鋼絞線斜拉索內(nèi)置式橡膠阻尼器研究與應(yīng)用

□文/龐維林 黃永玖 覃 磊 蔣立軍 楊應(yīng)春 陳奉民

鋼絞線斜拉索由于細(xì)長的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，容易在風(fēng)載或車載條件下產(chǎn)生大幅振動(dòng)，不僅會(huì)破壞拉索的防腐密封體系，還會(huì)加速拉索的疲勞損傷，影響使用壽命。為抑制拉索的大幅振動(dòng)，需采取必要的振動(dòng)控制措施。拉索振動(dòng)控制指通過改變拉索結(jié)構(gòu)體系的剛度、質(zhì)量和外表形狀或者提供被動(dòng)、主動(dòng)或半主動(dòng)的制動(dòng)力來減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)[1]。

在拉索上安裝阻尼器是抑制拉索振動(dòng)的有效方法，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、安裝方便的特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用[2]。為了滿足橋梁工程對(duì)鋼絞線拉索振動(dòng)控制的要求，同時(shí)解決安裝阻尼器后拉索體系的美觀性問題，常采用在拉索梁端和塔端預(yù)埋管出口處安裝內(nèi)置式橡膠阻尼器并結(jié)合拉索外護(hù)套雙螺旋線氣動(dòng)的措施共同抑制拉索振動(dòng)。

內(nèi)置式橡膠阻尼器是利用拉索和高阻尼橡膠之間的擠壓變形來提供阻尼消耗能量，達(dá)到減輕振動(dòng)的目的[3]；可采用拉索梁端和塔端均安裝阻尼器的方式，通過兩端阻尼器減振效果的線性疊加提高減振效果。內(nèi)置式橡膠阻尼器除了具有抑制拉索振動(dòng)的作用外，還可在預(yù)埋管出口處對(duì)拉索產(chǎn)生橫向支撐，控制拉索的橫向位移，避免錨固段出現(xiàn)橫向載荷效應(yīng)[4]。因此內(nèi)置式橡膠阻尼器是拉索體系結(jié)構(gòu)中重要的組成部分。

目前，內(nèi)置式橡膠阻尼器對(duì)拉索振動(dòng)抑制程度、減振效果的研究較少，為了驗(yàn)證內(nèi)置式橡膠阻尼器的減振效果，開展了實(shí)索振動(dòng)控制試驗(yàn)，為橋梁工程的拉索振動(dòng)控制提供具有參考價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 內(nèi)置式橡膠阻尼器的構(gòu)成

鋼絞線拉索體系常用的內(nèi)置式橡膠阻尼器由減振橡膠、支撐管、壓板、底板等部件構(gòu)成。見圖1。

圖1 內(nèi)置式橡膠阻尼器

2 實(shí)索減振試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)拉索水平放置，經(jīng)理論計(jì)算，拉索一階振動(dòng)頻率為0.875 7 Hz。見表1。

2.2 內(nèi)置式橡膠阻尼器安裝

采用固定支架模擬預(yù)埋管，內(nèi)置式橡膠阻尼器通過擠壓橡膠固定于預(yù)埋管口處，安裝位置距離錨固點(diǎn)3.37 m（為索長的2%），見圖2。

2.3 試驗(yàn)工況

對(duì)拉索進(jìn)行人工激振，測(cè)量拉索最大振幅處、阻尼器安裝位置等關(guān)鍵部位的加速度和位移[5]。首先測(cè)試未安裝阻尼器前拉索一階和二階的固有振動(dòng)特性，然后將阻尼器安裝于距離錨固點(diǎn)3.37 m（為索長2%）的位置，測(cè)試安裝阻尼器后拉索一階和二階的振動(dòng)特性。測(cè)試時(shí)，根據(jù)拉索各階的振動(dòng)模態(tài)分別在跨中和四分點(diǎn)處激起拉索的一階和二階振動(dòng)，當(dāng)拉索最大振幅達(dá)到相應(yīng)的數(shù)值時(shí)，停止激振，讓振動(dòng)自由衰減，通過動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。見圖3。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

為測(cè)試?yán)髟谧杂烧駝?dòng)和強(qiáng)迫振動(dòng)下的模態(tài)，測(cè)定拉索在安裝內(nèi)置式橡膠阻后的振動(dòng)對(duì)數(shù)衰減率，進(jìn)行了多種工況下拉索振動(dòng)特性的測(cè)試研究。見圖4-圖5和表2。

圖4 安裝阻尼器前振動(dòng)加速度時(shí)程曲線

圖5 安裝阻尼器后振動(dòng)加速度時(shí)程曲線

表2 試驗(yàn)結(jié)果匯總

3 結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)測(cè)試，通過鋼絞線斜拉索實(shí)索安裝內(nèi)置式橡膠阻尼器人工激振試驗(yàn)以及多座300 m跨度鋼絞線橋斜拉索工程應(yīng)用，得到如下結(jié)論：

1）長度168.25 m的拉索，距離錨固端3.37 m（索長2%）處安裝內(nèi)置式橡膠阻尼器，拉索前兩階振動(dòng)的平均對(duì)數(shù)衰減率分別為1.53%和1.57%；

2）通過梁端和塔端內(nèi)置式橡膠阻尼器減振效果的線性疊加，鋼絞線斜拉索對(duì)數(shù)衰減率可達(dá)3%；

3）內(nèi)置式橡膠阻尼器結(jié)合外護(hù)套雙螺旋線氣動(dòng)措施，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、維護(hù)成本低，滿足主跨在300 m以下鋼絞線斜拉橋的拉索振動(dòng)控制需求。