with an MR damper, the averaging method is adopted to obtain the steady-state response of the nonlinear system. A comparison demonstrates that the results of the averaging method are in good agreement with those obtained by numerical simulations. The analytical results are then verified experimentally. The load-leveling suspension system studied here is able to adjust both suspension stiffness and damping and, hence, it may provide more effective vibration control in a wider frequency range, when the damper is controlled.     

Load-leveling suspension system with a magnetorheological damper

In this paper, a load-leveling suspension system with a magnetorheological (MR) damper is investigated. In this suspension system, the MR damper is connected to a spring to form a load-leveling suspension system. The system effective stiffness and damping can be adjusted by controlling the MR damper. The characteristics of a load-leveling suspension system are studied first. When the linear damper is replaced with an MR damper, the averaging method is adopted to obtain the steady-state response of the nonlinear system. A comparison demonstrates that the results of the averaging method are in good agreement with those obtained by numerical simulations. The analytical results are then verified experimentally. The load-leveling suspension system studied here is able to adjust both suspension stiffness and damping and, hence, it may provide more effective vibration control in a wider frequency range, when the damper is controlled.     

永磁调节式磁流变阻尼器在浏阳河大桥的应用

永磁调节式磁流变阻尼器具有不需电源和阻尼力可调的优点。该文通过试验研究了该磁流变阻尼器的力学性能,针对长沙浏阳河大桥拉索振动问题,提出了永磁调节式磁流变阻尼器拉索减振方案。现场减振试验和实际应用结果表明,该阻尼器具有很好的减振效果。     

斜拉索磁流变智能阻尼控制系统分析与设计

在结构主动、半主动和智能控制系统优化设计方法的基础上,研究了斜拉索磁流变智能阻尼控制系统的设计方法,并采用所建立的设计方法完成了山东滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变智能阻尼减振系统的优化设计。采用限界HROVAT最优控制算法确定磁流变阻尼器的半主动控制力,数值计算了斜拉索磁流变阻尼控制系统的风振反应。进一步分析比较了主动控制、半主动控制、Passive-on被动控制和Passive-off被动控制策略下的磁流变阻尼器控制斜拉索风致振动的控制效果,验证了磁流变阻尼器优化设计方法的正确性和磁流变阻尼器控制策略的有效性。