桥梁结构振动控制体系

桥梁结构振动控制体系主要针对柔性桥梁的风致振动，其本质是质量调谐或增加阻尼，进而削减振动响应。桥梁风致振动既包括影响结构安全的发散振动，如主梁颤振、桥塔驰振、斜拉索风雨振和细长构件的尾流驰振，也包括影响结构正常使用的限幅振动，如主梁的涡激振动和抖振。不同的风振类型其振动机理和表现形式不一样，振动控制措施也不尽相同。其中，需要借助于振动控制策略予以抑制的主要有两种，即拉索的风雨振动和主梁的涡激振动。

斜拉索刚度几乎全部来自预张力的几何刚度，加上其阻尼非常小，极易发生驰振、风雨振、参数振动等振动现象，振动产生的机理比较复杂，早年甚至发生了美国弗里德·哈特曼（Fred Hartman）斜拉桥拉索相互碰撞的极端事件。对此，工程界的主要对策措施是：在拉索与加劲梁锚固部位增设阻尼器，早期阻尼器主要是摩擦阻尼器、液压阻尼器，现已发展出高阻尼橡胶、电磁、磁流变等多种阻尼器，设置减振装置后，振动响应可以削减90%左右；设置螺旋线、优化斜拉索防护PE套的表面构造，防止风雨振动发生；用辅助索梁斜拉索连接交叉起来，约束其振动。

对于扁平流线型加劲梁或钢箱连续梁，在特定风速风向下，当旋涡脱落频率与结构自振频率接近时，就会引发涡激共振。随着空气升力频率、能量输入差异以及风向、阻尼的变化，会在前几阶竖向振动模态之间转换，但最大振幅相差不大。涡振已在国内外10多座桥梁中发生，虽然大多数不会产生结构安全问题，但会明显影响司乘人员的舒适度及驾驶安全。研究表明：当结构等效阻尼比达到0.6%以上时，涡振衰减很快；当结构等效阻尼比达到1.0%以上，涡振很难发生。因此，设置TMD质量调谐阻尼器、电磁阻尼器就成为控制涡振的主要对策。日本的东京湾大桥、俄罗斯伏尔加河大桥（均为连续钢箱梁）等桥梁在发生涡振后设置了TMD，控制效果良好；我国崇启长江大桥、港珠澳大桥等桥梁在建设时就设置了TMD，各阶模态阻尼比普遍在1.2%～1.8%之间，迄今为止尚未出现涡振。

此外，对于高度较大的索塔，在施工过程易发生涡振。对此，可在塔顶设置TMD来削减涡激振动的振幅，或采用临时拉索将塔顶与相邻桥墩联结起来，如昂船洲大桥施工过程中在塔顶设置平动TMD，将涡激振动幅度从10～12cm削减至1～2cm。