斜拉桥拉索振动控制新技术研究
关于斜拉桥斜拉索减振阻尼器的应用技术研究
斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究
斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究发表时间：2018-11-13T16:45:16.917Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第22期作者：何代军[导读] 在斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究中，是一项综合性较强的系统性工作。
中国铁建港航局集团有限公司广东省珠海市 519070摘要：社会经济的快速发展，对斜拉桥施工技术带来了新的机遇与挑战，有必要对其索力控制与优化展开深入研究与探讨，并采取最优化的实施措施，达到事半功倍的施工效果。
本文就斜拉索张拉展开了详细研究，望该课题的研究，对后续相关工作的实践能够起到借鉴与参考作用。
关键词：斜拉索；张拉；索力控制；优化1前言在斜拉桥施工过程中的索力控制与优化研究中，是一项综合性较强的系统性工作，如何取得最为理想的效果，保证顺利进行，备受业内人士关注。
本文从实际出发，结合相关先进理念，对该课题进行了深入研究，阐述了个人的几点认识。
2工程概况金南大桥长度为600m，属特大型桥梁，桥跨组合为150m+300m+150m，桥梁标准宽度为31.5m；采用双塔、双索面、密索、对称扇形布置、预应力砼倒梯形断面主梁、塔梁分离的漂浮体系结构。
斜拉桥主要由索塔、主梁和斜拉索3部分组成。
（1）索塔采用“H”形索塔、空心薄壁箱型截面。
由塔冠、上塔柱、上横梁、中塔柱、下横梁、下塔柱组成。
（2）主梁采用预应力砼分离式倒梯形断面，梁中心高3m，顶板厚0.3m，三角箱型底部宽2.5m，侧腹板厚0.25m，竖腹板厚0.35m，箱梁全宽31.5m。
（3）斜拉索采用空间双索面体系，全桥共100对斜拉索。
斜拉索采用单根环氧喷涂钢绞线，直径φj15.2，抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.9×105MPa；多根钢绞线并置集束后外套哈弗HDPE套管进行索体防护，拉索锚具采用M250拉索体系配套锚具。
其挂索工艺原理为：先利用塔吊及第一根钢绞线牵引将外PE套管进行拉直，然后利用专用循环牵引动力系统进行循环挂索施工；钢绞线锚固时采用等值张拉原理进行单根张拉，使得挂设完一根索时，内部每根钢绞线的索力基本一致，二张时进行整体张拉。
超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究
第２１卷第５期２０２３年５月动力学与控制学报J O U R N A L O FD Y N AM I C SA N DC O N T R O LV o l ．２１N o ．５M a y．２０２３文章编号:１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ２１(５)Ｇ０６９Ｇ００７D O I :１０．６０５２/１６７２Ｇ６５５３Ｇ２０２３Ｇ０２９㊀２０２３Ｇ０３Ｇ０１收到第１稿,２０２３Ｇ０４Ｇ０３收到修改稿．∗国家自然科学基金资助项目(５２０２５０８２),N a t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no fC h i n a (５２０２５０８２)．†通信作者E Ｇm a i l :１２５８６４８３７＠q q．c o m 超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究∗向桂兵１㊀胡腾飞１†㊀华旭刚２(１．广西交科集团有限公司市政设计院,南宁㊀５３０００７)(２．湖南大学土木工程学院风工程与桥梁工程湖南省重点实验室,长沙㊀４１００８２)摘要㊀通过气动弹性模型风洞试验,测试了不同风攻角及索间距下,并列超长拉索间的风致振动特性,研究了拉索尾流驰振的运动轨迹及其控制措施．研究表明,拉索发生尾流驰振时,其运动轨迹通常为椭圆轨道,振动主轴与来流方向成一定倾角;运动方向为靠近尾流外侧时,向下游运动,靠近尾流中心时,向上游运动;尾流驰振发生时,拉索从来流中吸收能量,振幅缓慢增大;随着风速增加,振幅增加较快直至出现明显的㊁振动主轴近似沿来流方向的极限环为止;采用分隔架可以有效抑制尾流驰振的发生,研究结果对并列拉索的抗风设计与振动控制具有指导意义．关键词㊀超长并列拉索,㊀尾流驰振,㊀风洞试验,㊀气弹模型,㊀抑振措施中图分类号:T U ３１７;U ４４８．２７文献标志码:AI n v e s t i g a t i o no n W a k eG a l l o p i n g a n d I t sC o n t r o l o f S u p e rL o n gP a r a l l e l S t a y C a b l e s b y Wi n dT u n n e l T e s t ∗X i a n g G u i b i n １㊀H uT e n g f e i １†㊀H u aX u g a n g２(１．M u n i c i p a lD e s i g n I n s t i t u t e o fG u a n g x iT r a n s p o r t a t i o nS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y G r o u p C o ．,L t d ,N a n n i n g㊀５３０００７,C h i n a )(２．H u n a nP r o v i n c i a lK e y L a b o r a t i o r y o fW i n dE n g i n e e r i n g a n dB r i d g eE n g i n e e r i n g,C o l l e g e o fC i v i l E n g i n e e r i n g ,H u n a nU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ㊀４１００８２,C h i n a )A b s t r a c t ㊀T h ew i n d Ｇi n d u c e d v i b r a t i o n p e r f o r m a n c e o f s u p e r l o n g p a r a l l e l c a b l e sw a s i n v e s t i g a t e d t h r o u gh a s e r i e s o f s y s t e m a t i ca e r o e l a s t i cm o d e lw i n dt u n n e l t e s t s ．T h e t w i nc a b l e sw i t hd i f f e r e n t a t t a c ka n g l e s a n d s p a c i n g r a t i o sw e r e t e s t e d ,a n d t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h em o t i o n t r a c k a n d t h e s u p p r e s s i o nm e a s u r e s w e r e r e s e a r c h e d ．S t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e d o w n s t r e a mc a b l em o t i o n i s e l l i p t i c a l a n d t h e v i b r a t o r y d i Ｇr e c t i o n i s i n c l i n e d t o t h ew i n d a x i s ．T h e d i r e c t i o n o f t h e e l l i p t i c a l o r b i t i s s u c h t h a t t h e c a b l em o v e s d o w n Ｇs t r e a m n e a r t h e o u t e r e d g e s o f t h ew a k e a n d u p s t r e a mn e a r e r t h e c e n t e r o f t h ew a k e d u r i n gt h e p r o c e s s o f w a k e g a l l o p i n g ．W h e n t h ew a k e g a l l o p i n g o c c u r s ,t h ed o w n s t r e a mc a b l ea b s o r b se n e r g y fr o mt h ew i n d f l o wa t c o n s t a n t v e l o c i t y a n d t h e a m p l i t u d e c h a n g e s s l o w l y ,w h i l ew i t h t h e i n c r e a s e o fw i n d v e l o c i t y,t h e a m p l i t u d e i s g r o w i n gq u i c k l y u n t i l a na p p a r e n t l i m i t c y c l e i s r e a c h e d ．H o w e v e r ,t h i sm o t i o nc o n s i s t so f l a r g e o s c i l l a t i o n s i na ne l l i p t i c a l o r b i tw i t ht h e l o n g e l l i p s ea x i so r i e n t e da p p r o x i m a t e l y a l o n g t h e m a i n f l o wd i r e c t i o n r a t h e r t h a n i n c l i n e d t o t h a t ．F i n a l l y ,t h e s e p a r a t o rm e a s u r e s a r e c a r r i e d o u t t o s u p p r e s s t h e w a k e g a l l o p i n g ,a n d t h e s t u d y r e s u l t s c a nd i r e c t b o t h t h ew i n d Ｇr e s i s t a n t d e s i gn a n d t h e v i b r a t i o n c o n t r o l o f t h e p a r a l l e l c a b l e s i nc a b l e Ｇs t a y e db r i d ge s ．Copyright ©博看网. All Rights Reserved.动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷K e y w o r d s㊀s u p e r l o n g p a r a l l e l c a b l e s,㊀w a k e g a l l o p i n g,㊀w i n d t u n n e l t e s t s,㊀a e r o e l a s t i cm o d e l,㊀s u pＧp r e s s i o nm e a s u r e s引言超长斜拉索具有质量轻㊁柔度大㊁阻尼小等特点,在风荷载作用下,易发生各种风致振动[１],如参数共振㊁抖振㊁涡激共振及经典驰振等[２],对于并列拉索还可能导致尾流驰振的发生[３Ｇ４],严重影响桥梁的正常运营和使用寿命．拉索尾流驰振是指当两根斜拉索沿风向斜列时,在一定条件下,由于上游拉索的湍流尾流诱发,下游拉索会产生一定振幅的驰振振荡现象,其振幅通常小于３倍的拉索直径[５]．根据两索中心间距的不同,通常将尾流驰振划分为远距失稳区㊁稳定区及近距失稳区[６]．随着桥梁跨径的不断增大,拉索长度不断增加且布置形式呈现多样化,使得拉索尾流驰振成为国内外学者研究的热点,因其理论机理复杂,在实际工程和理论研究中多采用风洞试验[７Ｇ９]和数值模拟[１０Ｇ１２]的方法进行相互验证和补充．目前,我国尚无系统㊁成熟的超长拉索制振措施与实践,因此有必要进行超长并列拉索模型风洞试验研究,验证其减振措施设计的有效性和合理性．本文以某大跨三塔斜拉桥为背景,针对工程设计中采用的超长并列斜拉索可能导致的尾流驰振问题进行了专门的风洞试验研究．通过测试不同索间距㊁风攻角下并列拉索间的气动干扰特性,研究了尾流驰振时拉索的运动轨迹㊁运动方向㊁极限环最大振幅及控制措施．研究结果对并列斜拉索的尾流驰振设计与振动控制具有参考意义．１㊀尾流驰振风洞试验１．１㊀拉索模型设计拉索尾流驰振风洞试验在湖南大学风工程试验研究中心H DＧ２风洞大试验段(长１５mˑ宽８．５m ˑ高２．０m)进行．风攻角定义为上游拉索与下游拉索中心的连线与来流风速的夹角(见图１),当上下游拉索在同一水平位置(α＝０ʎ)时．图１中W为两拉索中心间距,D为拉索直径,U为来流风速(其中箭头示意为来流U的方向)．图１㊀风攻角示意图F i g．１㊀D i a g r a mm a t i c s k e t c ho fw i n d a t t a c ka n g le图２㊀模型索设计示意图(单位:mm)F i g．２㊀D e s i g ns c h e m a t i c d i a g r a mo fm o d e l c a b l e s表１㊀模型索试验参数T a b l e１㊀E x p e r i m e n t a l p a r a m e t e r s o fm o d e l c a b l e sP a r a m e t e r S o l i db r i d g eS i m i l a r i t yr a t i o(n＝６０)M o d e lt a r g e tv a l u eM o d e lt e s tv a l u eE r r o rv a l u e(％) U n s t r e s s e dc a b l e l e n g t h/m４１９．６１/n６．９９６．９０８１．２D i a m e t e r/m０．１８７１/n０．００３１０．００３２２．７M a s s p e r u n i tl e n g t h/k g m－１１４１．３１/n２０．０３９３０．０４０２２．４图３㊀安装在风洞中的并列索模型F i g．３㊀P a r a l l e l c a b l e s i n s t a l l e d i nw i n d t u n n e l０７Copyright©博看网. All Rights Reserved.第５期向桂兵等:超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究综合考虑风洞尺寸㊁模型索与实桥索几何相似比㊁频率比㊁风速比㊁拉索沿长度方向的三维效应后,确定拉索模型与实桥拉索的几何缩尺比为１ʒ６０,频率比为７．５９８ʒ１,风速比为１ʒ７．８９７,实桥拉索长４１９．６m ,直径D ＝０．１８７m ,拉索中心间距比为W /D ＝４．３,根据相似比要求,设计了模型索的基本参数如表１所示．并列索模型均由一根φ２．５mm 钢丝和φ４．０mm 热缩管均匀受热后包裹在一起组成,热缩管直径和厚度的选择根据其单位长度受热前后体积保持不变的原则确定,模型索设计如图２所示．试验中为获得明显的尾流驰振运动轨迹,适当放松了对阻尼比的相似要求,模型索阻尼比为０．１４％．实桥拉索索力为８１０８k N．１．２㊀试验装置试验中采用分别布置于模型索跨中和靠近下端１/４跨处的４个微型加速度传感器(质量仅为０．６g ),以测量拉索面内与面外两个方向的振动响应,并列索模型现场试验如图３所示．１．３㊀拉索模型动力特性采用大型通用有限元结构分析软件A N S Y S 对实桥拉索和模型索进行模态分析,考虑拉索垂度效应后得到其动力特性如表２所示．表２㊀实桥索与模型索动力特性T a b l e ２㊀D yn a m i c c h a r a c t e r i s t i c s o f r e a l c a b l e a n dm o d e l c a b l e M o d a l o r d e r sF i r s t o r d e r(o u t Ｇo f Ｇp l a n e )S e c o n do r d e r(i n Ｇp l a n e )T h i r do r d e r(o u t Ｇo f Ｇpl a n e )F o u r t ho r d e r(i n Ｇp l a n e )S o l i db r i d ge c a b l e C a l c u l a t i o nf r e q u e n c y /H z ０．２８３０．２８３０．５６５０．５６５M o d e c h a r a c t e r i s t i cS y mm e t r i c S y mm e t r i c A n t i s ymm e t r i c A n t i s ymm e t r i c C a l c u l a t i o n f r e q u e n c y /H z ２．２２５２．２２５４．４５０４．４５０T a r g e t f r e q u e n c y /H z ２．１９２２．１９２４．３７６４．３７６T e s t f r e q u e n c y /H z ２．１７３２．１７３４．３２１４．３２１M o d e l c a b l e sE r r o r /％０．８７０．８７１．３０１．３０M o d e c h a r a c t e r i s t i cS y mm e t r i c S y mm e t r i c A n t i s ymm e t r i c A n t i s ymm e t r i c １．４㊀雷诺数的影响风洞试验气弹模型设计,原则上要求模型与原型之间应当满足几何参数(外形)㊁惯性参数(密度比)㊁重力参数(弗劳德数)㊁弹性参数(柯西数)㊁阻尼参数(对数衰减率)和黏性参数(雷诺数)的相似准则,然而实际雷诺数在常规风洞中通常难以完全模拟．由于拉索为圆形截面,其气动力系数对雷诺数变化较为敏感,因此研究雷诺数对拉索气动力系数影响时通常采用圆柱模型．就双圆柱而言,当雷诺数处于亚临界区间时,前后圆柱之间存在一个临界间距,使得前后柱的平均阻力系数㊁脉动升力系数和脉动阻力系数发生一个不连续的阶跃[１３],经典的临界间距比通常位于W /D ＝３．５~４．０之间[１４],而本文间距比W /D ＝４．３,不受此临界间距比的影响;在其他雷诺数区间时,雷诺数对拉索的升㊁阻力系数影响相对较小．此外,上游拉索尾迹中的紊流能够抑制雷诺数效应[４,１５]．２㊀试验结果及分析因实桥并列超长拉索的间距正好位于尾流驰振的近距失稳区间,拉索尾流驰振病害在实际中很可能发生,因此试验设计中主要针对风攻角㊁索间距等重要影响因素进行研究,以便提出对应的振动控制措施．下文中下游拉索响应未作说明时均指其１/４跨处的响应．２．１㊀风攻角的影响在W /D ＝４．３㊁风攻角－３０ʎɤαɤ３０ʎ㊁间隔为５ʎ条件下,下游拉索面内与面外响应随风速(下文中风速均指换算后的实桥风速)的变化曲线如图４所示(因－３０ʎ攻角未发生尾流驰振,图中未给出相应的拉索响应曲线)．由图４可知,在风攻角－２０ʎɤαɤ２０ʎ范围内,仅在－５ʎ~５ʎ下游拉索较为稳定,而在其他风攻角范围内,下游拉索均发生了明显的尾流驰振现象,且面外振动强于面内振动;而在风攻角１７Copyright ©博看网. All Rights Reserved.动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷α＝ʃ１５ʎ时,临界风速最低;从整体上看,正风攻角的临界风速较负攻角要小,更易发生尾流驰振现象．图４㊀不同攻角时拉索响应随风速变化曲线(W /D ＝４．３)F i g ．４㊀T h e r e s p o n s e o f l e e w a r d c a b l e a t d i f f e r e n t a n gl e s o f a t t a c k (W /D ＝４．３)(a)面内响应(b)面外响应(a )T h e r e s p o n s e o f i n Ｇpl a n e (b )T h e r e s p o n s e o f o u t Ｇo f Ｇp l a n e 图５㊀不同间距比下的拉索响应(α＝０)F i g ．５㊀T h e r e s p o n s e o f l e e w a r d c a b l ew i t hd i f f e r e n t s p a c i n g ra t i o s (α＝０)２７Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第５期向桂兵等:超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究２．２㊀拉索间距的影响图５为０ʎ风攻角㊁不同间距比时,下游拉索响应随实桥风速变化曲线．从图可知,下游拉索仅在W/D＝４．３时同步发生了面外振动和面内振动的尾流驰振,且面外振动的强度大于面内振动;在拉索间距比W/D＝５．４和６．３时,发生了面外振动;在W/D＝１０．０时,发生了面内振动．这可能是由于该间距比恰巧位于尾流驰振的近距失稳区(２＜W/ D＜６)㊁远距失稳区(１０＜W/D＜２０)与稳定区之间的过渡区域．３㊀尾流驰振的运动轨迹与运动方向在上游拉索的气动干扰下,试验中观察到下游拉索发生了明显的尾流驰振现象,但并未观测到上游拉索出现的明显振动,下游拉索运动轨迹近似于椭圆轨道．在W/D＝４．３㊁α＝１５ʎ时,其运动轨迹随风速变化如图６所示．从图６(a)可知,在风速为２２．０m/s ,(a)１/４跨(a)A t q u a r t e r p o s i t i o n(b)１/２跨(b)A t h a l f p o s i t i o n图６㊀不同风速下的尾流驰振运动轨迹F i g．６㊀W a k e g a l l o p i n g t r a j e c t o r y o f c a b l e v a r i o u sw i n dv e l o c i t i e s 低于临界风速,下游拉索尚未起振,在坐标轴中位于０点;当风速增加至略大于临界风速２２．７m/s 时,拉索以０点为中心作小幅度的椭圆运动,其运动主轴与来流方向呈现一定倾角;尾流驰振过程中,当风速恒定时,其振幅仍会逐渐增大,但较为缓慢;而随着风速增大,振幅也不断增大,其运动主轴与来流方向不断接近,当风速继续增加时,拉索运动轨迹不断增大,直至出现了明显的极限环,此时椭圆主轴与来流方向基本平行,运动方向均为逆时针方向,其面外振幅可达２D．从图６(b)可以看出,拉索跨中附近点在极限环出现前基本保持静止状态,这与拉索的第二阶模态振型相吻合;而当拉索振动达到极限环后,面外振幅略有增加,但面内幅值增加较大．这可能是因为在尾流驰振初期,振幅较小,拉索受力处于弹性阶段;而当其达到大振幅的极限环后,非线性因素较为突出．图７㊀负攻角下拉索运动轨迹F i g．７㊀T h e t r a j e c t o r y o f c a b l e a t n e g a t i v e a n g l e s o f a t t a c k图７为下游拉索处于负攻角时尾流驰振发生初期的运动轨迹,可见,在负攻角发生尾流驰振时,下游拉索的运动方向沿顺时针,运动主轴与来流方向的夹角随着风攻角绝对值的增大而增加．综上所述,下游拉索发生尾流驰振时,运动轨迹为椭圆轨道,运动方向为靠近尾流外侧时,向下游运动;靠近尾流中心时,向上游运动．４㊀振动控制由上节可知,尾流驰振发生风速低于该桥设计风速(V d＝３７m/s),且振幅较大,对其进行振动控制是十分必要的．４．１㊀刚性分隔架措施在两并列拉索之间四等分位置增加３块刚性３７Copyright©博看网. All Rights Reserved.动㊀力㊀学㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报２０２３年第２１卷分隔架,加速度传感器布置在距拉索下端１/８和３/８跨处,刚性分隔架模型如图８所示,图９为增加刚性分隔架后的拉索响应随风速变化曲线．从图９可知,在临界风速范围内均没有尾流驰振发生,表明增加刚性分隔架对尾流驰振的控制效果较为明显．图８㊀刚性分隔架模型F i g ．８㊀M o d e l s o f t h e r i g i d s e pa r a t o r (a)面内响应(a )T h e r e s p o n s e o f i n Ｇpl a n e (b)面外响应(b )T h e r e s p o n s e o f o u t Ｇo f Ｇpl a n e 图９㊀增加刚性分隔架后的拉索响应F i g ．９㊀T h e r e s p o n s e o f c a b l e a f t e r a d d i n g r i gi d c o n n e c t o r s ４．２㊀柔性分隔架措施同样在两拉索之间四等分位置增加３块柔性分隔架(与刚性分隔架的区别在于拉索能够在分隔架里面转动),图１０为增加柔性分隔架后的拉索响应随风速变化曲线．从结果可知,采用柔性分隔架对尾流驰振同样具有较好的控制效果．(a)面内响应(a )T h e r e s p o n s e o f i n Ｇpl a n e (b)面外响应(b )T h e r e s p o n s e o f o u t Ｇo f Ｇp l a n e 图１０㊀增加柔性分隔架后的拉索响应F i g ．１０㊀T h e r e s p o n s e o f c a b l e a f t e r a d d i n g s e m i Ｇr i gi d c o n n e c t o r s ５㊀结论采用并列拉索气弹模型试验,研究了考虑超长并列拉索沿长度方向缩尺影响下的尾流驰振特性,并通过增加３块分隔架的方法对尾流驰振进行了有效控制,得到以下几点结论:(１)拉索发生尾流驰振时,下游拉索运动轨迹为椭圆轨道,振动主轴与水平轴成一定倾角,其运动方向为靠近尾流外侧时,向下游运动;靠近尾流中心时,向上游运动．(２)尾流驰振发生时,拉索从来流中吸收能量,风速恒定时,其振幅缓慢增大;随着风速增加,振幅较快增大,直至出现明显的㊁振动主轴近似沿来流方向的极限环为止,最大振幅可达２D ．(３)在并列超长斜拉索之间适当增加分隔架可以有效抑制尾流驰振的发生．４７Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第５期向桂兵等:超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究参考文献[１]陈政清．桥梁风工程[M]．北京:人民交通出版社,２００５．C H E N Z Q．B r i d g ew i n de n g i n e e r i n g[M]．B e i j i n g:C h i n aC o mm u n i c a t i o n sP r e s s,２００５．(i nC h i n e s e) [２]郭蹦．斜拉桥设计中拉索抗风问题研究综述[J]．城市道桥与防洪,２００８(８):１６１－１６８．G U OB．S u mm a r i z a t i o no n s t u d y o f s t a y c a b l ew i n dr e s i s t a n t p r o b l e m i n d e s i g n o fc a b l eＧs t a y e d b r i d g e[J]．U r b a n R o a d sB r i d g e s&F l o o d C o n t r o l,２００８(８):１６１－１６８．(i nC h i n e s e)[３]蔡畅,何旭辉,敬海泉,等．错列斜拉索尾流驰振及其抑振措施研究[J]．振动与冲击,２０２０(６):３７－４３．C A I C,H EX H,J I N G H Q,e t a l．W a k e g a l l o p i n g o fs t a g g e r e dc a b l e sa n di t ss u p p r e s s i o n m e a s u r e s[J]．J o u r n a l o fV i b r a t i o na n dS h o c k,２０２０(６):３７－４３．(i nC h i n e s e)[４]李永乐,王涛,廖海黎．斜拉桥并列拉索尾流驰振风洞试验研究[J]．工程力学,２０１０(S１):２１６－２２１．L IY L,WA N G T,L I A O H L．I n v e s t i g a t i o n o nw a k e g a l l o p i n g o f p a r a l l e lc a b l e si n c a b l eＧs t a y e db r i d g eb y w i n d t u n n e l t e s t[J]．E n g i n e e r i n g M ec h a nＧi c s,２０１０(S１):２１６－２２１．(i nC h i n e s e) [５]F U J I N O Y,K I MU R A K,T A N A K A H．W i n dr eＧs i s t a n t d e s i g no fb r i d g e s i n j a p a n[M]．N e w Y o r k:D e v e l o p m e n t s a n d p r a c t i c e s,２０１１,１９７－２２９．[６]T A N A K A H．A e r o d y n a m i c s o f c a b l e s[C]．F i f t h I nＧt e r n a t i o n a lS y m p o s i u m o n C a b l e D y n a m i c s．I t a l y,２００３:１１－２１．[７]陈强,华旭刚,冯丛,等．大跨度三塔斜拉桥超长加劲平行斜拉索气弹模型风洞试验研究[J]．中国铁路,２０２１(９):１１０－１１７．C H E N Q,HU A X G,F E N G C,e ta l．W i n dt u n n e lt e s t o f a e r o e l a s t i cm o d e l o f s u p e rＧl o n g s t i f f e n i n g p a rＧa l l e ls t a y c ab l e s o fl o n gＧs p a n t h r e eＧp y l o nc a b l eＧs t a y e db r i d g e[J]．C h i n aR a i l w a y,２０２１(９):１１０－１１７．(i nC h i n e s e)[８]吴其林,华旭刚,胡腾飞．基于能量方法的拉索尾流驰振风洞试验研究[J]．振动与冲击,２０１７,３６(４):２１８－２２５．WU Q L,HU A X G,HU T F．I n v e s t i g a t i o no nw a k e g a l l o p i n g o f p a r a l l e l c a b l e sb y w i n d t u n n e l t e s tb a s e do n a n e n e r g y m e t h o d[J]．J o u r n a l o fV i b r a t i o na n dS h o c k,２０１７,３６(４):２１８－２２５．(i nC h i n e s e) [９]胡腾飞．斜拉桥并列超长拉索尾流驰振理论分析与风洞试验研究[D]．长沙:湖南大学,２０１５．HU T F．W i n dt u n n e l a n da n a l y t i c a l i n v e s t i g a t i o n si n t o t h ew a k e g a l l o p i n g o f p a r a l l e l t w i nc a b l e s[D]．C h a n g s h a:H u n a nU n i v e r s i t y,２０１５．(i nC h i n e s e) [１０]傅亨仁,王灵芝,晏致涛,等．错列布置下游圆柱尾流驰振特性的数值模拟与荷载分析[J]．重庆大学学报,２０２２,４５(９):７３－８２．F U H R,WA NG L Z,Y A N Z T,e ta l．N u m e r i c a ls i m u l a t i o n o nw a k e g a l l o p i n g o f a d o w n s t r e a mc i r c uＧl a r c y l i n d e r a n da e r o d y n a m i c f o r c e s a n a l y s i s i ns t a gＧg e r e da r r a n g e m e n t[J]．J o u r n a lo fC h o n g q i n g U n iＧv e r s i t y,２０２２,４５(９):７３－８２．(i nC h i n e s e)[１１]马如进,倪美娟．中间索面斜拉桥并列拉索尾流驰振数值研究[J]．振动与冲击,２０１３,３２(１０):９１－９４．MA RJ,N IMJ．N u m e r i c a l s i m u l a t i o n o nw a k e g a lＧl o p i n g o f p a r a l l e l c a b l e so f c a b l es t a y e db r i d g ew i t hc e n t r a l c a b l e p l a n e s[J]．J o u r n a lo f V i b r a t i o na n dS h o c k,２０１３,３２(１０):９１－９４．(i nC h i n e s e) [１２]胡建华,赵跃宇,刘慕广等．串列双索气弹模型的风洞试验研究[J]．动力学与控制学报,２００６(２):１７９－１８６．HUJH,Z HA O Y Y,L I U M G,e t a l．W i n dt u n n e ls t u d i e so n t h e b e h a v i o r o fa e r o e l a s t i ct w i n c a b l em o d e l[J]．J o u r n a l o f D y n a m i c s a n d C o n t r o l,２００６(２):１７９－１８６．(i nC h i n e s e)[１３]S u m n e rD．T w o c i r c u l a r c y l i n d e r s i n c r o s sＧf l o w:a r eＧv i e w[J]．J o u r n a lo fF l u i d sa n dS t r u c t u r e s,２０１０,２６:８４９－８９９．[１４]顾志福,孙天风,林荣生．高雷诺数时串列双圆柱平均压力的实验研究[J]．空气动力学学报,１９９７,１５(３):３９３－３９９．G UZF,S U NTF,L I NRS．T i m eＧm e a n p r e s s u r e o nt h e s u r f a c eo ft w oc i r c u l a rc y l i n d e r si nt a n d e m a rＧr a n g e m e n t sa th i g h R e y n o l d s n u m b e r s[J]．A c t aA e r o d y n a m i c aS i n i c a,１９９７,１５(３):３９３－３９９．(i nC h i n e s e)[１５]李加武．桥梁断面雷诺数效应及其控制研究[D]．上海:同济大学,２００３．L I J W．T h es t u d y o n R e y n o l d sn u m b e re f f e c t so fb r i d g ed ec k sa n di t sc o n t r o l[D]．S h a n g h a i:T o n g j iU n i v e r s i t y,２００３．(i nC h i n e s e)５７Copyright©博看网. 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环境激励下斜拉桥拉索的振动观测研究
桥上进行的研究较少。另外 ， 近年来对拉索振动机理 的理论模 型 也 开展 了一 些 研究 ， 得 了一 定 进 展 。 为 取 了进一步揭示拉索在环境激励下的振动机理 ， 弄清其 响应特征 ， 为有效进行拉索的振动控制提供科学依据 ，
－一
华 容
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第一作者 王修勇 男 。 博士 ，９ ２年生 １６
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第 ２期
王修 勇等 ：环境激励下斜拉桥拉 索的振 动观测研究
１９ ３
２ 速风 风与向
观测系统在塔顶和桥 面ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置 了两个超 声风速仪 ， 距水 面分别 为 ９ ｍ和 ２ｍ。图 ２为两 风速仪 同时测 量 ９ ５
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较为固定的关系， 在本文中均采用桥面风速。
时 间 （０ ３４１ ２ ０ ．．）
时 闻 ｆ０ ３４１ ２０． ） ．
图 ２ 塔顶与桥面风速对 比
本文中采用的风向定义 为风与拉 索的相对攻角 ， 当风速仪风 向调整 为沿桥轴 方 向时， 向 风 定 义为
（ 图３ ： 见 ） ＝ｓ （ｉ ３ｏａ ｉ ｎ ￣／ ｓ） ｎｃ （） １
摘 要 斜拉桥拉索在风、 风雨组合、 交通荷载等环境激励下发生大幅振动， 这种振动对拉索造成极不利的影响。
为 了研究拉索的振动机理和响应特征 ， 在岳 阳洞庭湖大桥建立 ＿包括 风速仪 、 『 雨量计 、 加速度传感器组成 的拉索振动观测 系统 ， 进行 了多次长时间观测 。根据观测记录 ， 采用 时频分 析、 统计 技术 ， 对拉索 涡振 、 风雨振 、 交通 引起的振 动等 响应特
０ 引 言
拉索是斜拉桥 的主要承载构件 ， 由于拉索 的固有 阻尼低 、 刚度小， 极易在环境激励下发生大幅振动 ， 常 见 的振 动包括 风 引 起 的 涡振 、 风雨 作 用 下 产 生 的所 谓 风雨振 、 参数振动等¨ 。拉索 的频 繁大幅振动将大 大降低拉索的使用寿命 ， 因此 ， 拉索的振动机理及其振 动控制方法是斜拉桥需要解决的关键问题之一 。 拉索的振动机理 ， 特别是风雨振机理至今还不是 非常清楚 。先前的研究主要集中于风洞试验¨ 川 ， 以 及少量的采用模型索进行 的现场观钡 ． ， ４ ｏ 真正在实 Ｊ
斜拉桥拉索振动问题及振动抑制措施
Ｓ ｃ 科 ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆ 技 Ｔ ｅ ｃ ｈ 视 ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 界 Ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ
斜拉桥拉索振动问题及振动抑制措施
陈 兵 祝 金 伟 （ 同济大 学土 木工 程 防灾 国家重点 实验 室 ， 中国 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ２ ）
施 的应用范围和有效性进行 了介 绍
ห้องสมุดไป่ตู้
【 关键词 】 斜拉桥 ； 拉 索； 振 动； 振 动抑制措施
ＣＨＥＮ Ｂｉ ｎ ｇ． ＺＨ Ｕ Ｊ ｉ ｎ— ｗｅ ｉ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｄｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｒｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ Ｃ ｉ ｖ ｉ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ］ Ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ａ ｎ ｆ ｏ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ — ｓ ｔ ａ ｙ ｅ ｄ ｂ ｒ ｉ ｄ ｇ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ｏ ｆ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｉ ｓ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍ ｉ ｎ ｇ ｆ ｕ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ． Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ
一
和桥塔 的 自 身振动会导致拉索两端相对位移 的变化 ． 从而激发拉索振 动。
２ ． ２ 机 械 控 制 措 施
机械控制措施指在拉索外部增加阻尼器来提高结构阻尼。 阻尼 器 按 照工作方式分为有被动式 、 半主动式和 主动式 三种 。被动式是最 常 拉索摭动 规 和传统 的形式 ． 即简单的在拉索的适 当部位安装 固定工作参数 的阻 尼器 ： 主动 、 半主动式是指阻尼器的工作参数并不 固定 ， 能 随振 动形式 的不 同而变化 被动式阻尼器对拉索的小 幅高频振动有 良 好 的抑制作 图 １ 拉 索 振动 分 类 用， 包 括拉索 的涡振 、 抖振 、 参数振动。 但其对 于拉索风雨激振 、 驰振等 并且 随着拉索长度 的增加 ． 被动式阻尼器 的 涡振 （ ｖ ｏ ｉ ￣ ｅ ｘ ｓ ｈ ｅ ｄ ｄ ｉ ｎ ｇ ） 是 由于风 的旋 涡在拉索表 面脱 落而引起 的 大幅低 频振动作用不大 ． 拉索振动。 其在发展初期表现为强迫振动 ， 但随着振 幅的增加 ． 拉索运 相对效率也 随之下降 。 目前关 于阻尼器 的研究主要集中在主动 、 半 主动式 阻尼 器对拉 索 动对旋涡脱落和涡激力产生反馈影响 ． 使其具有部分的 自激特性 据 驰振 的抑制效果方面。 陈政清Ｉ Ｉ 在岳阳洞庭湖大桥上进行了 相关研究及现 场实测 ． 拉索 涡振一般 以高阶振动模态 出现 ． 发生 的风 风雨激振 、 磁流变阻尼器试验 ． 经过 三年的使用 ． 证 明它能可靠有效地抑 制拉 索 速范围很广 ， 振动幅值不大 ， 通常情况下不会对斜 拉桥造成 大的损害 。 驰振 （ ｇ ａ ｌ ｌ ｏ ｐ ｉ ｎ ｇ ） 是一种 具有 自激特 征的单 自由度振 动形式 ， 可以 的风雨振 动。 ＿ ３ 空气动力 学控制措施 分为尾流驰振和横流驰振 尾流驰振指拉索受前方结构物波动尾流的 ２ 空气动力学措施 指对拉索表面进行处 理（ 粗糙度改变 、 截 面外形 激发而引起的振动 ． 横流驰振则是 由于升力曲线的负斜率所 引起 的发 ． 从 而改善拉索 的风振性能 ， 其主要原理是通过改变拉索周围流 散性振动 驰振具有发散性 是各类拉索风致振动中最 为危险 的振动 改变） 场特性或破坏 斜拉索表面水线 的形成来达到对拉索 风雨激振及风振 形式 ． 在工程上有必要对其采取针对性 的抑振措施 抖振 （ ｂ ｕ ｆ ｆ ｅ ｔ ｉ ｎ ｇ ） 是由自 然风 中的紊流成分引起 的顺风 向响应。拉 的抑振作用 多年的工程应用经验表 明．空气动力学控制措施对拉索风振 、 风 索 的抖振 是一种限幅 的强迫 振动 ． 具有 发生风速低 、 频 率大ｐ １ 等特 征 ， 雨激振的抑制效果非常好 ． 且其具有 费用低 、 几乎不需维护的优 点。 目 容易造成拉索连接处 的疲劳破坏 前主要 的运用形式有在拉索表面设置纵 向肋条 （ 或开 凹槽 ） 、 在拉索 表 拉 索风雨 激振 （ ｗ ｉ ｎ ｄ — ｒ ａ ｉ ｎ — ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ — ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ０ ｎ ） 是在 风和雨 的联 合 表面设置椭圆环 、 在拉索表面安装鳍 、 在拉索表 面缠绕螺 作用下拉索发生 的大 幅振动形式 。风雨激振发生时 ． 雨水会 在拉索表 面压制 凹坑 、 面形成 稳定的水线 ．沿倾斜 的拉索 向下 流动 １ ９ ８ ６ 年．日 本学 者在 旋线或间隔缠绕带状物等 目 前． 学者们对空气动力学控制措施 的研究 主要 集中在对抑振机 Ｍｅ ｉ ｋ ｏ — Ｎ ｉ ｓ ｈ ｉ ｌ ４ Ｊ 大桥上首次观察到这一发生在风雨天气的拉索大幅振动 李 文勃 、 林志兴【 ｓ 认 为在拉索表明 现象 ． 并将 其命名 为风 雨激振 ． 迄 今国 内外多座 大跨度斜拉桥 的拉索 理 的探究 以及新的气动外形的尝试 。 增加 了气 动措施 ．其作用类 似于安装阻尼器来 增加拉索 的机械阻尼 均发生过这种振动形式 比。Ｍ ｔ ｍｏ ｔ ０ 【 啊｝ 究 了表面带 凸出的拉索 ， 认 为这种 （ 下转第 １ ４ ５页 ） 索端位移激励振 动 由于拉索两端连接着 主梁 和桥塔 ． 因此主梁
基于新型SMA-粘滞阻尼器的斜拉桥振动控制研究
第8卷 第4期2009年 8月 广州大学学报(自然科学版)Journal of Guangzh ou University(Na tural Science Edition)Vol .8 No .4A ug . 2009 收稿日期6; 修回日期 基金项目广东省科技计划项目(5B 3);广州市科技计划项目(62) 作者简介刘爱荣(),女,教授,工学博士2L I U 22R @63文章编号:167124229(2009)0420075203基于新型S MA 2粘滞阻尼器的斜拉桥振动控制研究刘爱荣,禹奇才,姚 远(广州大学土木工程学院,广东广州 510006)摘 要:基于NiTi 形状记忆合金(S MA )丝和成品粘滞阻尼器设计研制了一种新型S MA 2粘滞阻尼器,并将其应用于一大跨度斜拉桥的振动控制;建立了S MA 粘滞阻尼器—大跨度斜拉桥的动力有限元计算模型,计算结果表明:和普通粘滞阻尼器相比,文章所设计的S MA 2粘滞阻尼器的耗能减振效果更为明显,能有效地降低大跨度斜拉桥桥塔和主梁在简谐振动和地震作用下的位移幅值.关键词:S MA 2粘滞阻尼器;大跨度斜拉桥;振动控制中图分类号:U 448.25;T U 311.3 文献标识码:A 随着现代交通事业的不断发展,大跨度桥梁的建设日新月异,与此同时其振动问题日渐突出,每年由于桥梁振(震)害造成的经济损失不计其数,如1999年台湾集集地震,震级716级,地震中大跨度斜拉桥集鹿大桥的一根斜拉索突然折断、桥塔开裂、混凝土剥落、支座损坏[1].大跨度桥梁结构的振动问题主要分为地震、风振和车-桥耦合振动,如何才能最大限度地降低或避免振(震)害的发生,目前最合理、有效的方法就是采用振动控制技术[2].利用智能材料对大跨度桥梁进行振动控制是当前研究的热点问题.形状记忆合金(S MA )作为一种新型的智能材料,最明显的特征就是形状记忆效应和伪弹性效应,其阻尼和刚度都会随着材料的变形和外界温度的影响而改变,且具有驱动力大、阻尼高、低频耗能强等特点.大跨度桥梁结构柔,振动周期长、能量高,从S MA 的特性来看,S MA 非常适合于桥梁结构的振动控制.利用S MA 制作的阻尼器具有抗疲劳性好、耐腐蚀强、可恢复变形大及性能稳定等优点,运用到大跨度桥梁的振动控制上,可以提高桥梁的阻尼性能,抑制桥梁的大幅振动,从而增加了大跨度桥梁结构的振动可靠性[3-4].1 S MA 2粘滞阻尼器的设计本文设计的S MA 2粘滞阻尼器如图1所示.利用S MA 丝的超弹性滞回耗能的特点,在普通油压粘滞阻尼器的外壳上设置若干组S MA 丝,每组2根S MA 耗能丝一端锚固在固定板上,另一端锚固在固定螺丝上.通过调节固定螺丝,可张拉形状记忆合金丝,使S MA 产生预应变.当粘滞阻尼器活动端产生相对位移时,粘滞阻尼器发挥其阻尼耗能作用.在此期间,连接杆带动滑块产生位移,迫使合金丝左右运动,使得每组合金丝的一侧被拉伸,一侧收缩,在左右两侧的合金丝共同作用的过程中,S MA 丝超弹性高阻尼的特点得到了充分利用,从而达到与粘滞阻尼器共同耗能的作用[5-6].图1 S MA 2粘滞阻尼器照片Fig .1 The phot o of a S MA 2fl uid vis cous da mpe r 普通油压粘滞阻尼器是通过迫使阻尼筒中的硅油通过活塞上的小孔来产生阻尼力,阻尼力与加载速度有关,通常在低频情况,由于加载速度较:2009-02-2:2009-04-01:2001020102200J1C0471:1972-.E mail:A 广州大学学报(自然科学版)第8卷 小,导致阻尼力较小,耗能能力较弱,S MA 丝材在低频下具有较强的能量耗散能力,正好可以弥补普通粘滞阻尼器的不足.2 安装S MA 2粘滞阻尼器的大跨度斜拉桥动力分析模型 为了验证本文所设计的S MA 2粘滞阻尼器的减震效果,采用ANSYS 软件建立了某大跨斜拉桥的有限元动力分析模型,如图2.该桥主跨为360m ,边跨为168m ,桥宽28m,塔高162m ,全桥共设斜拉索116对,加劲梁采用空间鱼刺梁结构模拟.梁、塔单元采用ANSY S 软件中的弹性梁单元(B ea m 4)模拟;斜拉索采用三维杆件单元(Link 10)模拟;S MA 粘滞阻尼器采用弹簧—阻尼单元(Com bin 14)模拟.图2 斜拉桥有限元模型图F ig .2 The finite e le m ent model of cable stayed bridge3 S MA 2粘滞阻尼器对大跨度斜拉桥振动响应的影响3.1 简谐波作用下桥梁响应分析图3(a )和(b )分别给出了在模拟车辆荷载的简谐激励下,大跨度斜拉桥在安装S MA 2粘滞阻尼器和普通粘滞阻尼器两种情况下,主梁梁端和塔顶的纵桥向位移时程响应曲线.图3 简谐振动作用下桥梁顺桥向位移时程曲线Fig .3 The ti me history of dis p l acement in l ongitudina l direc ti on of t he bridge under si mple ha r monic vibrati on 在简谐波顺桥向激励下,该斜拉桥装有普通粘滞阻尼器时,梁端位移峰值分别为-518mm 、2314mm ,塔顶位移峰值分别为-1413mm 、2316mm ;而采用S MA 2粘滞阻尼器时,梁端位移峰值分别为-417mm 、1513mm ,位移幅值降低分别为1219%、3416%;同样,当装有S MA 2粘滞阻尼器时,塔顶位移峰值分别为-714mm 、1418mm ,与普通粘滞阻尼器减振相比,降低幅值分别为4813%、3713%.由此可见,与普通粘滞阻尼器减振比较,S MA 2粘滞阻尼器能有效地降低斜拉桥桥塔、梁体的位移反应,尤其在低频简谐荷载作用下,梁端顺桥向的减振效果更为明显,可以克服普通粘滞阻尼器刚度对低频荷载不敏感而无法有效降低桥梁梁体、桥塔过大位移的缺陷.3.2 E l 2Centr o 波作用下桥梁响应分析图()和()分别给出了在2波激励下,该桥在安装S M 2粘滞阻尼器和普通粘滞阻尼器两种情况下,主梁梁端、塔顶的纵桥向位移时程响应曲线. 从图4可知,在El 2Centr o 波顺桥向激励下,采用普通粘滞阻尼器减震时,梁端位移峰值分别为-717mm 、3314mm ,而塔顶位移峰值分别为1918mm 、-2215mm;采用S MA 2粘滞阻尼器减震时,梁端位移峰值分别为-619mm 、2711mm ,与之相比,位移降低幅值分别为1014%、1819%,塔顶位移峰值分别为1812mm 、-1613mm ,与普通粘滞阻尼器减震相比,降低幅值分别为811%、2716%.由此可见,在地震波作用下,与普通粘滞阻尼器比较,S MA 2粘滞阻尼器能更有效地降低桥梁梁体、桥塔的位移反应.4 结 论()本文所研制的S M 2粘滞阻尼器适合于长周期大跨度斜拉桥的振动控制,具有良好的减震应用前景674a b El Centr o A 1A . 第4期刘爱荣等:基于新型S MA 粘滞阻尼器的斜拉桥振动控制研究 图4 El 2Centro 波作用下桥梁顺桥向位移、加速度时程曲线Fig .4 The ti me hist o ry of dis p lacement in l ongitudina l direc tion of t he bridge unde r El 2Centr o wave (2)与普通粘滞阻尼器相比,本文研制的S MA 2粘滞阻尼器减振耗能效果更为明显,可不同程度地降低大跨斜拉桥在简谐波和地震波作用下主梁和桥塔的位移响应.参考文献:[1] YE N W H .Le ss ons learned about bri dges fro m earthquake in Ta i w an[J ].J Public Roads,2002,(1):20223.[2] 陈海泉,刘建涛,李忠献.应用形状记忆合金的桥梁结构振动控制研究及发展[J ].世界地震工程,2002,18(2):85293.CHE N Ha i 2quan,L I U Jian 2tao,L I Z hong 2xi an .R esearch and development of bridge vibration control by shape m e mory a ll oy [J ].World Earthquake Eng,2002,18(2):85293.[3] 刘爱荣.形状记忆合金本构模型及其有限元分析[D ].成都:西南交通大学,2001.L I U Ai 2rong .Constit utiv e models of shape memory all oys and t heir app lica ti ons in finite element analysis [D ].Cheng du:South west J iaot ong Univ,2001.[4] 刘爱荣,禹奇才,袁向荣,等.基于S MA 阻尼器的长拉索系统振动控制研究[J ].中山大学学报,2009,48(1):982102.L I U Ai 2rong,Y U Qi 2ca i,Y UAN Xiang 2rong,et al .Study on vibra tion control of l ong cable with S MA dampe r[J ].A cta Scientiaru m Na turaliu m Unive rsita tis Suny a tseni,2009,48(1):982102.[5] 姚远.基于形状记忆合金的阻尼器在大跨度桥梁结构纵向振(震)动控制中的研究[D ].广州:广州大学,2008.Y AO Yuan .The study on a dampe r based on shape memory a ll oy in the l ongitudinal vibra tion of the long s pan b ridg e struc 2t u re[D ].Guangzhou:Guangzhou Univ,2008.[6] 禹奇才,刘爱荣,姚远.新型S MA 2粘滞阻尼器的试验研究[J ].中山大学学报,2008,47(6):1202123.Y U Q i 2cai,L I U Ai 2rong,Y AO Yuan .Ex pe ri m enta l study on a new ty pe viscous S MA 2damper[J ].Ac ta Scientiaru m Natura 2liu m Uni ve rsita tis Sunyats eni,2008,47(6):1202123.Study on vi bra t i on con tr ol of ca ble stayed br i dgewith new type S M A 2v iscous dam perL IU A i 2ro ng,Y U Q i 2ca i ,Y AO Yuan(School of Civil Engineering,Guangzhou Universit y,Guangzhou 510006,C hina)Abstrac t:B ased on N iTi shape m e mory all oy threads and or dinary fluid viscous da mper,a kind of ne w 2type S MA 2visc ous damper ha s been de signed and devel oped,which ha s been used t o contr ol the vibr a tion of long 2span cable stayed bridge .The dyna m ic finite ele m ent model of l ong span stayed bridge with S MA 2visc ous da mp 2e r is established,and the calculati on results show that the effec t of energy dissi pati on and vibrati on r eduction of S MA 2visc ous damper ismore distinct than the ordinary viscous damper .The S MA 2viscous da mper designed in this paper can reduce the dis p lace m ent of the to wer and ma in gir de r of l ong 2span cable stayed bridge efficiently under si mp le har monic and earthquake effect .K y S M 2;22y ;【责任编辑刘少华】77e wor ds:A viscous da mper long span cable sta ed bridge vibr a tion contr ol:。
(完整版)斜拉桥施工索力张拉控制及优化
斜拉桥施工索力张拉控制及优化研究背景：随着经济和技术的发展，以及斜拉桥合理的结构形式，我国修建了大量的斜拉桥。
因此该类桥梁的施工控制就显得尤为重要。
国内外学者及工程技术人员对斜拉桥的施工控制进行了许多研究，提出了卡尔曼滤波法、最小二乘误差控制法、自适应控制法、无应力状态控制法等许多实用控制方法。
这些方法的实质都是基于对施工反馈数据的误差分析，通过计算和施工手段对结构的目标状态和施工的实施状态进行控制调整，达到对施工误差进行控制的目的。
施工控制的方法必须与各类斜拉桥设计、施工的特点相结合才能在确保结构安全及施工便捷的前提下切实可靠地实现控制的目标。
目前国内大多数斜拉桥的施工控制都是针对常规的混凝土斜拉桥进行的，其相应的控制方法也是针对常规混凝土斜拉桥的施工特点提出来的，本文着重阐述对于常规混凝土斜拉桥的施工控制过程中的索力张拉控制及优化方法。
斜拉索施工过程：斜拉索安装完毕，即进行张拉工作。
张拉前对千斤顶、油泵、油表进行编号、配套，张拉设备定期进行标定。
斜拉索正常状态按设计指令分2次张拉，第1次张拉按油表读数控制，张拉时4根索严格分级同步对称进行；第2次张拉是在监控利用频率法测完索力后，以斜拉索锚头拔出量进行精确控制。
施工监控包括对索力、应力、应变、线形、温度、主塔偏位的监控。
施工监控在凌晨气温相对稳定时进行，保证在凌晨5点前完成。
索力测试采用应变仪捕捉索自振频率，当测出索力误差超过2时，应对索力进行调整，直到满足要求。
索力调整完毕立即对应力、应变、线形、温度、主塔偏位进行测量。
可分阶段地进行张拉、调索。
在牵索挂篮悬浇时，在控制好挂篮底模标高后，在节段砼灌注过程中，当砼灌注至1/4、2/4、3/4，及砼灌注完后，均需进行调整索力及挂篮底模标高。
当主塔施工至与边跨合拢前、中跨合拢前和合拢后、二期恒载安装后均需按设计要求对全桥斜拉索进行统一检测调整，使全桥线型满足设计要求。
并在对每节段主梁悬浇进行监控时，对主梁最前端的5～6对拉索的索力进行测定，观察其变化幅度是否在设计范围内。
斜拉桥拉索的振动控制
【 文章编号 】 １ １ ６６ （ ０） 一 ０９ ０ ０ — ８４２ ８晒 ０７ — ２ ０ ０
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和最大模态 阻尼 比为 ：
（ １ ）
桥 面之 间 安 装 油 阻 尼 器 （ ｉｄｍ ｅ） 如 法 国 的 Ｂｏ ｎ ｅ 、 Ｏｌ ａ ｐｒ ， ｒ ｏｎ 桥 ｔ
后， 又变成 可流动的液体 。磁流变效应 连续 、 可逆 、 迅速 和易 于控制的特点使得磁流变阻尼器能够成为理想 的振 动控 制手
段 。因为磁流变 阻尼器 的阻尼 特性具 有可 调节 和控 制 的特 点 ， 以应用该 阻尼器进行减振又称为智能阻尼减振技术 。 所
智 能阻尼技术是伴 随着智 能阻尼 器 一磁 流变 阻尼 器及
电流变阻尼 器的 出现 而发展 起来 的振动控 制方 法 。研 究表 明， 磁流 变阻尼 器 比 电流变 阻尼 器具 有更 好 的性 能 和稳 定 性 ， 文仅限于研究磁 流变 智能阻尼 减振技术 。 本 磁流变 阻尼器 由高科技亚纳米材料 一磁流变体制造 ， 是
在 无外磁场作用 下表现为流动 良好 的液体状态 ， 而在 强磁 然 场作用 下可在短 时间 （ 毫秒 级 ） 内表观 粘度增 加两 个数 量级 以上 ， 并呈 现类似 固体 的力 学性质 ， 其强度 由剪 切屈 服应 力
来表征 ， 而且 粘度 的变化 是连 续 、 逆的 ， 可 即一旦 去 掉 磁 场
张
蓉等 ： 斜拉桥拉索 的振动控制
斜 拉 桥 拉 索 的 振 动 控 制
张 蓉 ’ 万 连 立 ，
１０ ９ ５ ０ ０； ２ 长春 工业 大学 。 长 春 ． １０ １ ） ３ ０ ２ （． １ 哈尔滨工业大学建筑设计研 究院 ， 哈尔滨