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洞庭湖大桥拉索风雨振控制新技术

伏晓宁

（岳阳洞庭湖大桥管理局岳阳市414000）

摘要：随着大跨径斜拉桥的不断建设，斜拉索的减振特别是风雨振的控制已成为该类桥梁

急需解决的关键问题之一。岳阳洞庭湖大桥建成通车后已发生多次强烈风雨振，在对应用磁

流变智能阻尼减振技术控制风雨振研究的基础上，全面评估了该技术控制拉索振动的实际效

果，证明该阻尼器是拉索风雨振控制的有效手段。岳阳洞庭湖大桥全桥安装磁流变阻尼器后，

加速度响应降低为原加速度的1／20～1／30。

关键词：洞庭湖大桥；斜拉桥；风雨振；振动控制；磁流变阻尼器

0、前言

大跨径斜拉桥的拉索具有很小的刚度和阻尼，拉索往往具有很低的固有频率和极低的

模态阻尼比，在外部激励下极易发生意想不到的大幅振动。特别是在风雨气候条件下拉索发

生的所谓风雨振现象，引发的振幅最大达到拉索直径的3～4倍，在世界各国的许多大桥上

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都出现过。目前，拉索的大幅振动已成为斜拉桥亟待研究解决的关键问题之一［，，。

洞庭湖大桥总长5747.82m。主桥为三塔不等高（130m＋310m＋310m＋130m）的4

跨连续漂浮体系预应力混凝土斜拉桥。由于大桥处于洞庭湖与长江接口处的特殊地理环境，

风力较大，风雨共现时间长，主导风向与桥轴线交角为50º～90º，加之拉索具有的光滑表

面，具备发生风雨振的条件。大桥建成通车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，严重影响了大桥的安全运营和拉索的使用寿命，必须采取拉索减振措施。

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［，，］

对斜拉索风雨振的减振国内外有多种减振技术，如采用辅助索、粘性阻尼器、振

动吸收器、缠绕螺旋状PVC肋或制造凹坑等多种方法。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，以达到减振的目的。但这些被动阻尼器的最大缺

点就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

5,6]

始用于振动控制［。应用磁流变阻尼器进行拉索减振，具有许多优点，它既不受环境温

度的影响，又能够调节输入电压，可以使每根拉索处于最优阻尼状态下工作，取得最佳减振

效果。结合洞庭湖大桥应用磁流变阻尼器控制拉索振动的多次试验和运行效果，简要介绍试

验研究情况及该技术的实际应用。

1、磁流变阻尼器的智能减振原理

磁流变阻尼器是以智能材料（磁流变体）制成的可调参数阻尼器。两相磁流变体是一

种可控液体，它是用不导电的母液和均匀散布在其中的固体磁性颗粒制成的悬浮液。在磁场

作用下，磁流变体中的固体颗粒会形成一束束纤维状的链，横架于磁场的两极之间。随着电

压的增大，磁流变体逐渐由液体变为半固体，其剪切屈服应力也随之增大。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。洞庭湖大桥采用美国LORD公司生产的RD

—1005型磁流变阻尼器，该磁流变阻尼器的结构如图1所示，其阻尼力可表达为：

f=fsng(x)Cx+f

cycc0

式中：f为阻尼器模型的屈服力；sgn（·）为符号函数；x为安装阻尼器处拉索沿阻尼

yc

器方向的运动速度；C为阻尼器模型的阻尼系数；f为阻尼器模型的偏差量。

0

当拉索的参数和外部激励改变时，通过施加给调节磁流变阻尼器的输入电压