在世界桥梁工程的阻尼器

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在世界桥梁工程中遇到的桥上应用到的阻尼器有以下几种：

∙锁定装置

∙液体粘滞阻尼器

∙熔断阻尼器

∙限位阻尼器

∙摩擦型液体粘滞阻尼器

∙支座式金属屈服阻尼器

前面五种都是主活塞形式的阻尼器。粘滞锁定阻尼器和粘滞阻尼器是最常用的阻尼器，这两种结构可能是完全相同，仅硅油（或胶泥）流动的小孔大小不同，粘滞锁定阻尼器仅是粘滞阻尼器的一种特例。熔断阻尼器和限位阻尼器是实际工程发展出的液体粘滞阻尼器的最新产品。摩擦型液体粘滞阻尼器是最近几年在国内外有的公司生产的一种阻尼器，如果真有需要，泰勒公司可以生产，但并不推荐。支座式金属屈服阻尼器不是本文的内容，我们不作讨论。

锁定（Lock-up）装置（Lock-Up Device (LUD), or Shock Transmission Unit (STU)）

Lock-Up 装置，见图4-1，它是一种类似速度开关的限位装置，当桥梁运动到某一速度时启动。锁定装置两个安置点间的相对位移。它的工作原理就像汽车上的安全带。在慢速运动中它不限制。在急速运动中会起到制动作用。这种装置不能耗散能量。用在大桥上的锁定装置，在温度和正常活荷载下可以自由变形，但对于中小地震荷载、较大的风荷载带来的桥梁各部分间的运动和碰撞，可有效地起到减少、转移和限制作用。

图4-1泰勒公司生产的680 吨大型锁定装置及桥上的安装

液体粘滞阻尼器（Liquid Viscous Damper）

在本文的前述文章―结构工程中应用的泰勒公司液体粘滞阻尼器‖中我们已经全面的介绍了液体粘滞阻尼器。他是我们介绍的基本产品，也是要推荐的主要产品。它是个需要并且能够精确计算的定量化的产品，绝不仅是一个定性化的减振器。

液体粘滞阻尼器的运动速度和阻尼力的关系式为：

（4-1）

这里，F为阻尼力；C为阻尼器的阻尼值；V为阻尼器两端间的相对运动速度；α为速度的指数。阻尼力和最大冲程这是阻尼器要设定的关键两个参数。

熔断阻尼器( Fuse Damper)

设计工作者会提出希望制造两阶段的阻尼器：在常规荷载

（风、温度、刹车、中小地震）下它像个连杆并不发生相对

运动。在大风和大地震、超过了一定荷载时，阻尼器发生作

用。泰勒公司生产的熔断阻尼器可以很好的实现这一愿望。

这种阻尼器比一般的液体粘滞阻尼器多一个金属熔断装置，

这个熔断装置限制阻尼器直到受力达到一个特定值时才可以工作。在美国旧金山附近的Richmond San Rafael大桥上，泰勒公司提供了设计值为2270kN的熔断阻尼器装置，这个装置有一个在1250kN时断裂的金属保险片。如果阻尼器受到风荷载、刹车荷载或者小的地震荷载，当受力低于1250kN时，阻尼器两端间并不运动；如果有地震导致1250kN甚至更大的荷载时，金属保险片将断裂，阻尼器将像一个一般的2270kN的阻尼器那样工作。当保险片断裂以后，需要进行更换，简单地更换保险片后阻尼器可继续使用。

限位阻尼器

我国交通公路规划设计院设计的世界跨度大的斜拉桥－苏通大桥为了防止预想不到的特大风和地震可

能给桥带来的超量位移。设计要求了一种新型带限位的阻尼器。在常规阻尼器的基础上，在阻尼器运动的双方向上加设限位弹簧。在苏通大桥限位阻尼器最大位移超过±750mm时，阻尼器进入两端弹簧限位阶段。限位由非线性弹簧板实现。限位可达最大附加位移±100mm，限位力可达980吨。这一超大的阻尼器见下列图4-3。

图4-3 苏通大桥限位阻尼器

摩擦型液体粘滞阻尼器

在上述阻尼器的基本关系式（4-1）中，当速度的指数α非常小时该关系试近似为：

（4-2）

阻尼力就变成与速度无关的曲线( 图4-4(b))。

这种摩擦型粘滞阻尼器在较小的动力荷载时并不发生作用，当加大速度使阻尼力达到阻尼力最大值时开始发生滞回耗能作用。这种阻尼器有如下确定：

o和液体粘滞阻尼器不同，当桥梁的变形最大时，阻尼器仍然保持受力也最大，这对桥梁受力来说是不可取的。观察下列两个不同的滞迴曲线，是不难看出这一点。

液体粘滞阻尼器（a）摩擦阻尼(b)

图4-4 滞回曲线（力～位移）

特别是当桥梁位移最大时刻，速度会更换方向，阻尼器出力也就随之更换方向（见图4－5）。和结构位移相同方向的最大阻尼力会对桥梁的变形起加大作用，它完全可能不仅起不到保护桥梁的作用，反而加剧桥梁的运动和变形。

图4-5 粘滞阻尼与摩擦阻尼在位移最大时的出力对比

∙始终保持最大受力的摩擦型液体粘滞阻尼要比常规液体粘滞阻尼器更容易发热。

∙在阻尼器未达到最大受力前，这种阻尼器的出力只能停留在那个急剧上升段或下降段，阻尼器不能耗能，起不到耗能作用，也就是说，在小震和风振中阻尼器并不发生作用。

∙在桥梁计算分析软件SAP2000程序中速度指数定义的范围为0.2～2.0，用这个程序，怎麽模拟摩擦粘滞阻尼器？我们并不清楚。

∙根据我们对液体粘滞阻尼器产品的了解，要想实现阻尼器α接近于―零‖，要内或外设置专门控制油量的阀门和油库，如图4-6所示,这一另加的机构，无疑会增加破坏的可能性，处理不好会影响阻尼器的寿命。上述的原因，使我们并不推荐这种阻尼器。

在上述五种阻尼器中，如何选用？我们的意见是：从大多数桥梁的需要来看，应该首选常规的锁定装置和粘滞阻尼器。他们的价格也最便宜。到底是选用锁定装置还是粘滞阻尼器，建议利用下表进行分辨：

液体粘滞锁定装置只不过是液体粘滞阻尼器的一个特殊状态，这两种阻尼器出力和速度间的变化曲线如下图所示。

图4-7 锁定装置和阻尼器的速度－力曲线

锁定装置和阻尼器的不同点和选用办法，见表2-4。

表2-4 锁定装置和阻尼器的不同点和选用办法

在桥梁的设计中特别希望施加一定刚度，在中小风振、地震和车辆荷载时希望阻尼器协助―锁死‖时，可以选用熔断粘滞阻尼器。当桥梁所处的环境复杂、不可预见性髙又不希望阻尼器有过大的位移时可以考虑使用带限位的液体粘滞阻尼器.

阻尼器简介

前面谈到的结构保护系统中争议最少，有益无害的系统要属利用阻尼器来吸收难予预料的地震能量。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来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等工程中，其发展十分迅速。

简单地说，使自由振动衰减的各种摩擦力和其他阻碍力，我们称之为阻尼。而安置在结构系统上的―特殊‖构件可以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，我们称为阻尼器。