应用简介
前言：
粘滞阻尼器在桥梁上的应用已经跨入一个新的里程碑。无论业主、设计院、桥梁研究人员都几乎无例外的认识到阻尼器的重要作用，并尝试着在新建和加固大桥的过程中应用阻尼器。世界跨度最大的斜拉桥——苏通大桥设计并将使用世界上首次附加限位的特大型阻尼器(3025 KN，加限位到6580 KN)，并首次由客户提出了系统全面的阻尼器测试计划，也将是在世界上首次在大桥阻尼器安置健康监测系统; 在我国最大的悬索桥－江阴大桥将安置4个大型阻尼器，这是我国首例在大桥的减振加固补强中使用阻尼器；南京长江三桥上在引桥部分安装了54个阻尼器并在主桥安置了四个锁定装置；吉林省龙岩松花江上7孔连续梁上正在安置16个动力锁定装置。可以预见，在我国桥梁阻尼器的应用很快会和世界上其他拥有抗震先进技术的国家一样，成为桥梁抗风抗震的重要环节之一。
简介
2005年震惊世界的美国卡特里娜飓风几乎完全摧毁了美国五十万人口的新奥尔良市和莫比尔湾区，同样给该地区的桥梁、建筑和海洋平台带来了巨大的破坏。大风吹来的海洋平台给该地区的Cochrane大桥桥面以巨大的撞击（图1-1a），大桥支座遭到一定程度的破坏。风后美国阿拉巴马能源部对大桥进行了鉴定观测，发现设置了68个抗风悬索阻尼器的斜拉索在大风中没有任何破坏。他们的结论是泰勒公司的阻尼器减少了悬索和桥塔的振动，也避免了悬索的共振，起到了巨大作用。
可喜的是，从在大桥上安置阻尼器的十几年发展历史到现在，已经几乎没有人再怀疑“阻尼器是个花钱不多，对桥梁帮助不小”的好产品。我国正在建设的大型桥梁，为了达到减少桥梁各种振动的影响，纷纷考虑加设阻尼器。
我国中交公路规划设计院（中交院）设计的苏通长江大桥是世界第一大斜拉桥，桥上使用的加有特殊限位的特大阻尼器（测试到10000KN）是世界首例。中交院提出了对阻尼器的全面测试和鉴定并将在今年完成，还将在世界上首次在阻尼器上安置健康监测系统用于观测阻尼器的工作状况。我国最长、世界第二的江阴长江悬索大桥在1999年胜利完工通车以后，发现大桥伸缩缝处开始有较严重破坏，“伸缩缝的滑块发生过脱落，有的横梁下底面，不锈钢板被挤出，有的部位缝隙最大开口达8.1cm，因伸缩缝开口过大，密封橡皮被拉裂，伸缩缝工作很不正常，严重影响了伸缩缝隙的使用寿命，不利于桥梁的安全运行”[1]。中交院通过动力分析决定采用世界上最大行程（±1000mm）的大型阻尼器，将开创我国用阻尼器补强加固大桥的先河，在桥梁工程中阻尼器的应用上同样举足轻重。南京长江三桥是我国首次在引桥上成功设计和使用了54个抗震阻尼器。
这三个长江大桥上的阻尼器的应用实例必将对我国桥梁的业的发展带来巨大影响。
这里，我们将从设计的理念入手，简单介绍阻尼器的设计过程，供我们设计人员参考。
这个在美国从二十多年前开始构思到研究试验再到工程试用的“结构保护系统”给我们传统的地震工程领域带来了强大的活力。上世纪八十年代末，无论“被动保护系统”和“主动保护系统”以及后来诞生的“半主动保护系统”都有了很大的发展。在我们土木工程界，这一理论从引入开始经历了一个“百花齐放”的发展阶段。在这个阶段的最初几年内，诞生了很多新的想法，并有很多新的“装置”被试用。专业工程师喜欢用下表来说明这一阶段的发展：
经过二十多年的发展，目前在美国应用领域，公认的成功技术和产品有：
基础隔震技术，用一个允许一定程度运动并能耗散地震能量的隔震垫将下部结构和上部结构分隔开来，从而有效地隔离并减弱了地面运动。最早发展起来的铅芯橡胶垫技术得到了成功应用，且后来提出的金属摆动摩擦支座技术显示出更快的发展。
液体黏滞阻尼器的耗能技术，一种看上去很像车辆减振器的活塞筒状装置，但其内设硅油，通过活塞在黏滞液体内的往复运动起到，耗散地震能量的作用，从而起到保护结构的作用。
防屈曲耗能支撑，由日本Nippon公司研制出的金属屈曲约束耗能支撑（UBB）是在结构工程师们早已熟悉的某一构件的基础上改进而来的产品。
对于广大工程师而言，脱离我们早已熟悉的传统钢结构、钢筋混凝土结构、甚至木结构，采用我们并不了解的机械、航空等其它领域已成功应用的产品，并将其用在我们赖依生存的、百年大计的建筑和桥梁上难免会产生各种问题，例如：
l 在我们几乎不用很多维护的传统结构上，加上的这些保护装置是否要我们像维护建筑中空调或电梯一样去常年维护它？要不要定期检查和更换？
l 这些装置是否能像我们结构的其它构件一样，安全可靠地使用几十年、甚至上百年？
l 这些保护装置，是否能和我们传统的结构相匹配，适用？
这些问题对我们要使用结构保护系统的工程师说来，无疑是至关重要的。我想，从康斯坦丁诺的文章和想法中，我们不难看出他的出发点。我们出版并将继续出版的书中，也将介绍和讨论这些问题。本报告中的研究课题，无疑把结构保护系统的发展进程，又向前推进了一步。
感谢刘锡荟老师对我们翻译工作的部分指导和帮助。参加翻译和校对的还有王静，李小芳等人，特此表示感谢。
设计理念
阻尼器应用的设计目的和理念
我国现行桥梁设计规范中并没有关于有关阻尼器的明确规定。结合国内外有关阻尼器应用发展情况，我们提出在桥梁上使用阻尼器的目标和理念。简单的说我们安置阻尼器可以有以下四个目的。
1 增加抗震、抗风能力
原设计可能已经可以满足所有规范规定的抗震抗风要求，通过设置阻尼器可以增加桥梁的阻尼比，在振动过程中消耗振动能量用，从而减少梁端、塔顶的位移，降低桥梁的墩底地震剪力，也就可以减少整个桥梁的受力，从而大大提高桥梁的抗地震能力。同时只要阻尼器安装的合适，可以预防原设计没有考虑或考虑不足的振动受力。按这种目的来设置阻尼器，就应尽量将阻尼器设置到不同的需要方向。
对特别重要的桥梁，高发地震区，花钱不多，设置这一第二防线是很值得的。对于非严重地震区，国内外也常用锁定装置达到增加抗振功能力的目的。
2 用阻尼器去防范罕遇大地震或大风
按小震不坏大振不倒的原则，我们可以使原设计满足多遇小地震的抗震要求。对于罕遇的大地震可能显得不足。用结构的被动保护系统－抗震用阻尼器来等待和解决这罕遇大地震的问题，是加固未设防抗震或设防不足的桥梁和新建桥梁建议采用的设计理念。在国外绝大多数地震区，最新规划的桥梁工程大都用这一理念来设计新桥和加固旧桥。
这一理念会带来经济实用可靠的结果，这也是我们应该主要想提出推广的设计理念。在所有可能发生地震的地区，我们都建议按这一理念来作设计。
3 解决常规办法 难予解决的问题
在桥梁设计中有时遇到高地震烈度、土质情况恶劣的地区，单纯的加大梁柱的尺寸会引起结构刚度增加周期减小，其结果可能引起更大的地震力。结构落入晕一恶性循环中是十分不到并难于解决。
结构用的抗震阻器如果参用液体粘滞阻尼器，本身没有刚度，也就不会改变结果的频率，阻尼器降低阻尼比，滞回耗能的结果，都比较容易解决这一困难问题。
在高烈度地震区，设计变得很困难的情况下，建议加入液体粘滞阻尼器重新作一下分析， 可能你会得到预想不到的好结果。
阻尼器类型
液体粘滞阻尼器的计算分析
1 阻尼器在桥梁上的应用所承受的动荷载
阻尼器在桥梁上的应用上可以承受的动荷载有：
由于地震作用、特别是难于预测的罕遇地震的作用对大桥所带来的振动，反应谱无法反应地震持时的影响，通常要进行地震危险性分析，提供相应于两个设防水准（多遇及罕遇）的人工地震波。应考虑到土动力特性参数比较复杂，在地震危险性分析中应提供3～5阻人工地震波以供比较分析；
风荷载，对高起的塔架，柔性的钢结构尤其应重视脉动风荷载对大桥的影响，应根据当地风压、大桥结构特性模拟风速时程，进行动力风作用下的全桥动力计算；
车辆和行人机械振动荷载，刹车制动荷载；
开启式桥梁开启时的振动荷载；
桥梁的温度变形荷载；
碰撞荷载，以上荷载所带来的桥梁各部分间的碰撞次生荷载。
2 锁定（Lock-up）装置的计算分析和设计
作为一种特殊阻尼器的锁定装置可以看成一个简单的速度开关，当速度大于启动值时，装置启动，变成刚性连杆。但它没有耗能作用，也不能减少桥墩的受力。在中小地震地区（如7度以下的地震）的桥梁，为了控制大风和地震所带来的运动位移，可以采用简单经济的锁定装置，对于8度以上的地震区，我们推荐使用液体粘滞阻尼器来控制地震下受力和位移。
锁定装置的设计计算比较简单，主要选择确定的参数有最大冲程、控制的速度和承受的力。在日常情况下，我们要允许装置在温度和常风下桥梁的自由变形。由此来确定Lock-up装置的最大冲程（详见下文）；一般的锁定速度在0.127mm/s～0.25mm/s之间，热膨胀速度在0.000254mm/s～0.00254mm/s之间，而对于主要用于控制地震的作用，控制速度通常选择在25-50mm/s的速度上，通常允许的锁定变形5％行程以内（即从0到达到设计力所用的距离）；承受力的设计，在安放Lock-up装置的位置上换成一个刚性连杆，通过整体受力计算（反应谱法或时程积分）得到刚性连杆的内力。这一内力就可以作为我们锁定装置的设计力。
连接方式
检验验收
阻尼器检测验收的设计要求
在“结构工程中应用的泰勒公司液体粘滞阻尼器”一文中，我们已经详细介绍了．阻尼器检测验收的重要性和美国相关规范的一些规定。这两年来我国中交公路规划设计院为长江苏通大桥和江阴大桥的投标技术要求中都给出了很好的技术中交公路规划设计院要求。结合以上情况，我们给出一个简单的想法，供大家讨论。
1 预先提出报告
大型桥梁的阻尼器的采购，往往是在招标中完成。招标完成后的测试，很难得到有效的监察。对过去文件的审阅就变的十分重要。江阴大桥等提出阻尼器生产商必须提交的下列报告，作为参与竞标的基本要求：
有关政府管理单位，专业协会或有关权威研究机构提供的阻尼器动力性能的测试和质量鉴定报告；报告内容包括力-变形和力-速度曲线等，并且表明阻尼器产品这些动力性能不受温度、频率和往复振动幅值影响。
有关研究机构提供的阻尼器产品在振动台上的试验报告。证明阻尼器在振动台结构模型上的控制效果及结果；
阻尼器产品在十个以上桥梁工程的安装实例，以及每个工程实例应包括用户提供的满意度证明；
提供足够的证据说明阻尼器产品可以在正常的条件下使用20年以上不会损坏。
2 阻尼器的预检测[2]
美国AASHTO 等规范都明确提出了阻尼器预检测的要求。他们要求至少要按HITEC 的所有测试要求进行预检测。在我国规范中，现在还没有想应的要求。也没有作过类似金门大桥和HITEC作过的这种综合检测。随着数以百计的大型桥梁在我们相继建设，越来越多的工程要求安置阻尼器，这一预检测工作已经成了当务之急。
应用实例
2020年3月23日晚，我公司邀请中交公路长大桥建设国家工程研究中心、北京市政路桥管理养护集团共同对阜成门桥阻尼器进行10年期现场性能检测。本次测试由我公司董事长陈永祁博士带队，除外观观测外，重点对其内压性能进行测试。
据悉，目前国内其他产品中长期检测依然停留在外观检测甚至不建议检测阶段。泰勒公司阻尼器，作为世界最先进阻尼器除有高内压、干密封性、超高耐久等性能优势，也是世界唯一能够在不影响结构运营情况下进行检测的阻尼器。同时也是少有的对已经运行10年度的阻尼器进行再检测的厂家。本次测试结果除阻尼器支座又被不规范行车剐蹭外，泰勒阻尼器10年后依然保持出厂时的3000psi左右，质量完好。
阜成门桥阻尼器十年后检测 阜成门阻尼器现场检测内压情况
检测后发现，阜成门桥阻尼器在工作了十年后一切正常，保持了出厂时的内压。北京市政路桥管理养护集团、中交公路长大桥建设国家研究中心对我公司及我司提供的泰勒阻尼器质量给予高评价肯定。目前国内阻尼器行业混乱，产品质量参差不齐，许多桥梁、建筑阻尼器出现较大规模的渗漏等质量问题。我公司主动邀请进行中长期检测，充分体现出泰勒阻尼器的质量信心，同时我公司董事长表示，将会继续对我司产品中长期进行测试，以高质量产品赢得市场。
