阻尼器在桥梁应用实例

例1：北京某人行天桥
天桥跨度42.0m，两端各悬挑4.0m，桥面宽3.0m，主梁高1.494m，为3室
封闭钢箱梁，一般行人的自振频率1.8~2.5Hz，与天桥第一阶频率比较接近。表
1是在桥面等间距加幅值为1.5kN的正弦激励后的竖向位移，表中看出在2.5Hz
正弦激励下桥梁发生共振。

天桥第一振型 天桥第二振型

表1
在桥箱内布置减振装置，每个天桥布置6套减振装置，每套装置由粘滞阻尼
器和TMD（调频质量阻尼器）组成，TMD包括金属质量块和弹簧减振器。采用3
种TMD减振装置，每种布置2个，分别为1号减振装置（自振频率1.8Hz）、2
号减振装置（自振频率2.0Hz）、3号减振装置（自振频率2.5Hz），表2是减振
前后天桥跨中竖向位移比较。

表2
结论：安装消能减振装置能有效削减大跨人行天桥的共振响应，共振工况下减振率为70%，
减振效果极佳。
例2：苏通大桥
苏通长江公路大桥位于中国江苏省长江口南通河段,主航道桥桥跨布置为
(100+100+300)m+1 088m+(300+100+100)m ,是目前世界上最大跨径的斜拉桥。大
桥桥址处建设条件复杂,抗震要求高,设计时,在全漂浮体系基础上世界首创地加
设带有附加限位功能的特大型液体黏滞阻尼器。苏通大桥照片见图1所示,苏通大
桥使用的液体黏滞阻尼器照片见图2。

图1
图2
根据通过计算分析所得到的液体黏滞阻尼器设计参数要求,设计者决定在一
个塔梁连接处顺桥向设置4个液体黏滞阻尼器,全桥共8个。单个阻尼器设计参数
见表1。此处该阻尼器还带有限制位移功能,在主梁顺桥向±750 mm的位移内不约
束主梁运动,以减小常规作用(温度、正常风、交通荷载)结构受力,当相对位移大
于750 mm时,单个阻尼器提供上限9870kN的限位力。表1给出了苏通大桥单个阻尼
的性能参数。对加装阻尼器的全桥地震反应计算分析可知,苏通大桥加装阻尼器
后,纵向位移降低5914 %,桥塔剪力降低14%,桥塔弯矩降低24%。计算结果表明,
这种集限位、阻尼两种功能于一体的液体黏滞阻尼器有效地提高了苏通大桥桥梁
刚度,改善了结构阻尼,解决了该大跨度桥梁设计中遇到的关键技术。
例3：江阴长江大桥
江阴长江公路大桥是我国大陆建成的第一座千米级大型悬索桥。该桥位于长
江三角洲地段中部,中跨跨径1385m,矢跨比1/1015,主缆中心距3215m,吊索间距
16m,桥塔采用钢筋混凝土门式塔,主梁为扁平闭口流线型钢箱梁。该桥自1999年
建成运营几年后,发现主跨两端的伸缩缝在横桥向和纵桥向的变形不均匀,伸缩
缝工作状况不正常。经实测主梁最大纵向摆动速度和摆动加速度分别为2167mm/s
和2412mm/s2,梁在支座处的横向摆动速度和横向摆动加速度最大值分别为
01225mm/s和01018mm/s2。通过对全桥进行的各个工况下的动力分析和比较,中交
公路规划设计院有限公司最终决定在主梁两端伸缩缝处设置4个液体黏滞阻尼器
对大桥动力位移进行控制以改善大桥动力性能,表2为经过计算分析最终确定的
单个阻尼器技术参数,大桥所采用的阻尼器冲程达到1000mm,是目前世界上行程
最长的大型阻尼器之一。江阴长江大桥照片见图3所示,江阴长江大桥使用的液体
黏滞阻尼器照片见图4,表2给出了江阴长江大桥单个阻尼器的详细参数。通过加
装阻尼器后对全桥动力数值分析表明,液体黏滞阻尼器的使用使得该桥在车辆振
动条件下位移减少87%,风振位移响应减少51%,地震位移响应减少56%。这是我国
第一次对已建大桥采用阻尼器进行的加固改造,对于我国桥梁上安装液体黏滞阻
尼器具有重要的意义。

图3 江阴长江大桥
图4 江阴长江大桥使用的阻尼器
例4：西堠门大桥
西堠门大桥是我国舟山大陆连岛工程中规模最大的跨海特大桥之一。其走向
由北到南,北连册子岛,南连金塘岛。该桥跨径布置为(578+1650+485)m。由于地
形的原因,主桥在北边跨和中跨的主梁设计为连续加劲梁,北边跨和北塔之间为
悬吊结构,设置有横向抗风支座,北塔设有下横梁。因此,加劲梁的实际连续长度
为2 228m ,南塔的下横梁和北锚碇上设置反力墙,在加劲梁端和反力墙之间设置
阻尼器。经过计算分析,从保护反力墙和抗震角度,阻尼器参数选取为α=110,
C
=1000,此时,梁端位移为011752m,相对于体系为梁端自由时减小一半,主梁南端
反力墙作用力为1955kN,主梁北端反力墙上作用力为2045kN。图5为西堠门大桥
图。

图5西堠门大桥