大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术的应用研究

陈 飞

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术的应用研究

陈 飞

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

介绍了斜拉索的振动机理以及阻尼参数和阻尼器的类型等。

大跨度斜拉桥；斜拉索；阻尼参数

1 对斜拉索的减振控制

1.1被动控制

斜拉索减振被动控制的工作原理是运用三大措施，空气动力学措施、辅助索措施和阻尼器措施。空气动力学措施又叫气动措施，主要是基于风雨激振原理，通过在斜拉索外部采取增加V型凹槽、缠绕凸起螺旋线条等技术措施来改变斜拉索外部形态，阻碍连续水线的形成，起到防止斜拉索在风雨作用下振动。辅助索措施是通过辅助索把同一水平面的斜拉索串接起来，通过他们相互牵制作用来进行减振。阻尼器措施主要通过转换引起斜拉索振动的能量来减轻振动，保证桥体的安全。阻尼器措施现在比较完善和成熟，减振效果明显，在建筑桥梁工程中的到普遍的运用。

1.2主动控制

主动控制主要是利用液压组件和配套的传感器以及控制装置来达到对斜拉索的减振效果，减振的效果比较明显，但是安装部位会导致斜拉索的局部疲劳损伤，对计算的准确性和控制程序等有更高要求，投资较大，因此在我国还没有大量使用。

1.3半主动控制

半主动控制拥有被动控制的优点，能利用传感器的反馈来自动切换工作状态，能进持续控制。半主动控制型阻尼器有两大类，分别为可变阻尼器和变刚度阻尼器。现在比较重视对半主动控制阻尼器开发利用。

1.4混合控制型

混合控制型阻尼器是主动控制与被动控制的结合体，可以在外力作用下拥有较好的动力响应性特性，大大提升对斜拉索的减振效果。

2 阻尼器的类型及其特点

2.1油阻尼器

油阻尼器的缸筒内装满了流体阻尼材料，活塞和缸筒相互作用时，产生的压力差使流体阻尼材料从阻尼孔中通过，形成了阻尼力，消耗了结构振动的部分能量，达到减振的效果。

2.2粘性剪切型阻尼器

粘性剪切型阻尼器的有5部分组成，分别是外壳、插板、箱体以及粘性材料、防水橡胶。它的减振原理是利用粘性材料的粘滞力消耗斜拉索的振动能量，从而减轻振幅，阻止斜拉索发生振动位移。

2.3磁流变阻尼器

磁流变阻尼器是把磁流变材料作为驱动材料的可调参数阻尼器。该阻尼器在磁场作用下，产生磁流变效应，通常不受温度等因素的影响，能通过调节阻尼系数来使拉索的阻尼力达到最优状态，减振效果非常好。

2.4摩擦型阻尼器

摩擦型阻尼器是摩擦片制成的，摩擦片相互作用产生的摩擦阻力可以减轻斜拉索的振幅。该阻尼器的对数衰减值和斜拉索振动模态都比较相符，对斜拉索不同位置的振动都能起到减振效果，不受温度变化的影响，但是在振幅最大或最小时的工作效率较低，它的安装和维护比较麻烦，影响桥体美观，在我国应用较少。

2.5高阻尼橡胶阻尼器

它是通过在斜拉索和套管支座之间安装橡胶圈，当斜拉索出现振动时，会出现位移现象，使橡胶圈变形吸收振动的能量，达到减轻振动的作用。该阻尼器的橡胶圈组成材料是高阻尼橡胶，这种阻尼器比较小巧。

3 阻尼器的安装要求

3.1斜拉索振动波长

斜拉索的振动频率以及波长会在一定范围内不断的发生变化，要通过风速的大小来计算斜拉索的波长值，在进行综合分析后可以确定斜拉索振动波长特征值λ。λ=d·/（v·k），λ是斜拉索的振动波长；D是斜拉索直径大小；T是斜的风速；K是雷诺数，当K在185～210范围时，取值200。M是单位重量。

3.2阻尼器安装位置

知道了波长值，再确定好着力点到斜拉索和钢桥面交汇处的距离，根据斜拉索平面角度，计算着力点与钢桥面间的高度。b=μ.λ/4，h=b·sinθ（距离b和高度h的单位是米，μ是系数，通常取奇数正整数）为了更好的发挥阻尼器的减振作用，阻尼器要安装在斜拉索最大振幅和波峰位置，要远离斜拉索锚固端向索中靠拢。

3.3索中振幅和阻尼器安装着力点振幅

可以用下式计算索中振幅和安装着力点的振幅。索中振幅=6·m·λ·L2/T安装着力点的振幅=2·AM·b/L，（L是斜拉索的自由长度）

3.4阻尼器的阻尼力

根据安装着力点的振幅（Ab），来确定阻尼器的阻尼力（Fb），根据斜拉索的振动特性，确定阻尼力的规格组合，使不同参数的阻尼器和斜拉索相对应Fb=Ab·T·b/L，（Fb是阻尼器的阻尼力N）。

3.5选择阻尼器和安装支架

选用阻尼器时，要对技术参数进行综合分析。当单根斜拉索索长＞350 m时，要同时选用2种以上减振措施，在安装前要进行效果评估，支架要安装牢固，选用的阻尼器要有稳定的阻尼特性。

4 结论与展望

随着我国经济的快速发展，对交通的要求也越来越高，既要求路程要尽可能的短，还要求要有安全保障，桥梁建设可以满足人们缩减路程的目的。对于大跨度的斜拉桥来说，如何减轻斜拉索的振动幅度，保证同行安全，是桥梁建设过程中亟待解决的问题。现在有许多的减振装置，如阻尼器，而如何选择相匹配的阻尼器很是重要，这直接影响到对斜拉索的减振效果，关系到桥面同行的安全问题。

［1］ 汪正兴，王波，柴小鹏，等.大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展［J］.桥梁建设，2015，2（3）.

［2］ 王波，汪正兴，柴小鹏，等.斜拉桥斜拉索永磁电涡流杠杆质量阻尼减振技术［J］.桥梁建设，2015，5（4）.

U442

C

1008-3383（2016）09-0090-01

2016-07-07

陈飞（1981-），男，贵州册亨人，高级工程师，研究方向：高速公路施工管理。