鋼絞線斜拉索內置式橡膠阻尼器研究與應用

□文/龐維林 黃永玖 覃 磊 蔣立軍 楊應春 陳奉民

鋼絞線斜拉索由于細長的結構特點，容易在風載或車載條件下產生大幅振動，不僅會破壞拉索的防腐密封體系，還會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，需采取必要的振動控制措施。拉索振動控制指通過改變拉索結構體系的剛度、質量和外表形狀或者提供被動、主動或半主動的制動力來減小結構的振動[1]。

在拉索上安裝阻尼器是抑制拉索振動的有效方法，具有結構簡單、造價低、安裝方便的特點，在工程實踐中得到廣泛應用[2]。為了滿足橋梁工程對鋼絞線拉索振動控制的要求，同時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埋管出口處安裝內置式橡膠阻尼器并結合拉索外護套雙螺旋線氣動的措施共同抑制拉索振動。

內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，達到減輕振動的目的[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。內置式橡膠阻尼器除了具有抑制拉索振動的作用外，還可在預埋管出口處對拉索產生橫向支撐，控制拉索的橫向位移，避免錨固段出現橫向載荷效應[4]。因此內置式橡膠阻尼器是拉索體系結構中重要的組成部分。

目前，內置式橡膠阻尼器對拉索振動抑制程度、減振效果的研究較少，為了驗證內置式橡膠阻尼器的減振效果，開展了實索振動控制試驗，為橋梁工程的拉索振動控制提供具有參考價值的試驗數據。

1 內置式橡膠阻尼器的構成

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

圖1 內置式橡膠阻尼器

2 實索減振試驗

2.1 試驗參數

試驗拉索水平放置，經理論計算，拉索一階振動頻率為0.875 7 Hz。見表1。

2.2 內置式橡膠阻尼器安裝

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

2.3 試驗工況

對拉索進行人工激振，測量拉索最大振幅處、阻尼器安裝位置等關鍵部位的加速度和位移[5]。首先測試未安裝阻尼器前拉索一階和二階的固有振動特性，然后將阻尼器安裝于距離錨固點3.37 m（為索長2%）的位置，測試安裝阻尼器后拉索一階和二階的振動特性。測試時，根據拉索各階的振動模態分別在跨中和四分點處激起拉索的一階和二階振動，當拉索最大振幅達到相應的數值時，停止激振，讓振動自由衰減，通過動態信號測試分析系統進行數據采集。見圖3。

2.4 試驗結果

為測試拉索在自由振動和強迫振動下的模態，測定拉索在安裝內置式橡膠阻后的振動對數衰減率，進行了多種工況下拉索振動特性的測試研究。見圖4-圖5和表2。

圖4 安裝阻尼器前振動加速度時程曲線

圖5 安裝阻尼器后振動加速度時程曲線

表2 試驗結果匯總

3 結論

經試驗測試，通過鋼絞線斜拉索實索安裝內置式橡膠阻尼器人工激振試驗以及多座300 m跨度鋼絞線橋斜拉索工程應用，得到如下結論：

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

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

3）內置式橡膠阻尼器結合外護套雙螺旋線氣動措施，結構簡單、安裝方便、維護成本低，滿足主跨在300 m以下鋼絞線斜拉橋的拉索振動控制需求。