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1、总第 1 2 期 九江长江公路大桥斜拉索杠杆质量减振器的设计与安装 4 9 九江长江公路大桥斜拉索杠杆质量减振器的设计与安装 尹琪 汪正兴 李荣庆 1 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 2 桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室 湖北 武汉 4 3 0 0 3 4 摘 要 九江长江公路大桥主桥为 7 0 7 5 8 4 8 1 8 2 3 3 5 1 2 4 5 m双塔双索面 昆合梁斜拉桥 该桥斜 拉索较长 在外部激励下易产生振动 需采取机械减振措施 进行控制 针对九江长江公路大桥斜拉索的特性 为其设 计 制造并安装了一种杠杆质量减振器 L MD 杠杆质
2、量减 振器由索夹 连接杆 支座 杠杆 上下容器等组成 支座和减 振器实体固定在梁体上 减振器主体通过连接杆 索夹与斜 拉索连接 安装后的测试结果表明 这种类型的减振器对斜 拉索具有良好的抑振效果 关键词 斜拉桥 斜拉索 杠杆质量减振器 安装 测试 附加阻尼 l 概述 福州至银川高速公路九江长江公路大桥在江西 省境内九江区段跨越长江 连接江西省九江市 与湖 北省黄梅县 主桥为 7 0 7 5 8 4 8 1 8 2 3 3 5 1 2 4 5 m 双塔双索面混合梁斜拉桥 图 1 其 中 南塔边跨为混凝土梁 其余三跨为钢梁 主桥斜拉索 共 2 1 6 根 斜拉索锚固在主梁内 混凝土梁段锚点 在桥面
3、以下的高 2 2 7 m 其余钢梁段的高 1 m 斜 2 2 9 81 8 拉索最长 4 4 2 2 8 7 2 o 单根最重为 3 6 1 3 5 t 斜拉索作为斜拉桥 的主要受力构件 具有质量 小 阻尼小 柔度大的特点 容易发生涡激振动 尾流 驰振 风雨振和参数振动 随着斜拉索长度的增加 斜拉索的振动幅度也将随之增大 斜拉索振动 易造成斜拉索疲劳损伤和护具 的损坏 影响斜拉索 的耐久性 该桥斜拉索较长 自振频率较低 在风或 者行车荷载的激励下极易产生振动 需安装减振器 进行抑振 2 杠杆质量减振器设计 2 1 杠杆质量减振器 在各种减振方法中 杠杆质量减振器 L MD 除 了对各种斜拉索振
4、动有良好的减振效果外 其对斜 拉桥的景观影响较小 同时可以使斜拉索减振器的 设计 制造 以及安装规范化 3 基于以上优点 九 江长江公路大桥采用杠杆质量减振器对斜拉索进行 抑振 杠杆质量减振器 由索夹 连接杆 支座 杠杆 上 1 1 3 4 4 5 钢箱梁 3 5 8 预应力混凝土梁 钢一 混结合段 t 1 1 2 1 7 5 最高通航水位 2 2 9 2 设计洪水位 曼 曼 圃 森 位 号 妻蓓 水位 图 1 九江长江公路大桥主桥桥型布置 收稿 日期 2 O 1 3 一O 8 1 2 作者简 介 尹琪 1 9 8 6 一 男 助理工程师 2 0 0 8年毕业 于湖北 工业大学机械设计制造及其
5、 自动化专业 工学学i 2 0 1 0年毕业于湖北工业 大学 工程力学专业 工学硕士 5 0 桥 梁检 测与加 固 下容器等组成 图 2 支座 和减振器实体 固定在梁 体上 减振器主体通过连接杆 索夹与斜拉索连接 斜拉索索夹处的运动 由连接杆传递到杠杆上 带动 连接在杠杆上的质量块随其运动而产生惯性力 与 此同时 与杠杆相连的减振器部件与粘性材料相互 运动而产生粘滞剪切阻尼力 这些力再经杠杆放大 后又通过连接杆传 回到斜拉索 从而起到抑制斜拉 索振动的作用 图 2 杠杆质量减振器结构示意 2 2 技术参数设计 为尽可能达到最优 的减振效果 在减振器相应 技术参数的设计中 需要全面考虑全桥各斜拉
6、索的 实际情况 综合以下几个方面进行设计计算 1 安装位置 比 减振器安装位置 比 即索夹 固定位置离斜拉索在梁体固定端的距离与斜拉索长 度之 比 对减振效果有直接 的影响 安装位置 比小 则附加阻尼小 减振效果较差 而安装位置 比越大 安装高度越高 安装越 困难并影 响景观 因而在实 际的设计 中必须考虑减振效 果 安装难度 以及安装 位置对整体景观的影响 进行综合的分析和计算 2 安装平面及角度 减振器对斜拉索的抑振 以斜拉索所处的竖直平面内为主 而九江长江公路 大桥的斜拉索均为空问索 即斜拉索在桥面的投影 与顺桥 向不一致 且安装高度一般高出栏杆 因此在 实际设计 中可能会有连接杆与栏杆
7、 发生干扰 的情 况 即此时索夹在桥面的投影点落在栏杆以内 因此 需要对每根斜拉索进行参数 化计算 另外 为保证 减振器达到最佳减振效果 减振器的轴线应与斜拉 索接近垂直 即图 2中 a 应约为 9 0 而各斜拉索与 桥面所成 的夹角不尽相同 因此在安装高度确定后 需要针对每根斜拉索实际的角度对减振器连接杆与 斜拉索及水平线的夹角进行调整 以达到最佳减振 效果 3 放 大倍数 在实际应用 中 通过调节减振 器的放大倍数可以对减振系统的模态刚度和阻尼以 及模态质量进行放大 对阻尼力 质量惯性力进行有 效地调整 放大倍数可以按照连接杆位置的不同 在合理的区间内进行调整 根据每根斜拉索的实际 参数进
8、行优化设计以达到较好的减振效果 由于斜 拉索数量较多 完全按优化参数设计将使减振器的 制造以及安装十分繁琐 应对减振器进行归并简化 设计 因连接杆长度不 同 设计 3种类 型的减振 器 表 1 以实现 L MD的批量生产 表 1 减振器 型号分类 综合考虑安装位置比 安装平面及角度两类因 素 对全桥的斜拉索减振器进行了计算与设计 最 终确定如下方案 1 确定安装位置比在 2 2 左右 其中 N B 2 6 号斜拉索安装 高度最高 达到 3 m 左右 这既满足 了减振性能 也降低了安装的难度 2 排除连接杆与栏 杆干扰 的情况 所有减振 器设计为面内安装 且减振器连接杆与斜拉索基本 保持垂直 以
9、达到较好的减振效果 部分斜拉索减振器的设计参数见表 2 表 2 部分斜拉索减振器设计安装位置 比及角度 3 减振器安装 在正式安装前 首先对桥面的状况 减振器底座 预埋板 的安装质量 安装位置 的桥面标 高等进行全 面的普查和了解 确保 固定在桥面的减振器 的基座 总第 l 2 期 九江长江公路大桥斜拉索杠杆质量减振器的设计与安装 5 1 位置准确及 连接可靠 为 了保证安装 的准确和顺 利 需要从 以下几个方面进行考虑和控制L 6 1 预埋板尺寸及位置 预埋板的尺寸保留一 定 的余量 保证安装时的可靠连接和调整施工 预埋 时要尽量保证其位置准确 预埋后 安装前需对实际 预埋位置进行测量 参照
10、设计对减振器安装位置进 行调整 2 制造工艺 制造时对减振器所有构件进行 控制 保证其形位公差及装配误差 以及焊接构件的 配合公差满足设计要求 减振器运抵施工现场后 按如下工艺进行安装 1 减振器的定位 用钢卷尺测量 出桥面到斜 拉索 中心线高度的垂直距离 同时考虑桥面的平整 度及其竖 曲线 以确保全桥减振器安装后为平缓曲 线 安装高度容许误差为 2 c m 2 减振器的安装 根据优化参数理论计算的 减振器安装高度 将索夹固定在斜拉索的相应位置 索夹和斜拉索之间加设橡胶护垫 以防止损坏斜拉 索的 P E护套 用销轴连 接索夹与 连接杆 上 紧螺 栓 根据杠杆夹安装位置距地面的高度 将杠杆夹夹
11、在杠杆上 配合连接杆末端销轴位置 分别定出支座 和下容器安装位置 支座 下容器 就位后 用销轴将 杠杆与支座 连接杆与杠杆夹连接好 根据现场状况 进行微调 焊接支座底板与下容器桥面 要求焊缝无 裂纹 夹焊和焊瘤等缺陷 3 打开支座 根据计算量 进行摩擦环和阻尼 橡胶的填充 用螺栓栓紧支座 松开杠杆夹 将所需 的阻尼材料填充在下 容器 中 然后安装上 下容器 拧紧杠杆夹 安装后杠杆与桥面基本平行 4 安装并调试全桥阻尼减振器后 在其表 面 喷涂聚氨酯面漆 九江长江公路大桥斜拉 索减振器实桥安装见 图 3 图3 九江长江公路大桥斜拉索减振器实桥安装 4 实桥减振效果测试 为验证杠杆质量减振器的减振
12、效果 对安装减 振器前 后的振动情况进行 了实桥测试 测试选取 S Z 2 8 号斜拉索 在安装杠杆质量减振器前 后 对其 进行人工激振 将加速度传感器 固定于斜拉索上 通 过放大器和采集仪记录斜拉索激振 和 自由衰减 时 程 分析 自由衰减时程 曲线从 而计算 出斜拉索在安 装减振器前 后的对数衰减率 S Z 2 8号斜拉索各阶 对数衰减率见表 3 表 3 S Z 2 8号斜拉索各阶对应对数衰减率 由表 3可知 各 阶均达到 了附加阻尼在 3 o 以 上的设计要求 抑振效果优 良 5 结语 根据九江长江公路大桥的实际情况设计 了杠杆 质量减振器 通过合理归并简化 实现减振器批量生 产 并进行
13、 了实桥的安装 减振器安装前 后的测试表 明杠杆质量减振器的减振效果能满足设计要求 与 传统减振器相 比 杠杆质量减振器通过对减振 系统 的弹性力和阻尼力 以及惯性力进 行放 大 减振性能 有更优越的表现 在实际的应用中具有广阔的前景 参考文献i 1 王金峰 刘斌 斜拉索的振动与抑振措施探讨E J 交通工程建设 2 0 0 5 3 4 7 5 2 2 顾明 刘慈军 彭天波 等 海 口世纪大桥斜拉索风 雨 振动的初步分析E J J 结构工程师 1 9 9 9 1 1 8 2 2 E 3 汪正兴 结构振动控制参数的多 目标满意优化方法及 其应用 博士学位论文 E D 3 北京 清华大学 2 0 0 6 E 4 汪正兴 阻尼减振技术及其在桥梁与塔式结构中的应 用E J 桥梁建设 1 9 9 9 4 2 2 2 5 E 5 3 汪正兴 王 波 李东超 土木工程结构振动控制技术 及其应用研究E J 3 桥梁建设 2 0 0 9 s 2 1 3 一l 8 E 6 3 何祖发 李荣庆 王戒躁 斜拉桥斜拉索阻尼器施工技 术探讨E J 华东公路 2 0 0 4 1 7 1 o
