TLMD阻尼器在桥梁工程上的应用研究

    0 引言

    随着调谐质量阻尼器( TMD) 振动控制理论的成熟，该阻尼器在高耸结构和大跨度桥梁的振动控制中应用越来越广泛。调谐质量阻尼器属于被动式，无需外部电源且构造相对简单。作为结构永久减振措施，因其可靠性高、后期维护少等优点而作为大多数结构的首选减振措施。

    九江长江大桥拱桥( 见图 1) H 形吊杆因其长细比较大，自振频率较低，常遇风速下大部分吊杆即可发生一阶扭转或一阶弯曲的涡激振动。实测结果显示: 吊杆 C28A28 一阶扭转涡振响应的最大转角达± 8°C’10A’10 吊杆中部为 ± 5°。C32A32 吊杆一阶弯曲涡振响应最大振幅为 ±70 mm，C30A30 中部为 ±60 mm。该类型振动虽然幅值不大，不会导致吊杆立即破坏，但是由于涡激振振动起振风速较低，涡振响应频度较高，吊杆连接部位疲劳损失较大。在安装 TMD 阻尼器后，吊杆涡振得到了明显的控制，其中 C30A30 吊杆中部振幅将至 ±2 mm，抑振倍率达到 30。

    由于九江长江大桥原 TMD 阻尼器设计安装时着重考虑对吊杆的抑振倍率，阻尼器安装质量比为2% 左右。在此质量比下，吊杆涡振响应虽得到了明显的控制，但是由于质量比偏低，阻尼器质量块动力放大系数较高，导致阻尼器工作时长期大幅振动，阻尼器本身的疲劳损伤较为严重，后期维护较为繁琐。因此本文在探讨阻尼器安装质量比与减振效果关系的同时，结合本桥实际情况，提出合理保护减振器使用寿命的减振器安装措施。

    1 阻尼器安装质量比分析

    调谐质量阻尼器的安装质量比不仅影响( 到其减振效果，同时也影响到自身的使用寿命。

    对无阻尼主振系统，通过合理选取阻尼器的阻尼比和频率比可使主振系统动力放大倍数 Dn达到最小值，也即最优减振效果。当质量比 μ 较小时，最优频率比和阻尼比可近似为:

   主振系统的动力放大系数为:

    在选取不同阻尼器安装质量比时，主振系统和阻尼器的动力放大系数变化情况见图 2。

    在最优频率比和最优阻尼器时，主振系统和阻尼器的动力放大系数基本上仅与质量比 μ 有直接关系，且随 μ 的增加而降低。所以，在一般情况下质量比越高，其减振效果越好。实际工程应用时，一般在主振系统的动力放大倍数低于设计目标后就不再增加阻尼器的质量比，从而达到降低成本的需求。

    从图2 可以看出: 当质量比达到2%时，主结构动力放大系数为 8． 8，已经达到了较好的减振效果。但此时阻尼器动力放大系数为 52，其振幅远远超过主振系统振幅。阻尼器的频繁大幅振动极易造成其参数偏离、使用寿命降低等现象，从而影响其减振效果。因此，在设计阻尼器安装质量比时，应同时考虑对主振系统的减振效果和阻尼器的动力放大倍数。