大噸位阻尼器在大跨度鐵路鋼桁梁的施工應用

黃 海（濟南鐵路局建設管理處，山東 濟南 250000）

1 引 言

阻尼器是提供運動的阻力，耗減運動能量的裝置。利用阻尼來吸能減震不是什么新技術，在航天、航空、軍工、槍炮、汽車等行業中早已應用各種各樣的阻尼器（或減震器）來減振消能。從20世紀70年代后，人們開始逐步地把這些技術轉用到建筑、橋梁、鐵路等結構工程中[1]，其發展十分迅速。特別是有50多年歷史的液壓粘滯阻尼器，在美國被結構工程界接受以前，經歷了一個大量實驗，嚴格審查，反復論證[2]，特別是地震考驗的漫長過程。隨著我國的建設事業的不斷發展進步，阻尼器被不斷應用于橋梁結構中，以提高橋梁結構的抗震性能[3,4]。

2 工程概況

德大鐵路黃河特大橋設計起止里程為DK182+948.13～DK191+040.87，全長8092.74m，包括主橋、跨堤引橋、堤內引橋、兩側堤外引橋五部分。

主橋跨越黃河主槽及大里程側黃河大堤，孔跨布置為：(120+4×180+120)m下承式變高度連續鋼桁梁，主橋長960m，墩號范圍97～103#，其中100#為制動墩，在99#、100#橋墩墩頂設置阻尼器，使99#、100#、101#橋墩共同承受縱向地震力、列車制動力等沖擊荷載的作用。全橋阻尼器共設置4套，分別設置在E25及E25’節間，與下部99#、101#墩進行連接。由于鋼梁橋型復雜，阻尼器設計噸位較大，其阻尼器的施工及后期維護顯得尤為特殊。

3 阻尼器作用原理

本項目采用的粘滯性阻尼器是一種被動消能裝置，是根據流體運動，特別是當流體通過節流孔時會產生粘滯阻力的原理而制成的[5]。是一種用于安裝在發生相對位移的橋梁構件之間，緩慢施加靜態荷載，如溫度作用下可自由形變，快速作用的動態荷載，如活車側動，地震等作用下，產生阻尼力并耗散能量的振動控制裝置，粘滯阻尼器的阻尼力F大小只與阻尼器兩端的相對速度V有關系，阻尼力和速度關系為[6,7]：

F=CVα

式中，C為阻尼系數；α為阻尼器非線性指數（速度指數）。

表1 阻尼器設計參數

4 大噸位阻尼器的施工方案

4.1 阻尼器施工準備

1）首先將橋墩及橋梁上的預埋件表面清理一遍，去除水泥漿及銹斑，打磨平整，并將橋墩套筒的螺孔用攻絲再攻一遍，保證阻尼器雙耳環座的順利安裝。

2）阻尼器安裝前準備器具：2噸吊機一臺，2噸葫蘆兩套、鋼絲繩若干、吊鉤若干、M56扳手一把、5米卷尺一把、1m直尺一把、記號筆兩支。

3）阻尼器安裝的人員須經過廠家專業技術人員的集體培訓，并且操作工必須具有有關的資質證明（如吊車工等），否則不得進行安裝。

4.2 吊裝前準備

先將一套阻尼器木箱及雙耳環座木箱拆箱（注：阻尼器主體部分是不允許碰撞和損傷的，外包裝上有明顯標記，安裝時必須千萬小心）。

4.3 橋梁吊裝就位

將橋梁雙耳環座吊起，使橋梁雙耳環座與橋梁連接件的通孔一一對應，先裝對角的兩個螺栓，定位橋梁雙耳環座，然后再安裝其余螺栓，最后全部緊固。全部螺栓裝在木箱內，木箱外有標記。

4.4 橋墩吊裝就位

將橋墩雙耳環座吊起，使橋墩雙耳環座上的通孔和橋墩預埋件套筒的螺孔一一對應，先裝對角的兩個螺栓，定位橋墩雙耳環座，然后再安裝其余螺栓，所有螺栓都稍稍緊固即可。

4.5 測量調節

測量兩個雙耳環座孔中心的距離，調節阻尼器長度等于阻尼器支座孔的中心距。(注：阻尼器長度調節方法如下：只需將鎖緊螺母擰松，旋轉“右球鉸座”，順時針為縮短，逆時針為伸長。可調節長度為±20mm。調節完畢后再將鎖緊螺母緊固即可)。

4.6 阻尼器起吊

先將阻尼器吊起并使阻尼器大的一端插入橋梁雙耳環座之間，對好孔位置，插入銷軸，再用開口銷鎖定。

4.7 阻尼器安裝

將阻尼器的另一端插入橋墩雙耳環座之間，校準孔位置，如果還有微小偏差，可設移動橋墩阻尼器（因為螺栓還沒有固定）來調節，對好后將另一銷軸插入，再用開口銷鎖定。

圖1 阻尼器安裝示意圖

4.8 緊固

最后將橋墩雙耳環座與橋墩預埋件用螺栓緊固。

4.9 阻尼器安裝完畢注意事項

阻尼器全部安裝完畢并檢查無誤后，把阻尼器外表面上的橡膠保護層拆除。

圖2 雙耳環座與阻尼器連接細部構造圖

5 大噸位阻尼器的維護與保養

5.1 德大黃河特大橋主橋阻尼器維護與保養的規則

1）阻尼器在正常使用前，必須檢查一次。

2）阻尼器的日常維護與保養，在大橋通車后6個月內檢查一次，以后每兩年檢查一次。在阻尼器檢修后，半年內檢查一次，以后每兩年檢查一次。

3）受12級以上大風或6級以上地震后，必須檢查阻尼器。

4）當阻尼器發生重大故障，需要將阻尼器回廠維修時，阻尼器必須拆卸下來。

5.2 阻尼器的日常維護與保養方案

圖3 檢查示意圖

1）阻尼器在正常使用前，必須檢查一次；

2）阻尼器的日常維護與保養，在大橋通車后六個月內檢查一次，以后每兩年檢查一次；

3）阻尼器檢修后，六個月檢查一次，以后每兩年檢查一次。

4）阻尼器的保養內容

（1）檢查阻尼器左右球鉸座、左右雙耳環座表面是否有油漆剝離及腐蝕情況，若發現油漆剝離及腐蝕情況，采集信息（拍照留底）并查找造成原因（如上方有漏水口等），及時向上級申報情況，消除原因所在。并將油漆剝離及腐蝕部分油漆徹底清除并重新補漆，同時用測厚儀測量記錄數據，補漆完畢后應作相應記號，以便日后日常維護檢查。檢查完畢后需涂S43-31脂肪族聚氨脂可復涂面漆，干膜平均厚度≥40um。阻尼器維護保養用工具包括：5米卷尺；M56外六角扳手；清潔布；潤滑油脂（JG3007-93《無粘結預應力筋專用防腐潤滑脂》2號建筑脂）；照相機；數字萬用表；專用工具包。

（2）檢查阻尼器主體未涂漆部分（不銹鋼護套）表面是否清潔，若有污垢，請用清潔布擦洗干凈。

（3）檢查螺栓是否松動。

（4）檢查銷軸并給銷軸與關節軸承連接處加注潤滑油脂。

圖4 阻尼器的日常維護

（5）測量阻尼器中心距L尺寸并記錄。

（6）檢查左右球鉸中關節軸承是否變形凸出、與軸之間是否間隙。

5）嚴重自然災害后阻尼器的檢查維護：

嚴重自然災害后阻尼器維護與保養方案重點做好以下內容：

（1）阻尼器本體外觀是否變形、裂紋、漏油、散架等。

（2）檢查銷軸等連接件是否變形、裂縫，做好記錄。

（3）檢查左右球鉸中關節軸承是否變形凸出、與軸之間是否間隙。

（4）測量阻尼器中心距尺寸并記錄。

（5）檢查螺栓是否松動或斷裂。

（6）若以上五項沒任何問題，可按日常維護與保養方案繼續檢查。

[1]黃智文，陳政清. MTMD在鋼箱梁懸索橋高階渦激振動控制中的應用[J].振動工程學報，2013，26（6）：908-914.

[2]馮亞成.橋梁用粘滯阻尼器的技術檢驗[J]. 中國鐵路, 2014(7):86-88.

[3]何曉光，吳成亮，仝強. 彈塑性鋼阻尼器減隔震原理在橋梁工程中的應用[J].中國市政工程, 2013(6):27-28.

[4]劉懷林，黃福偉.廈漳跨海大橋北汊主橋抗震設計研究[J]. 公路交通技術，2013（6）：37-41.

[5]陳永祁，馬良喆. 粘滯阻尼器在實際工程應用中相關問題討論[J].工程抗震與加固改造,2014,36(3):7-13,20.

[6]劉俊. 高烈度區多跨剛構連續梁橋減隔震設計研究[J]. 鐵道工程學報,2013(5):40-46.

[7]宋連鋒，孫良鳳，袁佩.安慶長江大橋粘滯阻尼器參數分析[J].城市道橋與防洪，2013(5):77-80.