襄陽漢江三橋斜拉索振動(dòng)控制研究

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1、襄陽漢江三橋斜拉索振動(dòng)控制研究摘要：?榱私餼魷逖艉航?三橋的斜拉索振動(dòng)問題，采取理論分析和試驗(yàn)研究的方法進(jìn)行研究。分析斜拉索可能產(chǎn)生的振動(dòng)類型，對比常見的抑制斜拉索振動(dòng)措施的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)選出擺式杠桿質(zhì)量阻尼器（PLMD）作為阻尼減振方案；通過阻尼器優(yōu)化理論，對PLMD阻尼器的安裝位置、阻尼系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；通過現(xiàn)場實(shí)測，驗(yàn)證阻尼器的實(shí)際減振效果。結(jié)果表明：安裝PLMD阻尼器后，抽樣檢查的斜拉索的阻尼對數(shù)衰減率均達(dá)到了4%以上，具有良好的減振效果。中國2/vie　　關(guān)鍵詞：斜拉索；振動(dòng)控制；PLMD阻尼器　　中圖分類號：TB　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A　　doi：10.1931

2、1/j.ki.1672-3198.2016.33.190　　1引言　　斜拉索是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，承擔(dān)著將主梁荷載傳遞給橋塔的重要作用，由于斜拉索一般采用平行鋼絲斜拉索，其初始阻比的對手衰減率值僅為8‰～9‰，且由于其長細(xì)比大，在外界風(fēng)、風(fēng)-雨和交通荷載作用下，容易發(fā)生大幅振動(dòng)問題。而斜拉索的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致斜拉索產(chǎn)生疲勞損傷積累，長期積累會(huì)形成斜拉索的安全隱患。因此，需要對斜拉索的振動(dòng)進(jìn)行有效的控制?！　?項(xiàng)目概況　　襄陽漢江三橋主橋?yàn)橹骺?10m的預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面斜拉橋，其斜拉索按扇形布置，斜拉索采用平行鋼絲斜拉索，鋼絲采用為抗拉強(qiáng)度1770MPa的7mm高強(qiáng)

3、度、低松弛鍍鋅鋼絲，型號分別為PESC7-199、PESC7-241、PESC7-283、PESC7-313等型號，最長拉索為173m，斜拉索共計(jì)26×2×4=208根，斜拉索在主梁端錨固采用鋼錨箱形式，錨點(diǎn)位于橋面以下，最大索力為7190kN?！　∫话阈崩瓨蛟谑┕ず瓦\(yùn)營階段斜拉索可能發(fā)生的振動(dòng)類型有：風(fēng)致渦激振動(dòng)、風(fēng)雨振、參數(shù)振動(dòng)，其振動(dòng)特征及抑振措施分析如下：　?。?）風(fēng)致渦激振動(dòng)是一種限幅振動(dòng)，由來流風(fēng)通過斜拉索斷面產(chǎn)生的周期性漩渦脫落引起，當(dāng)漩渦脫落頻率接近斜拉索的某階振動(dòng)頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。在實(shí)際的斜拉索工程中，發(fā)生渦激振動(dòng)的階次在不同時(shí)間是不同的，甚至

4、在同一時(shí)間不同高度時(shí)也會(huì)不同，因此其受控模態(tài)為多模態(tài)。　　為了控制斜拉索的渦激振動(dòng)，其模態(tài)阻尼比的對數(shù)衰減率δ需要大于1.5%?！　。?）風(fēng)雨振是在風(fēng)-雨聯(lián)合激勵(lì)下產(chǎn)生的一種大幅振動(dòng)類型，主要是因?yàn)橛晁诶飨戮壭纬闪讼掠昃€，改變了拉索的截面特征，從而在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的一種振動(dòng)形式。風(fēng)雨振的振幅很大，危害極為嚴(yán)重?！　】刂骑L(fēng)雨振的控制措施一般體現(xiàn)在兩方面：①采用空氣動(dòng)力學(xué)措施，比如在拉索表面設(shè)置凹坑、雙螺旋線等措施，阻止雨線的形成，一定程度上避免拉索風(fēng)雨振的產(chǎn)生；②提高斜拉索的模態(tài)阻尼對數(shù)衰減率δ，當(dāng)δ大于3%時(shí)，可以避免風(fēng)雨振的產(chǎn)生?！　。?）參數(shù)振動(dòng)是由于斜拉橋

5、主梁振動(dòng)形成的斜拉索端部位移激勵(lì)引起的，當(dāng)主梁的振動(dòng)頻率為拉索振動(dòng)頻率的2倍時(shí)，就會(huì)發(fā)生參數(shù)振動(dòng)。由于本橋?yàn)轭A(yù)應(yīng)力混凝土主梁，主梁的振幅相對較小，發(fā)生參數(shù)振動(dòng)的概率較小。　　綜上所述，襄陽漢江三橋斜拉索可能的振動(dòng)形式為渦激振動(dòng)和風(fēng)雨振，為了抑制上述振動(dòng)，斜拉索自身設(shè)置雙螺旋線構(gòu)造，一定程度上減小風(fēng)雨振發(fā)生的概率，同時(shí)設(shè)置斜拉索阻尼器，使斜拉索的附加阻尼比的對數(shù)衰減率δ大于3%?！　?襄陽漢江三橋斜拉索阻尼器設(shè)計(jì)　　通過對長江斜拉索阻尼器的比選，本橋選用了擺式杠桿質(zhì)量阻尼器PLMD，該阻尼器通過杠桿放大作用，將斜拉索的振動(dòng)位移放大后傳遞至阻尼耗能裝置處，可以有效提高阻

6、尼器的減振效果，是該阻尼器的最大優(yōu)點(diǎn)。另外該阻尼器的構(gòu)造緊湊，可以適應(yīng)不同傾角的拉索需要，安裝方便。阻尼器的現(xiàn)場照片如圖1所示。　　襄樊漢江三橋斜拉索阻尼器的設(shè)計(jì)目標(biāo)為：（1）對襄樊漢江三橋中跨13～26#斜拉索、邊跨14～26#斜拉索安裝PLMD阻尼器；（2）安裝PLMD阻尼器后斜拉索前15階模態(tài)阻尼對數(shù)衰減率大于3%?！　榱诉_(dá)到上述目標(biāo)，需要對PLMD阻尼器的安裝位置比、等效阻尼系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并通過文獻(xiàn)的方法，對安裝PLMD阻尼器后斜拉索的阻尼對數(shù)衰減率進(jìn)行驗(yàn)證?！　?yōu)化后的各斜拉索的安裝高度為1.5m，安裝位置比在4%～5.2%之間，以部分斜拉索為例，其安裝

7、位置比如圖2所示。　　各斜拉索的最優(yōu)阻尼系數(shù)在25545N?s/m～51384N?s/m之間，以部分斜拉索為例，其最優(yōu)阻尼系數(shù)如圖3所示?！　膱D2和圖3可以看出，在相同安裝位置下，隨著索號的增加，拉索的安裝位置比逐漸減小，最優(yōu)阻尼系數(shù)逐漸變大。　　按照上述的理論優(yōu)化結(jié)果，為襄樊漢江三橋設(shè)計(jì)斜拉索阻尼器。　　4斜拉索阻尼器實(shí)際減振效果測試　　所有的斜拉索阻尼器在橋梁二期恒載鋪設(shè)完畢后進(jìn)行了安裝，安裝完畢后，對安裝PLMD阻尼器的斜拉索的阻尼對數(shù)衰減率進(jìn)行了抽樣檢查，部分拉索檢測結(jié)果如圖4所示?！　膱D4可以看出，安裝阻尼器之前，斜拉索的阻尼比對數(shù)衰減率在1.3%