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速度指数0.1的阻尼器存在问题

已有 3078 次阅读 2021-5-14 15:39 |系统分类:观点评述

速度指数0.1的阻尼器目前存在问题

   我们对速度指数0.1的阻尼器是否能够使用表示怀疑,根据我们的研究目前没有完全合格的0.1的速度指数阻尼器。原因如下:

1、没有公开的测试报告       

   据我们了解,到目前为止从来没有公开过的0.1速度指数阻尼器的测试报告。请选用这种阻尼器的单位能测试并公布一下他们的完整测试报告。

2、不能满足规范要求

   根据规范《桥梁用黏滞流体阻尼器》JT/T 926-2014 第5.5.3条要求“黏滞流体阻尼器在运动速度(V)不低于1×10-4m/s慢速运动时,实际阻尼力(Fa)不应大于设计阻尼力的(Fmax)的10%。”

   根据阻尼器理论阻尼力FTH=C|V|αsign(V)计算如下:

      当速度取0.0001m/s时,C值设2500,F=2500kN

      指数α=0.1时,F=995kN >250kN(2500kN×10%)

   一般情况下,小指数阻尼器基本无法满足规范要求。并且,规范要求慢速运动试验的主要目的是测试阻尼器在温度变形下的测试,如果在温度变形下阻尼器有较大出力,将会对桥梁的梁部温度变形进行反作用力,曾经宜宾长江大桥就因某阻尼器厂家的阻尼器在温度变形下,有较高的初始力,导致悬索桥梁中心部位拱起。

3、不能完成所有测试要求

   Taylor公司前总裁道格拉斯.泰勒曾经写信给我们,他们研究结果也是0.1的速度指数不能完成所有的测试要求。

4、采用油库,容易造成卡壳,造成阻尼器厂家破产

   能达到0.1速度指数作为控制起点,多数厂家还是要借助于控制开关。日本和欧洲的几家公司采用在阻尼器中加设阀门和油库(蓄油器),控制油压的技术生产被称之为“油阻尼器”的产品,其中速度指数多数从0.05~0.2之间变化。这种技术其阻尼器内部设置预压弹簧和流量控制阀门,靠惯性力产生粘滞作用并使阻尼器达到设计的参数,一般包括流量控制阀和减压阀门。阻尼器内部装有调压阀,低压时开启的调压阀和高压下开启的溢流阀的组合,使在一定荷载之内表现出线性黏滞状态,而超过这个荷载后阻尼力(相对速度的)坡度发生变化而成折线状,也就是双线性状态,以防止阻尼力过大。

   采用各种机械阀门进行内部流量压力控制的技术在缓冲器或锁定器中应用较为普遍。由于缓冲器或锁定器不需要满足特定的本构关系,使其制造的成本和难度大大降低。相对阻尼器,用硅油的锁定装置的制作也比较简单,只要在活塞头内设置一个提升式阀门(阻尼器内第二个易损零件)。这些阻尼器均有外置油库。这一外设装置很容易导致阻尼器在运行过程中出现卡壳,从而影响阻尼器的正常运行及长期寿命。这一油库的目的主要是:1)在单出杆(阻尼器活塞杆仅一端支撑,另一端活塞头滑动)的阻尼器内部,活塞杆占油室的体积在运动中要平衡,必须设有油库补给或放出;2)加大用油体积,也就可以吸收更多的热量;3)一些不能做到严密封闭、不漏油的厂家用油库来补充漏油。

各厂家产品情况表.jpg

5、主流设计软件均不推荐

   应当指出,阻尼器优化的目标应该是整个结构的反应,而不是单个阻尼器的简单耗能曲线。很多阻尼器的优化结果都表明,综合各项指标,其结构反应的最好状态并不是阻尼器的速度指数最小。如苏通大桥最终选定的速度指数0.3,西堠门大桥选定1.0,而一些抑制风振的高层TMD中所采用的速度指数则设定为2.0,这是综合结构反应根据需要的优化结果。

   目前计算非线性阻尼器的各通用计算软件,对计算中能够采用的阻尼器速度指数给出了下限为,MIDAS、SAP2000以及ETABS为0.2。如速度指数小于下限值,程序将可能不收敛。Midas曾在官方使用说明中建议指数0.3以上,但在目前建筑和桥梁的阻尼器设计中,总有部分设计人员在阻尼器优化过程中,选取较小的速度指数,或直接取下限值0.2,在位移计算中得到较好的计算结果。这一方面反映设计人员对阻尼器的内部构造了解不足,另一方面则是过分追求粘滞阻尼器对位移、变形的控制效果,仅从单纯的计算结果选择阻尼器参数和速度指数,而忽略了对被控结构自身的受力和安全储备的审查。

6、Taylor公司工程案例

   至2021年1月,Taylor公司完成了721个项目,其中桥梁170多个,速度指数均为0.3~1.0之间,详见[附件4]Taylor公司业绩表。

7、更有效的车辆荷载控制方案

    为了控制悬索桥梁车辆荷载及日常风载下造成的微小振动,我们采取了多种方法,详见论文《新型阻尼器在大跨度漂浮体系桥梁振动控制中的应用研究》[附件5]及我单位与中铁大桥院新型发明专利[附件6]《设有泄压装置的粘滞阻尼器》。

8、某跨长江大桥阻尼器速度指数

    根据我司目前获得的某跨长江大桥阻尼器参数,阻尼器的速度指数为0.1,上述分析已经对这一参数的选择提出了问题及建议。如果本项目坚持这一参数,是将国际阻尼器质量最优、技术最先进的美国泰勒公司的产品排除在外,这对于想解决悬索桥抗震、减少车辆荷载等问题、选用优质的产品的建设方是一个不小的损失。

附件:

附件1 工程结构用液体粘滞阻尼器速度指数-new.doc

附件2 Douglas Taylor关于附带油库.doc

附件3 MCC opinion.docx

附件4 泰勒公司业绩表.pdf

附件5 新型阻尼器在大跨度漂浮体系桥梁振动控制中的应用研.pdf

附件6 《设有泄压装置的粘滞阻尼器》2016.12.jpg



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