大型桥梁用液体黏滞阻尼器的耐久性研究_陈永祁
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［收稿日期］ 2016 － 08 － 01
到我国一些正在运行的阻尼器很多处于边渗油边工 作的状态。阻尼器的耐久性问题最容易被人忽视， 而实际上对于用于结构抗震和抗风等生命线工程的 重要装置，耐久性的问题也是不容忽视的最主要问 题之一。
阻尼器的耐久性问题涉及到产品的设计理念、 内部构造组成、材料的使用以及制造加工中的质量 管理控制过程等诸多方面。阻尼器的耐久性可通过 最终的产品检验初步验证，而长期运行后进行的返 厂测试应是最为有效和有说服力的检测。目前一些 较为重要的工程，业主提出了对阻尼器的在线监测， 这是观测阻尼器运行并实时掌握阻尼器状态最为直 接的方式，是一种直接的评估阻尼器耐久性的方法 之一。
E-mail： info@ bluelakeint． com
1 前言 什么是符合结构工程所要求的阻尼器产品，如
何判断其性能的优劣呢，目前工程界公认的有如下 三条原则：
1） 在各种正常工作环境下不能漏油； 2） 要有准确全面的参数，能满足在各种环境下 准确计算的要求； 3） 在结构生命期内能长期耐久地使用。 以上三点是各种设计规范、产品规程所要求的 标准，也是目前结构工程中应用的液体黏滞阻尼器 存在的主要技术问题。漏油和参数不能满足设计要 求是首先需要解决的两个问题，也是讨论阻尼器耐 久性问题的前提条件。 笔者对国内外阻尼器进行了观察和查实，了解
·两次大型联合原型测试： 在实验室试验的基 础上，美国国家科学基金会和美国土木工程协会等 单位，分别组织了两次大型原型联合测试，分别是由 美国科学基金会（ NSF） 组织的阻尼器在美国旧金山 金门大桥工程的对比检验和美国高速公路创新技术 评估中心组织的 10 个公司的 11 种产品的大型集中 对比试验 （ HITEC） ［1］。这两次重要的测试给出的 阻尼器应该经受的测试和检验内容，也为规范、规程 的测试要求奠定了基础。经过这两次大型测试，人 们也对唯一通过这次检测的泰勒阻尼器的大量使用 建立了信心。
压） 的预加压力，图 4 为准备出厂的阻尼器进行的 内压测试。预载压力能使阻尼器在地震来临时马上 工作，也是阻尼器能全面通过各项检测的前提。更 重要的是设定阻尼器的预加内压是保证阻尼器不漏 油并随时检查它是否漏油的关键技术。
图 4 阻尼器静压测试 Fig． 4 Damper static proof load test
［中图分类号］ U442． 5 + 5
［文献标识码］ A
Ｒesearch on Durability of Liquid Viscous Dampers for Large Bridges
Chen Yong-qi，Ma Liang-zhe（ Beijing Qitai Shock Control and Scientific Development Co． ，Ltd，Beijing 100037，China）
第 39 卷第 1 期 2017 年 2 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting
Vol. 39，No. 1 Feb． 2017
［文章编号］ 1002-8412（ 2017） 01-0109-07
DOI： 10. 16226 / j． issn． 1002 － 8412. 2017. 01. 016
图 2 厦漳大桥阻尼器的健康监测设备和数据 Fig． 2 Damper health mata
of Xiazhang Bridge
·出厂测试： 美国的规范和工程需要都对阻尼 器提出了更高、更严格的出厂检验要求。对于动力 测试要求对所有出厂的产品都提出经过严格的调试 和动力测试，并在报告中给出滞回和时程曲线，确保 产品满足设计要求。这是确保阻尼器产品在未来战 胜突发地震和大风的必要保证。
上述液体黏滞阻尼器在结构工程领域里的发展 的整个历史过程可以用图 3 概况描述。
图 3 阻尼器的发展过程 Fig． 3 Damper development process
4 提高阻尼器耐久性的技术措施 2015 年 11 月，笔者应广州大学周云教授的邀
请，参加广州大学组织的我国第九届减隔震会议，首 次在阻尼器专题研讨会上介绍了第三代阻尼器的几 项关键理论和生产技术。在讨论的诸多问题中，有 下列几方面可用于提高阻尼器耐久性。 4. 1 预加压力
液体黏滞阻尼器在美国的发展过程，也几乎是 世界上先进的液体黏滞阻尼器的发展过程，同时也 是一个质量保证体系不断发展完善的过程。阻尼器 在航空、航天和机械等领域得到应用后，从上世纪八 十年代开始在建筑和桥梁上使用，并进行了大量的 试验、研究、鉴定和试用，以下的发展过程是其能够 在工程中大量应用的基础：
能接近速度锁定装置； V 为阻尼器两端相对速度，阻
尼器可在 1mm / s ～ 2. 5m / s 范围内正常工作； α 为速
度指数，其取值范围在 0. 3 ～ 2. 0 之间，能满足各种 测试要求［4］。
目前通过设置黏滞阻尼器，可有效减少大桥在
地震中的纵向位移，减少桥梁墩底剪力，有效推迟结
构屈服的发生，并减少风荷载、车辆运行刹车等动力
·在线健康监测： 涉及结构安全和运行的装置
Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Feb． 2017
第 39 卷第 1 期
陈永祁，等： 大型桥梁用液体黏滞阻尼器的耐久性研究
·111·
质量，耐久性至关重要，特别是在结构上起重大作用 的阻尼器。就可靠性而言，无论从实用和研究的角 度，对使用中的阻尼器进行在线健康监测都是很有 意义的。美国西雅图在 SAFECO 棒球场对阻尼器所 做的长期监控对深入认识阻尼器在结构中的作用十 分有意义。2015 年完成的厦漳大桥桥梁阻尼器健 康监测为我国在桥梁阻尼器的发展起了很好的推动 作用。当然，检测的内容、耐久性、和分析方法都还 有待进一步的扩展。
Abstract： Viscous dampers operated on a large bridge must be durable and against fatigue successfully． Durability is a combined index for damper performances． Based on the design principle and production technology of viscous dampers，integrated with the case study of fluid viscous damper design for Longjiang Bridge，the design process，the technical key points，and the management regulations of fluid viscous dampers are introduced，and in additionally the durability problems of viscous dampers are discussed． This article can provide referencefor damper manufacturers to improve the production durability and elongate operating life periods，and can also help structural engineers in selection，design and analysis the economically reasonable and technically advanced fluid viscous dampers． Keywords： viscous damper； Longjiang Bridge； durability
大型桥梁用液体黏滞阻尼器的耐久性研究
陈永祁，马良喆（ 北京奇太振控科技发展有限公司，北京 100037）
［提 要］ 在大型桥梁上运行的液体黏滞阻尼器必须具有良好的耐久性和抗疲劳能力。耐久性指标是阻尼器性能的综合体 现。本文从液体黏滞阻尼器的设计原理及生产工艺的技术要求出发，结合龙江大桥阻尼器的实施策略，对阻尼器的设计过 程、技术关键、生产管理进行了讨论，并着重对阻尼装置的耐久性问题进行了剖析。本文可供阻尼器生产厂家参考，利于提高 产品耐久性和使用年限，也可供结构工程师更多地认识阻尼器的构造原理以及生产过程，以便在设计分析工作中，进一步提 高选用、布置既技术先进又经济合理的液体黏滞阻尼器。 ［关键词］ 黏滞阻尼器； 龙江大桥； 耐久性
荷载的位移和受力，防止桥梁错位和滑落，减少桥梁
用料，是安置在桥梁上唯一可以全面减振的装置。
3 黏滞阻尼器的发展进程
从五十年代成立时开始，在美国政府、宇航局、
安全部的支持下，关于被控控制装置的绝大部分研
究是在阻尼器设备厂家与美国纽约州立大学布法罗
分校、里海大学、美加州州立大学伯克利分校等高等
院校结合一起研究发展的。主要的研究内容有： 基
·规范中对设计及测试的肯定： 美国 AASHTO “Section 32”［2］是工程界首次给出的关于阻尼器制 造和测试要求的规程，其明确给出了锁定装置使用 前和出厂的检验办法。锁定装置基本测试要求同样 适用于耗能阻尼器。ATC、FEMA 等设计规范对液 体黏滞阻尼器应用的前提都是要满足 AASHTO 的 要求。
·计算模型的确立： 美国国家地震研究中心、加 州大学伯克利分校地震研究中心和其他大学通过大 量的实验确定黏滞阻尼器的数学计算模型，这为耗 能减震结构的计算方法的发展及有限元程序对阻尼 器的数学模拟奠定了基础。
·工程应用模型实验研究： 在美国上述各大研 究机构对设置有阻尼器的缩尺模型进行了大量的振 动台实验研究，这些实验证明了阻尼器在工程中实 用的可能性及有效性。
本理论研究、应用研究、工程及国防项目的发展。公
司研究技术的发展也包括了主动和被动的控制工
到我国一些正在运行的阻尼器很多处于边渗油边工 作的状态。阻尼器的耐久性问题最容易被人忽视， 而实际上对于用于结构抗震和抗风等生命线工程的 重要装置，耐久性的问题也是不容忽视的最主要问 题之一。
阻尼器的耐久性问题涉及到产品的设计理念、 内部构造组成、材料的使用以及制造加工中的质量 管理控制过程等诸多方面。阻尼器的耐久性可通过 最终的产品检验初步验证，而长期运行后进行的返 厂测试应是最为有效和有说服力的检测。目前一些 较为重要的工程，业主提出了对阻尼器的在线监测， 这是观测阻尼器运行并实时掌握阻尼器状态最为直 接的方式，是一种直接的评估阻尼器耐久性的方法 之一。
E-mail： info@ bluelakeint． com
1 前言 什么是符合结构工程所要求的阻尼器产品，如
何判断其性能的优劣呢，目前工程界公认的有如下 三条原则：
1） 在各种正常工作环境下不能漏油； 2） 要有准确全面的参数，能满足在各种环境下 准确计算的要求； 3） 在结构生命期内能长期耐久地使用。 以上三点是各种设计规范、产品规程所要求的 标准，也是目前结构工程中应用的液体黏滞阻尼器 存在的主要技术问题。漏油和参数不能满足设计要 求是首先需要解决的两个问题，也是讨论阻尼器耐 久性问题的前提条件。 笔者对国内外阻尼器进行了观察和查实，了解
·两次大型联合原型测试： 在实验室试验的基 础上，美国国家科学基金会和美国土木工程协会等 单位，分别组织了两次大型原型联合测试，分别是由 美国科学基金会（ NSF） 组织的阻尼器在美国旧金山 金门大桥工程的对比检验和美国高速公路创新技术 评估中心组织的 10 个公司的 11 种产品的大型集中 对比试验 （ HITEC） ［1］。这两次重要的测试给出的 阻尼器应该经受的测试和检验内容，也为规范、规程 的测试要求奠定了基础。经过这两次大型测试，人 们也对唯一通过这次检测的泰勒阻尼器的大量使用 建立了信心。
压） 的预加压力，图 4 为准备出厂的阻尼器进行的 内压测试。预载压力能使阻尼器在地震来临时马上 工作，也是阻尼器能全面通过各项检测的前提。更 重要的是设定阻尼器的预加内压是保证阻尼器不漏 油并随时检查它是否漏油的关键技术。
图 4 阻尼器静压测试 Fig． 4 Damper static proof load test
［中图分类号］ U442． 5 + 5
［文献标识码］ A
Ｒesearch on Durability of Liquid Viscous Dampers for Large Bridges
Chen Yong-qi，Ma Liang-zhe（ Beijing Qitai Shock Control and Scientific Development Co． ，Ltd，Beijing 100037，China）
第 39 卷第 1 期 2017 年 2 月
工程抗震与加固改造 Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting
Vol. 39，No. 1 Feb． 2017
［文章编号］ 1002-8412（ 2017） 01-0109-07
DOI： 10. 16226 / j． issn． 1002 － 8412. 2017. 01. 016
图 2 厦漳大桥阻尼器的健康监测设备和数据 Fig． 2 Damper health mata
of Xiazhang Bridge
·出厂测试： 美国的规范和工程需要都对阻尼 器提出了更高、更严格的出厂检验要求。对于动力 测试要求对所有出厂的产品都提出经过严格的调试 和动力测试，并在报告中给出滞回和时程曲线，确保 产品满足设计要求。这是确保阻尼器产品在未来战 胜突发地震和大风的必要保证。
上述液体黏滞阻尼器在结构工程领域里的发展 的整个历史过程可以用图 3 概况描述。
图 3 阻尼器的发展过程 Fig． 3 Damper development process
4 提高阻尼器耐久性的技术措施 2015 年 11 月，笔者应广州大学周云教授的邀
请，参加广州大学组织的我国第九届减隔震会议，首 次在阻尼器专题研讨会上介绍了第三代阻尼器的几 项关键理论和生产技术。在讨论的诸多问题中，有 下列几方面可用于提高阻尼器耐久性。 4. 1 预加压力
液体黏滞阻尼器在美国的发展过程，也几乎是 世界上先进的液体黏滞阻尼器的发展过程，同时也 是一个质量保证体系不断发展完善的过程。阻尼器 在航空、航天和机械等领域得到应用后，从上世纪八 十年代开始在建筑和桥梁上使用，并进行了大量的 试验、研究、鉴定和试用，以下的发展过程是其能够 在工程中大量应用的基础：
能接近速度锁定装置； V 为阻尼器两端相对速度，阻
尼器可在 1mm / s ～ 2. 5m / s 范围内正常工作； α 为速
度指数，其取值范围在 0. 3 ～ 2. 0 之间，能满足各种 测试要求［4］。
目前通过设置黏滞阻尼器，可有效减少大桥在
地震中的纵向位移，减少桥梁墩底剪力，有效推迟结
构屈服的发生，并减少风荷载、车辆运行刹车等动力
·在线健康监测： 涉及结构安全和运行的装置
Earthquake Ｒesistant Engineering and Ｒetrofitting Feb． 2017
第 39 卷第 1 期
陈永祁，等： 大型桥梁用液体黏滞阻尼器的耐久性研究
·111·
质量，耐久性至关重要，特别是在结构上起重大作用 的阻尼器。就可靠性而言，无论从实用和研究的角 度，对使用中的阻尼器进行在线健康监测都是很有 意义的。美国西雅图在 SAFECO 棒球场对阻尼器所 做的长期监控对深入认识阻尼器在结构中的作用十 分有意义。2015 年完成的厦漳大桥桥梁阻尼器健 康监测为我国在桥梁阻尼器的发展起了很好的推动 作用。当然，检测的内容、耐久性、和分析方法都还 有待进一步的扩展。
Abstract： Viscous dampers operated on a large bridge must be durable and against fatigue successfully． Durability is a combined index for damper performances． Based on the design principle and production technology of viscous dampers，integrated with the case study of fluid viscous damper design for Longjiang Bridge，the design process，the technical key points，and the management regulations of fluid viscous dampers are introduced，and in additionally the durability problems of viscous dampers are discussed． This article can provide referencefor damper manufacturers to improve the production durability and elongate operating life periods，and can also help structural engineers in selection，design and analysis the economically reasonable and technically advanced fluid viscous dampers． Keywords： viscous damper； Longjiang Bridge； durability
大型桥梁用液体黏滞阻尼器的耐久性研究
陈永祁，马良喆（ 北京奇太振控科技发展有限公司，北京 100037）
［提 要］ 在大型桥梁上运行的液体黏滞阻尼器必须具有良好的耐久性和抗疲劳能力。耐久性指标是阻尼器性能的综合体 现。本文从液体黏滞阻尼器的设计原理及生产工艺的技术要求出发，结合龙江大桥阻尼器的实施策略，对阻尼器的设计过 程、技术关键、生产管理进行了讨论，并着重对阻尼装置的耐久性问题进行了剖析。本文可供阻尼器生产厂家参考，利于提高 产品耐久性和使用年限，也可供结构工程师更多地认识阻尼器的构造原理以及生产过程，以便在设计分析工作中，进一步提 高选用、布置既技术先进又经济合理的液体黏滞阻尼器。 ［关键词］ 黏滞阻尼器； 龙江大桥； 耐久性
荷载的位移和受力，防止桥梁错位和滑落，减少桥梁
用料，是安置在桥梁上唯一可以全面减振的装置。
3 黏滞阻尼器的发展进程
从五十年代成立时开始，在美国政府、宇航局、
安全部的支持下，关于被控控制装置的绝大部分研
究是在阻尼器设备厂家与美国纽约州立大学布法罗
分校、里海大学、美加州州立大学伯克利分校等高等
院校结合一起研究发展的。主要的研究内容有： 基
·规范中对设计及测试的肯定： 美国 AASHTO “Section 32”［2］是工程界首次给出的关于阻尼器制 造和测试要求的规程，其明确给出了锁定装置使用 前和出厂的检验办法。锁定装置基本测试要求同样 适用于耗能阻尼器。ATC、FEMA 等设计规范对液 体黏滞阻尼器应用的前提都是要满足 AASHTO 的 要求。
·计算模型的确立： 美国国家地震研究中心、加 州大学伯克利分校地震研究中心和其他大学通过大 量的实验确定黏滞阻尼器的数学计算模型，这为耗 能减震结构的计算方法的发展及有限元程序对阻尼 器的数学模拟奠定了基础。
·工程应用模型实验研究： 在美国上述各大研 究机构对设置有阻尼器的缩尺模型进行了大量的振 动台实验研究，这些实验证明了阻尼器在工程中实 用的可能性及有效性。
本理论研究、应用研究、工程及国防项目的发展。公
司研究技术的发展也包括了主动和被动的控制工
