索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能

拉索是索承重大跨桥梁的重要承力部件；由于拉索质量轻，柔度大，阻尼小，在风的激励下，会发生强烈的振动，其中最为剧烈的是拉索的风雨激振。对此，结构工程师采取了各种措施来控制拉索的风致振动。迄今为止，在拉索上附加耗能减振装置仍然是索承重大跨桥梁拉索振动控制的主要手段。就目前国内外索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能进行比较和分析，指出它们的优缺点；并展望未来拉索振动的半主动控制和主动控制装置。     

斜拉索刚性杠杆质量减振装置研究

斜拉索易在外荷载作用下发生大幅振动,影响桥梁运营状态及使用寿命.为有效抑制斜拉索振动,采用杠杆放大原理.综合粘弹性减振,研制出一种新型的斜拉索减振装置-刚性杠杆质量减振器.通过研究其构造和减振原理,建立拉索一减振器数值理论模型,对减振效果进行数值计算及实桥试验.理论结果及实桥试验表明,该装置具有较高的减振效果,适用于大...     

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...     

斜拉索振动及振动控制应用技术

斜拉索振动影响其耐久性和安全性这一问题已得到国内桥梁界高度重视。分析斜拉索振动引起的各种危害和振动的类型及特征,并对斜拉索振动控制的方法和手段进行论述。     

基于数据驱动的斜拉索异常振动分析及预警

视频监控表明,某斜拉桥的斜拉索在2016年2月1日发生肉眼可见的异常振动。为了解异常振动发生期间,桥梁风环境及结构振动响应变化,对斜拉索异常振动期间的斜拉索、桥面和桥塔加速度、风环境进行了分析,计算获得了斜拉索振动加速度均方根、振动位移及均方根、斜拉索索力、桥梁结构模态参数,并分析了斜拉索振动与风环境的相关关系。分析结果表明,桥梁结构仍处于安全状态,并依据斜拉索振动监测数据,建议了斜拉索振动的监测预警阈值。     

端部激励下空间倾斜拉索振动的混沌特性研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,拉索的振动会引起锚固端的疲劳,损害拉索的防腐系统,缩短拉索的使用寿命,严重时还会造成拉索失效,危及桥梁结构的安全,已成为大跨径斜拉桥亟待解决的关键问题之一.基于斜拉索的三维空间特性,推导了斜拉索在端部任意方向位移激励下三维空间非线性振动平衡微分方程;引入了Lyapunov特性指数作为特定系统的混沌判据,采用Runge-Kutta分段积分法,搜索求解了不同激励幅值条件下拉索跨中横向振动位移的相平面图、Poincare截面图、最大Lyapunov指数谱图,分析和证实了拉索振动的混沌特性.     

减震器对斜拉索索力检测的影响

振动法是斜拉桥索力测试的常用方法之一,但其测试精度会受到拉索边界条件、测试温度、拉索长度等因素影响.该文采用振动法测试索力方法,探讨了索跨内拉索弹性支撑对拉索索力测试的影响,并通过实例证明采用振动法测试拉索索力时,计算索力必须合理地考虑拉索跨内弹性支撑的影响,否则测试结果将是不可靠的.     

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.     

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。     

九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究

为研究斜拉索在主梁振动形成的端部位移激励下的振动特性,在斜拉索面内振动、理想索、垂度为抛物线和满足Hook定理的假设下,建立了考虑主梁端部激励的斜拉索非线性振动控制方程,阐明了端部位移激励引起斜拉索大幅横向振动的机理.利用动力有限元方法计算九江长江公路大桥的动力特性,根据频率匹配关系,初步确定可能发生大幅振动的斜拉索.利用推导的振动控制方程,对可能发生大幅振动的斜拉索进行数值积分分析,得到了各斜拉索内共振和参数共振的共振区,发现足够的斜拉索阻尼比可以避免斜拉索产生大幅振动.     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

不同斜拉索模型对多塔斜拉桥力学性能的影响

斜拉索由于其轻、柔的特点,经常在外部环境的影响下产生较大的振动,从而对桥梁的力学性能产生影响。以赤石大桥为工程背景,采用不同的斜拉索单元建立了不同的四塔斜拉桥整桥有限元模型,对桥梁的变形、频率、模态等力学性能进行了系统地研究。采用弦振动理论计算出了斜拉索的自振频率与ANSYS算出的索单独振动的频率进行了对比。结果表明,斜拉索采用BEAM3或者LINK1单元时计算出的索单独振动的频率与弦振动理论算出的频率吻合得非常好,短索所得计算结果相对于长索误差稍大。     

大跨拱桥施工阶段索-拱组合结构的自振特性分析

缆索吊装法是大跨拱桥施工的一种重要施工方法,施工阶段由支撑扣索与拱节段形成的临时索-拱组合结构在复杂环境下的动力问题值得关注。该文以贵州大小井大桥节段吊装过程为工程依托,分析归纳索-拱结构模态以及对应频率的分布特征。分析了拉索抗拉刚度、主拱抗弯刚度和边界条件对结构模态分布的影响。结果表明:索-拱结构同时存在索的局部振动模态和结构的整体振动模态;随着吊装节段的增加,结构将更容易出现整体振动;主拱抗弯刚度和边界条件对结构整体振动模态分布具有重要影响,拉索抗拉刚度对结构整体振动模态没有影响。     

桥梁斜拉索防护用涂料及涂装工艺研究

斜拉索作为斜拉桥的主要承重部分,其聚乙烯护套常常产生不同程度的老化、开裂和破损现象,使护套内的钢丝束发生锈蚀、断丝等。基于桥梁斜拉索腐蚀原因和目前我国斜拉索防腐技术、聚乙烯护套的涂装性能和涂装环境分析,探讨斜拉索聚乙烯护套防护用氟碳涂料及其配套的涂装工艺,为桥梁斜拉索的防护提供参考。     

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。     

斜拉桥设计中拉索抗风问题研究综述

随着大跨斜拉桥的频繁建造,斜拉索抗风问题日益突出。大跨斜拉桥中系统进行拉索抗风研究的工程实例较少,研究中尚有许多需要解决的问题。该文归纳总结了斜拉索的风振控制、风阻系数,并提出了抗风研究展望,可供斜拉桥设计者和斜拉索抗风研究者参考。     

日本大跨径波形钢腹板PC矮塔斜拉桥——生野大桥设计与施工

生野大桥是一座7跨波纹钢腹板PC矮塔斜拉桥,位于日本兵库县神户市和高津交界处的新名神(名古屋至神户)高速公路上。大桥全长606 m,主跨188 m,是日本最大跨度的波形钢腹板矮塔斜拉桥。为加快桥梁施工进度,该桥采用了多种特殊施工措施。如:在P6号墩顶处顶推法施工、超大型挂篮悬臂法施工、预制混凝土防撞护栏施工等。该桥主塔斜拉索采用37S15.2钢绞线拉索双排布置方案;为解决尾流驰振引起的拉索振动问题,通过风洞试验分析,选取摩擦型阻尼器作为拉索减震装置。     

考虑温度效应的斜拉桥塔-索-主梁耦合振动模型及影响分析

温度变化不仅会改变斜拉索的索力、频率以及边界条件,引起振动过程中的分叉现象,还会破坏振动控制的鲁棒性,掩盖结构损伤识别参数以及状态评估。为了研究非均匀温度场中索梁组合结构的非线性振动行为机理。将温度效应作为索和主梁振动的边界条件,引入高精度抛物线形,考虑拉索几何非线性、倾角、索的自重弦向分力影响,推导了热力学平衡状态下的索梁组合结构耦合振动微分方程,构建了考虑温度效应的塔-索-主梁连续耦合非线性振动精细化模型。编制程序研究了温度变化对拉索和主梁的固有频率影响,以及索梁温差对桥塔-拉索-主梁连续结构参数振动的影响。结果表明:温度变化对拉索和主梁固有频率影响不同,在塔-索-主梁频率比为2∶1∶1的主共振模式下,温度变化量每增加5℃,拉索固有频率下降0. 17%-0. 2%,主梁固有频率下降4%-7%;索梁温差的拉索振动具有明显"拍"特征,且索和主梁之间存在能量传递,随着正索梁温差逐渐增大,拉索最大振动幅值减小,但振动频率逐渐增大;随着负索梁温差的增大,拉索最大响应振幅增大,振动频率逐渐减小;考虑索梁温差和端部联合激励下的拉索振幅比单一端部激励振幅要小,拍频要大,在2∶1∶1主共振和2∶1∶2的参数共振模式下,拉索振动有明显的"拍"特征,而主梁振动相对平稳。     

基于实测数据的斜拉索振动分析与小波包能量占比研究

为研究海域环境下跨海斜拉桥长斜拉索的振动响应特征及振动能量分布特点,以金塘跨海大桥为背景,对后期构建的局部实时监测系统采集的实测数据进行分析。研究斜拉索加速度信号的时域和频域特征,运用小波包分析对不同季节的斜拉索加速度时程进行分解及重构,并计算振动能量在不同频带的能量占比。结果表明:金塘大桥桥址处风向以西北为主,近似垂直于斜拉索索面;斜拉索振动以面内振动为主,存在多模态耦合现象,且振动波形在无规则和谐波之间转变;斜拉索振动实测小波包能量占比呈现出季节性变化规律,不同频带能量占比的日变化表现出"昼大夜小"的趋势;特定频带的小波包能量占比随时间的变化可以较好地反映斜拉索短时振动能量的变化,有助于有效识别斜拉索振动情况,保证桥梁安全运营。     

独塔斜拉桥拉索安装施工工艺的应用研究

斜拉索作为斜拉桥的承重构件,斜拉桥梁体施工完成后,主塔采用竖转施工,再进行斜拉索的安装施工,这使得桥梁斜拉索挂设成为全桥的施工难点。以金汇港大桥为王程背景,分析斜拉索施工难点,针对难点的处理对策及施工技术要点,对独塔斜拉桥拉索安装施工工艺进行了应用研究。