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1、斜拉桥阻尼器的应用摘要：本文介绍了目前国内外使用的斜拉桥阻尼器， 并且调查了各种阻尼器在国内外桥梁上的使用情况，将其与 桥梁的基本信息一起列出，使得读者能同时了解多种斜拉桥 阻尼器的特点，以及现阶段各种阻尼器在国内外桥梁上的使 用情况，以供在选择斜拉桥阻尼器时起到参考作用。关键词：桥梁工程 斜拉桥 拉索减振 阻尼器Abstract: the paper introduces the use of cable-stayed bridge damper at home and abroad, and the investigation of damper on both at home and a
2、broad and the use of bridge, the bridge and the basic information of the list together, so that the reader can also understand many cable-stayed bridge damper characteristic, as well as all kinds of damper at home and abroad at present in the use of the bridge, for in the choice of cable-stayed brid
3、ge damper can reference function.Keywords: bridge engineering cable-stayed Bridges of reducing vibration damper中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号：、八 、-前言大跨径斜拉桥的拉索由于长细比大 ,因而固有频率和模 态阻尼比很低 , 在外部激励下极易振动。特别是风雨激振时 拉索发生的令人吃惊的大幅振动。目前 , 拉索的大幅振动已 成为斜拉桥建造中亟待研究解决的关键问题之一,深入进行斜拉索振动及减振机理的研究，寻求经济、合理、美观的减 振措施和装置是必须面临的一个重要而紧
4、迫的任务。随着对 斜拉桥拉索振动控制的重视，愈来愈多的桥梁在设计阶段已 开展了斜拉索减振措施和装置的研究。1. 斜拉索的减振措施 斜拉索的振动都是由外部激励引起的 ,而振动的剧烈程 度则由激励的强弱、拉索本身的结构特点及力学性能所决 定。斜拉桥的拉索减振措施也只能从两个方面入手,即抑制拉索激励的强度或改变拉索本身的结构特点及力学性能。就目前而言 , 针对风的动力作用对结构外表形状和动力 特性（即结构的刚度、质量及阻尼的大小及其分布）极其敏 感的特性，实桥上拉索采用的防止或抑制拉索风振的方法有 以下几种 :（1）空气动力措施：通过改变拉索的断面形状或表面 形态而获得拉索气动的稳定的方法称为空气动
5、力措施。（2）辅助索措施： 用辅助索将若干根拉索连接 （纵向） 或用连接器将并列布置的两根拉索连接（横向） ，从而构成索网3）阻尼器措施：在拉索的端部安装阻尼器给拉索附加阻尼 ,从而有效地抑制或减小拉索的振动。（4）其他措施：在拉索表面涂抹斥水性材料、增加拉 索表面的粗糙度和防止水线的形成，2. 阻尼器的分类拉索易于振动的主要原因是拉索具有非常低的固有结 构阻尼， 因此在拉索的端部安装阻尼器给拉索附加阻尼,从而有效地抑制或减小拉索的振动。阻尼器措施简单有效且较为经济 , 从而得到广泛应用。 目前 , 虽然对拉索的风雨激振等风振现象的机理仍在研究之 中, 但是已经明确 : 只要将拉索的低阶振动模
6、态的对数衰减 率增加到0.020.03以上即可有效防止拉索的风雨激振；当拉索低阶振动模态的对数衰减率增加到 0.05 时可以防止并 排拉索的尾流驰振。根据阻尼材料和工作机理的不同，拉索阻尼器主要可分 为：1）高阻尼橡胶阻尼器2）粘滞阻尼器（油阻尼器）3）粘性剪切阻尼器4）磁流变阻尼器（ MR 阻尼器 ）5）永磁铁阻尼器6）干摩擦阻尼器3. 各种阻尼器的特点及应用3.1 高阻尼橡胶阻尼器 在拉索与护筒之间安装高阻尼橡胶块 ,利用拉索与护筒 之间的相对变形挤压或剪切橡胶块耗散振动能量的装置称 为高阻尼橡胶阻尼器。 该阻尼器结构简单、 安装方便 ,故在国 内建造的很多斜拉桥如上海南浦大桥、杨浦大桥和
7、徐浦大桥 等均用该阻尼器进行拉索减振。但高阻尼橡胶阻尼器的减振 效果主要取决于橡胶材料的耗能特性。需要注意的是高阻尼橡胶阻尼器可提供的阻尼有限，减 振效果不是很理想。但是安装在护筒内的橡胶圈可缓解拉索 在锚固端的二次力作用，另外可将高阻尼橡胶块的变形由挤 压改为剪切，从而提高其耗能能力。日本的主跨 890m 的多 多罗大桥即采用了剪切型的高阻尼橡胶阻尼器。由于分装在 拉索两端的阻尼器效果可以迭加，因此，许多大跨度的拉索 在梁测安装外置的粘滞阻尼器或粘性剪切型阻尼器，磁流变 阻尼器外还在塔测安装高阻尼橡胶阻尼器。此种阻尼器的减振效果完全取决于材料的阻尼特性，在 日本应用较多，如主跨为 890m
8、的多多罗大桥。还有法国的 诺曼底桥。3.2 粘滞阻尼器（油阻尼器）粘滞阻尼器构造如图 1 所示，它由活塞、油缸及节流孔构成 ,节流孔的大小决定通过活塞的油量从而确定其所能提 供的阻尼力。为了抑制拉索面内和面外两个方向的振动应安 装 2 个粘滞阻尼器。粘滞阻尼器的主要问题是其机械构造复杂 , 对微小振动 不敏感 , 安装调节比较麻烦。由于粘滞阻尼器阻尼介质为液 体, 易发生漏油和渗油现象 ,其维修费用相对较高 ,推广应用 存在一定的困难。图 1 粘滞阻尼器的构造图 粘滞阻尼器在国外有多座桥梁应用，国内苏通长江大桥 采用进口的该类型阻尼器，南京长江二桥和杭州钱塘江三桥 使用国内的产品，如表 1 所
9、示。表 1 粘滞阻尼器工程实例序号 桥名 桥址 主跨跨 (m)1 杭州钱塘江三桥 杭州市东南、钱塘江下游河段 1602 南京长江二桥 南京长江大桥下游 11 公里处6283 苏通长江大桥 江苏苏州 - 南通 10883.3 粘性剪切型阻尼器 粘性剪切型阻尼器的构造如图 2 所示。与拉索同步运动的插板使粘性体产生剪切变形来耗散拉索的振动能量，其构 造简单 , 机械加工误差要求低 , 可通过调节插板的面积和粘 性材料的注入量很容易地得到所需的粘性阻尼系数。另外， 粘性剪切型阻尼器可较好地抑制拉索的小振幅振动，避免了 振动能量的积累。而且仅用一个粘性剪切型阻尼器即可以控 制拉索的面内和面外振动。其缺
10、点是所能提供的阻尼受环境 温度及振动频率的影响大。图 2 粘性剪切型阻尼器结构图3.4 磁流变阻尼器（ MR 阻尼器） 半主动控制的磁流变阻尼器构造如图 3 所示，是以智能 材料 （磁流变材料 ） 为驱动材料的可调参数阻尼器 , 两相磁流 变液是一种可控液体 , 它是用不导电的母液和均匀散布在其 中的固体磁性颗粒制成的悬浮液 , 在磁场作用下 ,流变液中 的固体颗粒会形成一束束纤维状的链 , 横架于磁场的两极之 间, 对于平行于电极的剪切力而言 ,流变液在磁场的作用下 就会发生磁流变效应 , 即从流动性良好的具有一定粘滞度的 牛顿流体转变为具有一定屈服力的粘塑体从而达到减振效 果。和常用的被动
11、阻尼器相比 , 其阻尼系数可根据不同的需 要 , 通过外加的直流电压来调节 , 实现对拉索振动的半主动控制图 3 磁流变阻尼器构造图 磁流变阻尼器工程实例统计如表 2。表 2 磁流变阻尼器工程实例序号 桥名 桥址 主跨跨（ m）1 宁波招宝山大桥 浙江省甬江入海口 2582 山东滨州大桥 山东滨州市 3003 洞庭湖桥 湖南省岳阳市 3104 苏通大桥 江苏苏州 - 南通 10883.5 永磁铁阻尼器（磁力阻尼器）永磁铁阻尼器a:为了解决磁流变阻尼器系统的信号传 输、供电等带来的可靠性问题而产生，构造基本同磁流变阻 尼器，但是将电磁铁改为永磁铁，成为一种被动式阻尼器。永磁铁阻尼器b:构造如图4
12、所示。拉索静止不振时， 吸着板和磁铁吸附在一起。当索低阶大幅振动产生的侧向力 超过磁铁吸着力时， 两者分离， 同时激励出拉索的高阶振动， 以耗散振动能量。由于阻尼介质不是液体 , 因此对环境适应 性比以上其他阻尼器好 , 也可适用于严寒地区。图 4 磁阻尼器构造磁力阻尼器构造简单，成本、维修费用均较低，但未见 在大跨度斜拉桥上应用过。国内仅浏阳河桥和长沙机场路上 的小斜拉桥采用过永磁铁阻尼器 a 的形式。国外仅日本在 219m 跨径的天建桥上采用过永磁铁阻尼器 b。3.6 摩擦阻尼器 摩擦也是一种常见的耗能方式，通过上、下盘的摩擦耗 散振动能量。摩擦阻尼器易于安装，易于更换，可同时控制面内面外
13、 的振动，阻尼特性对环境不敏感，阻尼器体积较小，但是对 拉索的微振幅振动不敏感。目前该阻尼器在国外共有 5 座斜拉桥采用，国内尚无安 装实例。现有的摩擦阻尼器已安装于瑞典的乌德瓦拉大桥、波兰 的格丹斯克桥的最长索上和西班牙的巴达霍斯大桥的所有 拉索上。4. 结语 阻尼器作为一种抑制斜拉索振动行之有效的措施已 被广泛应用于国内外的多座斜拉桥上； 阻尼器种类繁多，应根据其制振机理、参数设计及桥 梁跨径等慎重选择阻尼器的种类； 在种类众多的阻尼器中，粘性剪切型阻尼器在我国斜拉桥中应用较广，较为适合我国国情； 在斜拉桥制振中，应充分考虑阻尼器与其他减振措施的同时使用，以达到最佳的减振效果。注：文章内所有公式及图表请用 PDF 形式查看。