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     

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。     

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...     

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。     

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.     

基于影响矩阵法的斜拉桥斜拉索合理初始张拉力分析

针对斜拉桥建模过程中斜拉索内力与设计成桥索力存在偏差的问题,为确定斜拉索合理的初始张拉力,提出基于影响矩阵法的斜拉索合理初始张拉力计算方法。该方法根据斜拉索张拉过程中其两端的位移和索力协调关系,构建一种影响矩阵,通过该矩阵计算斜拉索的合理初始张拉力。以某大跨度独塔斜拉桥为例,采用该方法计算斜拉索合理初始张拉力,并对比分析了施加不同初始张拉力后的斜拉索内力;考虑该方法确定的初始张拉力和将设计成桥索力作为初始张拉力的2种工况,分析不同初始张拉力对桥梁结构响应的影响。结果表明:该方法计算得到的斜拉索内力与设计成桥索力相对差值小于0.01%;初始张拉力对桥梁结构变形和斜拉索内力影响显著,在斜拉索中施加该方法确定的初始张拉力,可使斜拉索内力达到设计成桥索力。     

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。     

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。     

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。     

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。     

锚拉板索梁锚固系统几何参数精确求解方法

采用锚拉板索梁锚固形式的斜拉索系统事先无法明确拉索梁端锚点坐标,针对该问题,该文通过建立内外双重循环迭代模型,在保证锚拉板轴线方向与斜拉索梁端受力切线方向一致的前提下,得到斜拉索主梁锚点坐标及其他几何参数的精确解。通过算例对比近似解和精确解,明确了采用锚拉板索梁锚固形式的大跨度斜拉桥精确求解斜拉索几何参数的必要性。     

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。     

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。     

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.     

基于斜拉索张力测定的斜拉桥健康诊断

应用试验校正的高精度三维有限元模型,对斜拉桥主梁结构损伤位置识别的斜拉索张力指标进行了研究。模拟12种可能的损伤情况,研究了基于斜拉索局部模态基频构造索张力指标的方法,索张力指标对各损伤情况下损伤位置的识别效果和对损伤程度的敏感性。结果表明,用斜拉索局部模态基频所构造的张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性和灵敏性,对模拟的12种损伤情况的正确识别率可达75%。该方法的突出优点是只需测量斜拉索局部振动模态的基频,就能获得较好的损伤识别效果,比其他面向损伤检测的测量容易得多。该方法可十分方便地推广应用于悬索桥加劲梁结构的损伤定位,具有较高的实用价值。     

斜拉桥索力测定及其参数识别

文章总结了当今几种斜拉桥斜拉索索力的检测方法及其优缺点,重点讨论了当今应用最为广泛的索力检测法——频率法的原理、应用及所存在的理论问题。分析采用频率法测定索力时,对影响其测量精度的主要因素:索的刚度、索的垂度、索的边界条件等进行了比较详尽的分析,并对不易确定的拉索抗弯刚度进行参数识别,通过对拉索振动信号的频谱分析,得到扭绞型高强钢丝斜拉索的抗弯惯性矩约为同直径钢棒的0.5倍,并提出了两端为墩头锚的斜拉索索长修正的经验公式。该方法对于精确测定施工过程中、使用状态及成桥状态的拉索的索力均适用,并在某斜拉桥工程算例得到验证。     

西班牙Pentevedr市跨越Lerez河上的斜拉桥

跨越Lerez河上的斜拉桥，因其斜拉索特殊的空间布置系统从而在众多斜拉桥中成为极其突出的一座斜拉桥。首先斜拉索系统布置成三个扇形面，与桥的轴线成1200交角，主扇面斜拉索则落在桥主轴线上。其次，后面的两扇斜拉索系统形成双曲线形。该桥仅有一主跨。这意味着主跨的斜拉索     

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。