大吨位阻尼器在大跨度铁路钢桁梁的施工应用

黄 海（济南铁路局建设管理处，山东 济南 250000）

1 引 言

阻尼器是提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器（或减震器）来减振消能。从20世纪70年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中[1]，其发展十分迅速。特别是有50多年历史的液压粘滞阻尼器，在美国被结构工程界接受以前，经历了一个大量实验，严格审查，反复论证[2]，特别是地震考验的漫长过程。随着我国的建设事业的不断发展进步，阻尼器被不断应用于桥梁结构中，以提高桥梁结构的抗震性能[3,4]。

2 工程概况

德大铁路黄河特大桥设计起止里程为DK182+948.13～DK191+040.87，全长8092.74m，包括主桥、跨堤引桥、堤内引桥、两侧堤外引桥五部分。

主桥跨越黄河主槽及大里程侧黄河大堤，孔跨布置为：(120+4×180+120)m下承式变高度连续钢桁梁，主桥长960m，墩号范围97～103#，其中100#为制动墩，在99#、100#桥墩墩顶设置阻尼器，使99#、100#、101#桥墩共同承受纵向地震力、列车制动力等冲击荷载的作用。全桥阻尼器共设置4套，分别设置在E25及E25’节间，与下部99#、101#墩进行连接。由于钢梁桥型复杂，阻尼器设计吨位较大，其阻尼器的施工及后期维护显得尤为特殊。

3 阻尼器作用原理

本项目采用的粘滞性阻尼器是一种被动消能装置，是根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时会产生粘滞阻力的原理而制成的[5]。是一种用于安装在发生相对位移的桥梁构件之间，缓慢施加静态荷载，如温度作用下可自由形变，快速作用的动态荷载，如活车侧动，地震等作用下，产生阻尼力并耗散能量的振动控制装置，粘滞阻尼器的阻尼力F大小只与阻尼器两端的相对速度V有关系，阻尼力和速度关系为[6,7]：

F=CVα

式中，C为阻尼系数；α为阻尼器非线性指数（速度指数）。

表1 阻尼器设计参数

4 大吨位阻尼器的施工方案

4.1 阻尼器施工准备

1）首先将桥墩及桥梁上的预埋件表面清理一遍，去除水泥浆及锈斑，打磨平整，并将桥墩套筒的螺孔用攻丝再攻一遍，保证阻尼器双耳环座的顺利安装。

2）阻尼器安装前准备器具：2吨吊机一台，2吨葫芦两套、钢丝绳若干、吊钩若干、M56扳手一把、5米卷尺一把、1m直尺一把、记号笔两支。

3）阻尼器安装的人员须经过厂家专业技术人员的集体培训，并且操作工必须具有有关的资质证明（如吊车工等），否则不得进行安装。

4.2 吊装前准备

先将一套阻尼器木箱及双耳环座木箱拆箱（注：阻尼器主体部分是不允许碰撞和损伤的，外包装上有明显标记，安装时必须千万小心）。

4.3 桥梁吊装就位

将桥梁双耳环座吊起，使桥梁双耳环座与桥梁连接件的通孔一一对应，先装对角的两个螺栓，定位桥梁双耳环座，然后再安装其余螺栓，最后全部紧固。全部螺栓装在木箱内，木箱外有标记。

4.4 桥墩吊装就位

将桥墩双耳环座吊起，使桥墩双耳环座上的通孔和桥墩预埋件套筒的螺孔一一对应，先装对角的两个螺栓，定位桥墩双耳环座，然后再安装其余螺栓，所有螺栓都稍稍紧固即可。

4.5 测量调节

测量两个双耳环座孔中心的距离，调节阻尼器长度等于阻尼器支座孔的中心距。(注：阻尼器长度调节方法如下：只需将锁紧螺母拧松，旋转“右球铰座”，顺时针为缩短，逆时针为伸长。可调节长度为±20mm。调节完毕后再将锁紧螺母紧固即可)。

4.6 阻尼器起吊

先将阻尼器吊起并使阻尼器大的一端插入桥梁双耳环座之间，对好孔位置，插入销轴，再用开口销锁定。

4.7 阻尼器安装

将阻尼器的另一端插入桥墩双耳环座之间，校准孔位置，如果还有微小偏差，可设移动桥墩阻尼器（因为螺栓还没有固定）来调节，对好后将另一销轴插入，再用开口销锁定。

图1 阻尼器安装示意图

4.8 紧固

最后将桥墩双耳环座与桥墩预埋件用螺栓紧固。

4.9 阻尼器安装完毕注意事项

阻尼器全部安装完毕并检查无误后，把阻尼器外表面上的橡胶保护层拆除。

图2 双耳环座与阻尼器连接细部构造图

5 大吨位阻尼器的维护与保养

5.1 德大黄河特大桥主桥阻尼器维护与保养的规则

1）阻尼器在正常使用前，必须检查一次。

2）阻尼器的日常维护与保养，在大桥通车后6个月内检查一次，以后每两年检查一次。在阻尼器检修后，半年内检查一次，以后每两年检查一次。

3）受12级以上大风或6级以上地震后，必须检查阻尼器。

4）当阻尼器发生重大故障，需要将阻尼器回厂维修时，阻尼器必须拆卸下来。

5.2 阻尼器的日常维护与保养方案

图3 检查示意图

1）阻尼器在正常使用前，必须检查一次；

2）阻尼器的日常维护与保养，在大桥通车后六个月内检查一次，以后每两年检查一次；

3）阻尼器检修后，六个月检查一次，以后每两年检查一次。

4）阻尼器的保养内容

（1）检查阻尼器左右球铰座、左右双耳环座表面是否有油漆剥离及腐蚀情况，若发现油漆剥离及腐蚀情况，采集信息（拍照留底）并查找造成原因（如上方有漏水口等），及时向上级申报情况，消除原因所在。并将油漆剥离及腐蚀部分油漆彻底清除并重新补漆，同时用测厚仪测量记录数据，补漆完毕后应作相应记号，以便日后日常维护检查。检查完毕后需涂S43-31脂肪族聚氨脂可复涂面漆，干膜平均厚度≥40um。阻尼器维护保养用工具包括：5米卷尺；M56外六角扳手；清洁布；润滑油脂（JG3007-93《无粘结预应力筋专用防腐润滑脂》2号建筑脂）；照相机；数字万用表；专用工具包。

（2）检查阻尼器主体未涂漆部分（不锈钢护套）表面是否清洁，若有污垢，请用清洁布擦洗干净。

（3）检查螺栓是否松动。

（4）检查销轴并给销轴与关节轴承连接处加注润滑油脂。

图4 阻尼器的日常维护

（5）测量阻尼器中心距L尺寸并记录。

（6）检查左右球铰中关节轴承是否变形凸出、与轴之间是否间隙。

5）严重自然灾害后阻尼器的检查维护：

严重自然灾害后阻尼器维护与保养方案重点做好以下内容：

（1）阻尼器本体外观是否变形、裂纹、漏油、散架等。

（2）检查销轴等连接件是否变形、裂缝，做好记录。

（3）检查左右球铰中关节轴承是否变形凸出、与轴之间是否间隙。

（4）测量阻尼器中心距尺寸并记录。

（5）检查螺栓是否松动或断裂。

（6）若以上五项没任何问题，可按日常维护与保养方案继续检查。

[1]黄智文，陈政清. MTMD在钢箱梁悬索桥高阶涡激振动控制中的应用[J].振动工程学报，2013，26（6）：908-914.

[2]冯亚成.桥梁用粘滞阻尼器的技术检验[J]. 中国铁路, 2014(7):86-88.

[3]何晓光，吴成亮，仝强. 弹塑性钢阻尼器减隔震原理在桥梁工程中的应用[J].中国市政工程, 2013(6):27-28.

[4]刘怀林，黄福伟.厦漳跨海大桥北汊主桥抗震设计研究[J]. 公路交通技术，2013（6）：37-41.

[5]陈永祁，马良喆. 粘滞阻尼器在实际工程应用中相关问题讨论[J].工程抗震与加固改造,2014,36(3):7-13,20.

[6]刘俊. 高烈度区多跨刚构连续梁桥减隔震设计研究[J]. 铁道工程学报,2013(5):40-46.

[7]宋连锋，孙良凤，袁佩.安庆长江大桥粘滞阻尼器参数分析[J].城市道桥与防洪，2013(5):77-80.