1.常规液体粘滞阻尼器
液体黏滞阻尼器是根据阻尼介质通过活塞孔时,可产生粘滞阻力的原理而制成的,是一种速度相关型阻尼器。
液体粘滞阻尼器具有如下优点:
(1)阻尼器自身可不提供计算刚度,对结构自振周期可无影响;
(2)滞回曲线较为饱满,相应的,阻尼器处于最大位移状态时受力为零,而在最大受力状态时位移为零;
(3)能够在大风和地震荷载下保持机械结构的完好,可以被复用;
(4)如果阻尼介质材料选取恰当,可以有较好的防火性能,耐久性较好,使用寿命可以长达几十年。
液体粘滯阻尼器在桥梁工程领域获得空前发展的同时,也逐渐表现出一些应用上的局限性:
(1)内部存在较大的摩擦,降低了工作年限和消能、耗能效率;
(2)存在滞后现象。阻尼器启动时出力不能与外界输入同步,即不能有效抑制较小的外部扰动位移,比如斜拉索阻尼器要求能够限制斜拉索的微幅震动;
(3)漏油问题;
(4)无法满足长周期、高频次往复振动的性能要求,使得阻尼器的设计使用年限大大低于所安装桥梁的设计使用年限;
(5)过大频次、过高振幅常使装置内部温度升高,进而导致阻尼性能骤降;
(6)耗能效率偏低。
2.速度锁定装置
粘滞阻尼器和速度锁定装置在设计上有相似之处,锁定装置的活塞孔很小,当承受最大荷载时整个装置仅发生微小的位移。在实际使用中,速度锁定装置并不吸收和消耗能量,而只是产生一个较小的动态位移,相当于一个液压锁。在正常使用状态下的静力、温度应力等荷载下,结构各构件间保持弱刚性连接,而在地震、大风等强动力荷载发生时,阻尼器表现为锁定状态,使得该装置连接的相邻结构构件一同负担地震力等较大的荷载。
应用案例:帕克西大桥、龙华松花江特大桥。
3.低速锁定阻尼器
该装置对温度变形、车辆荷载等日常荷载及地震工况下的大吨位荷载均可有效控制:
a.主梁在温度、平均风等荷载引起纵向缓慢移动时的位移可以得到有效地释放,阻尼器的阻尼力为零,其不会因温度伸缩对桥梁结构产生阻尼力;
b.正常使用状态下,对于风致振动、车辆荷载等小载荷,装置表现为锁定装置。可以保护桥梁免受高频风振和汽车制动等荷载的损伤;由于该阻尼器具有动态刚度,其可有效增加桥梁主梁的刚度,达到设计所需的性能要求。
c.较大地震发生时,低速锁定阻尼器会自动打开泄压阀,从未按照常规的黏滞阻尼器工作和耗能。在较大地震结束之后,阻尼器的泄压阀自动关闭,装置又表现为锁定装置的功能。
4.放血功能阻尼器
这种减振装置介于锁定装置和阻尼器之间,在使用中当装置两端相对速度变大时,装置上的阀门自动锁定,装置表现为锁定装置,当装置两端相对速度变小时,该装置上的阀门自动打开,装置表现为耗散能量的常规阻尼器。
对于跨径较小的桥梁,该种装置可对车辆制动荷载和地震作用都有较好的抑制效果。应用案例:中国台湾高速铁路。
5.熔断阻尼器
熔断阻尼器就是在常规液体粘滯阻尼器外加一个熔断控制装置,当该装置受到风致振动、车辆制动荷载时,通过熔断装置中的金属保险片确保该装置两端无相对运动,从而为桥梁结构增加刚度,当遇到地震荷载作用时,熔断装置中的保险片会自行熔断,该装置将按照常规粘滞阻尼器工作,并进行耗能。
应用案例:美国旧金山附近的里士满·圣拉斐尔大桥。
引用:[1]谭荣昕. (2019). 桥梁工程用阻尼器的分类与应用. 中华建设(14), 2.