钢绞线斜拉索内置式橡胶阻尼器研究与应用

□文/庞维林 黄永玖 覃 磊 蒋立军 杨应春 陈奉民

钢绞线斜拉索由于细长的结构特点，容易在风载或车载条件下产生大幅振动，不仅会破坏拉索的防腐密封体系，还会加速拉索的疲劳损伤，影响使用寿命。为抑制拉索的大幅振动，需采取必要的振动控制措施。拉索振动控制指通过改变拉索结构体系的刚度、质量和外表形状或者提供被动、主动或半主动的制动力来减小结构的振动[1]。

在拉索上安装阻尼器是抑制拉索振动的有效方法，具有结构简单、造价低、安装方便的特点，在工程实践中得到广泛应用[2]。为了满足桥梁工程对钢绞线拉索振动控制的要求，同时解决安装阻尼器后拉索体系的美观性问题，常采用在拉索梁端和塔端预埋管出口处安装内置式橡胶阻尼器并结合拉索外护套双螺旋线气动的措施共同抑制拉索振动。

内置式橡胶阻尼器是利用拉索和高阻尼橡胶之间的挤压变形来提供阻尼消耗能量，达到减轻振动的目的[3]；可采用拉索梁端和塔端均安装阻尼器的方式，通过两端阻尼器减振效果的线性叠加提高减振效果。内置式橡胶阻尼器除了具有抑制拉索振动的作用外，还可在预埋管出口处对拉索产生横向支撑，控制拉索的横向位移，避免锚固段出现横向载荷效应[4]。因此内置式橡胶阻尼器是拉索体系结构中重要的组成部分。

目前，内置式橡胶阻尼器对拉索振动抑制程度、减振效果的研究较少，为了验证内置式橡胶阻尼器的减振效果，开展了实索振动控制试验，为桥梁工程的拉索振动控制提供具有参考价值的试验数据。

1 内置式橡胶阻尼器的构成

钢绞线拉索体系常用的内置式橡胶阻尼器由减振橡胶、支撑管、压板、底板等部件构成。见图1。

图1 内置式橡胶阻尼器

2 实索减振试验

2.1 试验参数

试验拉索水平放置，经理论计算，拉索一阶振动频率为0.875 7 Hz。见表1。

2.2 内置式橡胶阻尼器安装

采用固定支架模拟预埋管，内置式橡胶阻尼器通过挤压橡胶固定于预埋管口处，安装位置距离锚固点3.37 m（为索长的2%），见图2。

2.3 试验工况

对拉索进行人工激振，测量拉索最大振幅处、阻尼器安装位置等关键部位的加速度和位移[5]。首先测试未安装阻尼器前拉索一阶和二阶的固有振动特性，然后将阻尼器安装于距离锚固点3.37 m（为索长2%）的位置，测试安装阻尼器后拉索一阶和二阶的振动特性。测试时，根据拉索各阶的振动模态分别在跨中和四分点处激起拉索的一阶和二阶振动，当拉索最大振幅达到相应的数值时，停止激振，让振动自由衰减，通过动态信号测试分析系统进行数据采集。见图3。

2.4 试验结果

为测试拉索在自由振动和强迫振动下的模态，测定拉索在安装内置式橡胶阻后的振动对数衰减率，进行了多种工况下拉索振动特性的测试研究。见图4-图5和表2。

图4 安装阻尼器前振动加速度时程曲线

图5 安装阻尼器后振动加速度时程曲线

表2 试验结果汇总

3 结论

经试验测试，通过钢绞线斜拉索实索安装内置式橡胶阻尼器人工激振试验以及多座300 m跨度钢绞线桥斜拉索工程应用，得到如下结论：

1）长度168.25 m的拉索，距离锚固端3.37 m（索长2%）处安装内置式橡胶阻尼器，拉索前两阶振动的平均对数衰减率分别为1.53%和1.57%；

2）通过梁端和塔端内置式橡胶阻尼器减振效果的线性叠加，钢绞线斜拉索对数衰减率可达3%；

3）内置式橡胶阻尼器结合外护套双螺旋线气动措施，结构简单、安装方便、维护成本低，满足主跨在300 m以下钢绞线斜拉桥的拉索振动控制需求。