磁流变阻尼器在斜拉索减振中的应用

　　1　引言

　　斜拉索是斜拉桥的关键构件,由于斜拉索的柔性、相对小的质量及低的阻尼,极易发生大幅振动,特别是在风雨共现的气候条件下发生的所谓风雨振,已成为该类桥梁急需解决的关键问题之一[1~4]。拉索的大幅振动容易引起锚固端的疲劳,或者损坏拉索端部的腐蚀保护系统,降低拉索的使用寿命,严重时甚至要紧急关闭交通。因此,近年来国内外许多学者越来越关注斜拉索风雨振现象及其振动控制。

　　在拉索减振方面,提出了采用辅助索、粘性阻尼器、振动吸收器等多种减振方法。目前常用的方法是在拉索上安装阻尼器,利用阻尼器增加拉索的模态阻尼比[5],达到减振的目的。这些被动阻尼器的最大缺点是不能随振动大小调节阻尼力,有些受环境条件影响大,难以达到理想的减振效果。近年来,一种新型智能阻尼器———磁流变阻尼器(Magneto-Rheological(MR)damper)已开始用于振动控制[6,7]。应用磁流变阻尼器进行拉索减振具有许多优点,它能够调节输入电压,使每根拉索处于最优阻尼状态下工作,且不受环境温度等的影响。

　　以下介绍在湖南洞庭湖大桥上应用磁流变阻尼器进行拉索减振的实桥试验研究情况,对磁流变阻尼器的减振效果进行评估。同时该阻尼器的减振性能还经历了实际风雨振的检验,充分证明磁流变阻尼器是拉索减振的一种非常有效的手段。

　　2　试验设计与数据处理方法

　　2.1　岳阳洞庭湖大桥

　　岳阳洞庭湖大桥是岳阳市跨越洞庭湖湖口的一座特大型桥梁,总长5747.82m;其主桥为我国首座三塔预应力混凝土斜拉桥,跨径为130m+310m+310m+130m。桥面宽23.4m,双向四车道。桥面主梁由总数222根拉索支撑,拉索长度为28m到201m,拉索直径相应为99mm到159mm,所有拉索都采用聚乙烯包裹形成光滑表面。

　　桥址处风雨共现时间长,主导风向为偏北风,与桥轴线交角为50°到90°,加之拉索具有的光滑表面,具备了发生风雨振的条件。大桥于2000年10月建成通车后至今已发生多次较强烈的风雨振,最严重时单边振幅超过40cm。因此,研究大桥斜拉索的风雨振控制措施显得非常必要。

　　2.2　磁流变阻尼器

　　磁流变阻尼器是由智能材料磁流变体制成的智能阻尼器,磁流变体随磁场的变化其剪切强度也发生相应变化,通过调节磁流变阻尼器输入电压能够改变该阻尼器的特性参数,已在振动控制方面得到应用。本文所用的磁流变阻尼器是美国LORD公司生产的RD-1005型磁流变阻尼器,其输入电压为0 V~12 V(直流),相应的电流为0A~2A,在1A电流和50mm/s速度时其阻尼力(峰—峰值)大于2270 N,最高工作温度可达70℃,响应时间小于25ms。