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大跨度桥梁超低频调谐液体质量阻尼器研发及应用

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世界桥梁 2024年第4期52卷 54-60页

作者：毛伟琦柴小鹏汪正兴王波尹康中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 中铁桥研科技有限公司湖北武汉430034

大跨度桥梁在运营过程中易发生较为明显的超低频振动问题,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行控制时,由于箱梁内部空间有限,常规TMD在结构上无法满足要求。基于此,提出一种基于浮力和流固耦合作用的超低频调谐液体质量阻尼器(TLMD)。为研究TLM... 详细信息

大跨度桥梁在运营过程中易发生较为明显的超低频振动问题,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行控制时,由于箱梁内部空间有限,常规TMD在结构上无法满足要求。基于此,提出一种基于浮力和流固耦合作用的超低频调谐液体质量阻尼器(TLMD)。为研究TLMD对结构的阻尼减振效果,进行模型试验,分析安装TLMD前、后主结构加速度幅值和阻尼比;将该新型超低频TLMD在贵州龙里河大桥上进行实桥应用,测试主梁频率特性和阻尼比。模型试验及实桥应用结果表明:TLMD减振技术可实现0.283 Hz乃至更低频率的超低频阻尼减振;采取TLMD控制后,模型试验主结构的阻尼比从0.038%提高至2.2%,主结构的加速度幅值从减振前的0.41 m/s2降低至0.01 m/s2;贵州龙里河大桥超低频TLMD当采用0.31%的质量比时,主梁一阶竖弯模态实测阻尼比从0.20%提高至0.82%,阻尼比提高了3.1倍。超低频TLMD参数稳定、性能可靠,有效降低了阻尼器的安装高度,显著提升了结构阻尼比,增强了桥梁的抗风性能。

关键词：大跨度桥梁超低频调谐液体质量阻尼器阻尼比室内模型试验实桥测试

大跨度斜拉桥超长拉索多模态振动阻尼协同控制技术研究

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铁道标准设计 2024年第4期68卷 95-101页

作者：柴小鹏查道宏汪正兴赵海威盛能军桥梁结构健康与安全国家重点实验室武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司武汉430034 中铁大桥局集团有限公司武汉430050 中铁桥研科技有限公司武汉430034

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明:实测分析超长斜拉索施工期的... 详细信息

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明:实测分析超长斜拉索施工期的振动具有多模态特征,既有中低阶振动(5~15阶),也有高阶振动(46~50阶);提出的外置式杠杆质量阻尼器ELMD和摆锤式MTMD阻尼器协同控制分析方法,理论分析结果满足斜拉索多模态控制要求,有效振动控制范围提升至60阶;研发的新型ELMD阻尼器通过杠杆放大和齿轮放大作用,为斜拉索提供附加阻尼和附加惯质作用,中低阶实测阻尼对数衰减率δ≥3%;研发的摆锤式MTMD阻尼器,采用摆锤式结构,利用质量调谐作用实现斜拉索高阶减振,现场无肉眼可见振动;通过长期健康监测系统显示,台风“烟花”过境期间监测到的最大振动加速度为0.012g,大桥正常运营期间,斜拉索的振动加速度基本被控制在0.01g以下。

关键词：大跨度斜拉桥公铁两用桥斜拉索振动控制阻尼器

大跨度悬索桥吊索风致振动多重调谐阻尼减振技术研究

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振动与冲击 2023年第5期42卷 200-204,232页

作者：柴小鹏荆国强吴肖波桥梁结构健康与安全国家重点实验室武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司武汉430034

为了控制大跨度悬索桥的吊索风致振动,提出了基于多重调谐质量阻尼器(multiple tuned mass dampers, MTMD)的阻尼减振技术方案,并通过理论分析进行参数优化和设计。研究南沙大桥两座主航道悬索桥吊索实际风致振动响应,分析其频谱特征和... 详细信息

为了控制大跨度悬索桥的吊索风致振动,提出了基于多重调谐质量阻尼器(multiple tuned mass dampers, MTMD)的阻尼减振技术方案,并通过理论分析进行参数优化和设计。研究南沙大桥两座主航道悬索桥吊索实际风致振动响应,分析其频谱特征和振动特性,确定振动控制的目标;建立吊索-MTMD分析模型,优化适用于吊索多模态控制的MTMD阻尼比、频率分布、安装位置、模态参与系数等参数,结果表明:不同于单一频率控制时的优化理论,用于吊索多模态控制的MTMD阻尼比提高为10%,扩展其振动控制的频率范围;通过考虑振型参与系数,优选4个分布主频:13.5 Hz和18.0 Hz安装在位置比为2.9%处,6.5 Hz和9.5 Hz安装在位置比为6.5%处,实现对吊索5~20 Hz风致振动的多模态控制;不同吊索在索力、型号和受控频率范围内,MTMD的设计参数可以采取统一设计方案。

关键词：悬索桥吊索涡激振动(WIV) 振动控制多重调谐质量阻尼器(MTMD)

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钢绞线斜拉索与平行钢丝斜拉索阻尼减振研究

世界桥梁 2023年第3期51卷 8-13页

作者：柴小鹏汪正兴马玉会李亚敏桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 武汉交通职业学院湖北武汉430065

钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索构造不同,引起风致振动特性和减振需求也不同。为给斜拉索振动控制设计提供依据,对比国内外规范中关于斜拉索阻尼减振指标的规定,分析不同参数对钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索减振指标的影响,以2座典型桥... 详细信息

钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索构造不同,引起风致振动特性和减振需求也不同。为给斜拉索振动控制设计提供依据,对比国内外规范中关于斜拉索阻尼减振指标的规定,分析不同参数对钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索减振指标的影响,以2座典型桥梁为背景,对比分析钢绞线斜拉索和平行钢丝斜拉索的阻尼减振措施。结果表明:《斜拉索外置式黏滞阻尼器》(JT/T 1038—2016)和欧洲规范CIP-2002、FIB-2005采用特定阻尼对数衰减率δ控制斜拉索风雨振,而美国规范PTI-2018采用质量阻尼参数S_(c)≥10控制斜拉索风雨振,质量阻尼参数考虑因素全面、科学,推荐使用;为了保证斜拉索的减振安全,建议阻尼减振同时满足国内外多个现行规范,平行钢丝斜拉索采用δ≥3%作为阻尼减振指标,钢绞线斜拉索的阻尼减振指标建议按照PTI-2018根据索的参数和气动措施情况进行选择;博斯普鲁斯海峡三桥钢绞线斜拉索阻尼器尺寸偏大,安装阻尼器后斜拉索的面内阻尼对数衰减率为4%和6%,可满足低阶大幅振动控制要求;沪苏通长江公铁大桥平行钢丝斜拉索振动模态丰富,采用2种阻尼器协同减振,实现多模态振动控制,控制中、低阶大幅振动的外置式阻尼器尺寸设计巧妙,体量较小。

关键词：斜拉桥钢绞线斜拉索平行钢丝斜拉索阻尼减振阻尼器振动控制规范对比工程应用

大跨度悬索桥长吊索宽频调谐阻尼减振技术研究

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世界桥梁 2023年第3期51卷 89-95页

作者：何锦章吴肖波柴小鹏王波荆国强广西欣港交通投资有限公司广西南宁530022 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034 中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034

为实现大跨度悬索桥长吊索宽频(0~30 Hz)阻尼减振,以广西龙门大桥为背景,对该桥50 m以上长吊索宽频减振技术进行研究。考虑该桥长吊索原刚性减振架方案无法有效控制多根吊索同相位振动,且不能为吊索提供结构阻尼,根据理论分析和参数优化... 详细信息

为实现大跨度悬索桥长吊索宽频(0~30 Hz)阻尼减振,以广西龙门大桥为背景,对该桥50 m以上长吊索宽频减振技术进行研究。考虑该桥长吊索原刚性减振架方案无法有效控制多根吊索同相位振动,且不能为吊索提供结构阻尼,根据理论分析和参数优化,提出采用3个小阻尼比(阻尼比为2%)、小质量比(质量比为0.10%)调谐质量阻尼器(TMD)和6个大阻尼比(阻尼比为10%)、大质量比(质量比为0.50%)TMD协同作用实现吊索0~30 Hz全模态阻尼减振目标,选用质量和刚度分布具有各向同性、控制频率和自身阻尼比便于调节的摆锤式调谐质量阻尼器(PTMD)进行减振设计,并进行有限元模拟和模型试验以验证可行性。结果表明:多个PTMD协同控制可实现吊索的宽频阻尼减振,其各向同性特征可实现吊索多向振动控制;建议龙门大桥采用在加强原有刚性减振架的基础上,将多个PTMD按振型参与最大原则离散布置在刚性减振架上,集成刚性减振架刚性连接和PTMD调谐减振功能,实现该桥长吊索宽频阻尼减振。

关键词：悬索桥吊索减振刚性减振架摆锤式调谐质量阻尼器宽频质量比阻尼比

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大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

桥梁建设 2015年第3期45卷 13-19页

作者：汪正兴王波柴小鹏中铁大桥局集团桥科院有限公司湖北武汉430034 桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室湖北武汉430034

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进... 详细信息

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。

关键词：斜拉桥斜拉索振动特性减振机理阻尼参数杠杆质量阻尼器振动控制

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桥梁结构阻尼减振技术研究与应用

桥梁建设 2019年第A1期49卷 7-12页

作者：汪正兴柴小鹏马长飞中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉430034

为更有效地提升桥梁结构的动力性能,研发了一系列新的桥梁结构阻尼减振技术,结合工程实践,对这些新技术及应用情况进行分析。斜拉索双杆式杠杆质量阻尼器LMD通过连接杆的特殊设计,可同时控制斜拉索的面内和面外振动;悬索桥吊索外置式摆... 详细信息

为更有效地提升桥梁结构的动力性能,研发了一系列新的桥梁结构阻尼减振技术,结合工程实践,对这些新技术及应用情况进行分析。斜拉索双杆式杠杆质量阻尼器LMD通过连接杆的特殊设计,可同时控制斜拉索的面内和面外振动;悬索桥吊索外置式摆式杠杆阻尼器PLD、冲击质量阻尼器IMD和多重调谐质量阻尼器MTMD可提高吊索的模态阻尼,控制吊索的风致振动;调谐质量液体阻尼器TLMD成功抑制了拱桥刚性吊杆的风致振动和磁浮道岔梁的车桥耦合振动;斜置式多功能变参数抗震黏滞阻尼器具有"减振抗震、减振抗风、双向控制、有限限位"等功能。这些桥梁结构阻尼减振技术的应用,有效抑制了桥梁结构在车辆、风和地震作用下的动力响应。今后桥梁阻尼减振技术应在阻尼减振效果的非线性特性、智能阻尼器研发等方面加强研究。

关键词：桥梁结构减振技术阻尼器工作原理减振效果工程应用

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公路斜拉桥车桥耦合振动分析

公路斜拉桥车桥耦合振动分析

作者：柴小鹏哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

公路斜拉桥属于刚度较柔的索体系桥梁,近些年来,随着计算、材料技术的进步和经济的发展,大量空间性质复杂的轻型公路斜拉桥被修建。这类桥梁的结构复杂,其车致动力性能难以用常规的拟静力法来衡量,但跨径多在百米以下,未受到足够的关注... 详细信息

公路斜拉桥属于刚度较柔的索体系桥梁,近些年来,随着计算、材料技术的进步和经济的发展,大量空间性质复杂的轻型公路斜拉桥被修建。这类桥梁的结构复杂,其车致动力性能难以用常规的拟静力法来衡量,但跨径多在百米以下,未受到足够的关注;且其主梁竖向弯曲振动频率与重车的自振频率接近,容易引起车桥共振问题。位于沈阳市的孝信桥便是其中的典型代表。本文首先对孝信桥的拉索、主梁和拱形桥塔的动力有限元模拟方法进行了详细的讨论,用空间网格模型模拟主梁的整体振动和桥面板的局部振动;通过实际的动力测试数据对全桥动力模型进行了校验。分析了车辆的振动特性、桥面不平整度、车辆上桥前的初始振动,得以准确模拟车辆和桥梁耦合振动期间的相互作用。然后对传统的有限元分离迭代法进行了修正,采用外层迭代循环和内层时间循环的循环模式:利用ANSYS软件实现桥梁的振动时程分析,用MATLAB软件模拟路面不平整度、计算相互作用力,并实现车辆的振动分析,两个软件综合使用实现车桥耦合振动分析。利用实测动挠度曲线对孝信桥的车桥动力响应计算结果进行了验证。利用文献引证与模型计算相结合,对车辆速度、路面不平整度、主梁的横梁效应、桥梁动力刚度和局部振动等因素,对车致桥梁振动响应的影响进行了深入的分析。发现孝信桥的过量振动乃源于:主梁的车致振动敏感频率与常遇车辆的振动频率接近而引发共振,而且钢桥本身过小的阻尼无法有效限制振动峰值和迅速衰减振动。最后,利用多重质量调谐阻尼器(MTMD)对孝信桥进行减振处理,有限元计算结果显示:减振处理后的桥梁振动位移峰值明显减小、车辆经过后的振动位移迅速衰减。

关键词：公路斜拉桥车桥耦合振动分离迭代法减振

基于模态安装位置比的斜拉索-阻尼器参数研究

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桥梁建设 2017年第4期47卷 13-17页

作者：王波柴小鹏汪正兴中铁大桥科学研究院有限公司湖北武汉430034 桥梁结构健康与安全国家重点实验室湖北武汉430034

为扩展常规斜拉索阻尼器优化理论的适用范围,针对高阶振型和阻尼器安装位置较高的情况,将安装位置比和斜拉索振型模态相结合,提出模态安装位置比的定义,代替常规的安装位置比,评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。并以某长江大桥为例,对... 详细信息

为扩展常规斜拉索阻尼器优化理论的适用范围,针对高阶振型和阻尼器安装位置较高的情况,将安装位置比和斜拉索振型模态相结合,提出模态安装位置比的定义,代替常规的安装位置比,评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。并以某长江大桥为例,对其最长斜拉索的阻尼参数采用该方法进行分析。结果表明:随着振型阶次的增加,斜拉索的模态安装位置比呈先增大后减小的趋势,阻尼器安装位置为振型峰值时达到最大值0.5;随着振型阶次的增加,各阶模态对应的最大阻尼对数衰减率开始保持不变,当阻尼器安装位置超过振型峰值后,逐渐减小;基于模态安装位置比的阻尼器参数分析方法可以准确评估斜拉索安装阻尼器后的阻尼特性。

关键词：公路铁路两用桥斜拉桥斜拉索阻尼器阻尼特性模态安装位置比阻尼对数衰减率