阻尼器在桥梁应用实例

例1：北京某人行天桥

天桥跨度42.0m，两端各悬挑4.0m，桥面宽3.0m，主梁高1.494m，为3室封闭钢箱梁，一般行人的自振频率1.8~2.5Hz，与天桥第一阶频率比较接近。表1是在桥面等间距加幅值为1.5kN的正弦激励后的竖向位移，表中看出在2.5Hz 正弦激励下桥梁发生共振。

天桥第一振型天桥第二振型

表1

在桥箱内布置减振装置，每个天桥布置6套减振装置，每套装置由粘滞阻尼器和TMD（调频质量阻尼器）组成，TMD包括金属质量块和弹簧减振器。采用3种TMD减振装置，每种布置2个，分别为1号减振装置（自振频率1.8Hz）、2号减振装置（自振频率2.0Hz）、3号减振装置（自振频率2.5Hz），表2是减振前后天桥跨中竖向位移比较。

表2

结论：安装消能减振装置能有效削减大跨人行天桥的共振响应，共振工况下减振率为70%，减振效果极佳。

例2：苏通大桥

苏通长江公路大桥位于中国江苏省长江口南通河段,主航道桥桥跨布置为(100+100+300)m+1 088m+(300+100+100)m ,是目前世界上最大跨径的斜拉桥。大桥桥址处建设条件复杂,抗震要求高,设计时,在全漂浮体系基础上世界首创地加设带有附加限位功能的特大型液体黏滞阻尼器。苏通大桥照片见图1所示,苏通大桥使用的液体黏滞阻尼器照片见图2。

图1

图2

根据通过计算分析所得到的液体黏滞阻尼器设计参数要求,设计者决定在一个塔梁连接处顺桥向设置4个液体黏滞阻尼器,全桥共8个。单个阻尼器设计参数见表1。此处该阻尼器还带有限制位移功能,在主梁顺桥向±750 mm的位移内不约束主梁运动,以减小常规作用(温度、正常风、交通荷载)结构受力,当相对位移大于750 mm时,单个阻尼器提供上限9870kN的限位力。表1给出了苏通大桥单个阻尼的性能参数。对加装阻尼器的全桥地震反应计算分析可知,苏通大桥加装阻尼器后,纵向位移降低5914 %,桥塔剪力降低14%,桥塔弯矩降低24%。计算结果表明,这种集限位、阻尼两种功能于一体的液体黏滞阻尼器有效地提高了苏通大桥桥梁

刚度,改善了结构阻尼,解决了该大跨度桥梁设计中遇到的关键技术。

例3：江阴长江大桥

江阴长江公路大桥是我国大陆建成的第一座千米级大型悬索桥。该桥位于长江三角洲地段中部,中跨跨径1385m,矢跨比1/1015,主缆中心距3215m,吊索间距16m,桥塔采用钢筋混凝土门式塔,主梁为扁平闭口流线型钢箱梁。该桥自1999年建成运营几年后,发现主跨两端的伸缩缝在横桥向和纵桥向的变形不均匀,伸缩缝工作状况不正常。经实测主梁最大纵向摆动速度和摆动加速度分别为2167mm/s 和2412mm/s2,梁在支座处的横向摆动速度和横向摆动加速度最大值分别为01225mm/s和01018mm/s2。通过对全桥进行的各个工况下的动力分析和比较,中交公路规划设计院有限公司最终决定在主梁两端伸缩缝处设置4个液体黏滞阻尼器对大桥动力位移进行控制以改善大桥动力性能,表2为经过计算分析最终确定的单个阻尼器技术参数,大桥所采用的阻尼器冲程达到1000mm,是目前世界上行程最长的大型阻尼器之一。江阴长江大桥照片见图3所示,江阴长江大桥使用的液体黏滞阻尼器照片见图4,表2给出了江阴长江大桥单个阻尼器的详细参数。通过加装阻尼器后对全桥动力数值分析表明,液体黏滞阻尼器的使用使得该桥在车辆振动条件下位移减少87%,风振位移响应减少51%,地震位移响应减少56%。这是我国第一次对已建大桥采用阻尼器进行的加固改造,对于我国桥梁上安装液体黏滞阻尼器具有重要的意义。

图3 江阴长江大桥

图4 江阴长江大桥使用的阻尼器

例4：西堠门大桥

西堠门大桥是我国舟山大陆连岛工程中规模最大的跨海特大桥之一。其走向由北到南,北连册子岛,南连金塘岛。该桥跨径布置为(578+1650+485)m。由于地形的原因,主桥在北边跨和中跨的主梁设计为连续加劲梁,北边跨和北塔之间为悬吊结构,设置有横向抗风支座,北塔设有下横梁。因此,加劲梁的实际连续长度为2 228m ,南塔的下横梁和北锚碇上设置反力墙,在加劲梁端和反力墙之间设置阻尼器。经过计算分析,从保护反力墙和抗震角度,阻尼器参数选取为α=110,C =1000,此时,梁端位移为011752m,相对于体系为梁端自由时减小一半,主梁南端反力墙作用力为1955kN,主梁北端反力墙上作用力为2045kN。图5为西堠门大桥图。

图5西堠门大桥