橋梁用粘滯阻尼器的技術(shù)檢驗馮亞成【摘要】論述粘滯阻尼器工作原理;介紹阻尼器的發(fā)展及粘滯阻尼器在國內(nèi)外橋梁上的應(yīng)用;提出阻尼器技術(shù)檢驗項目為夕卜觀檢驗、靜壓測試、慢速測試、本構(gòu)關(guān)系試驗、減振效率試驗、密封磨損試驗、沖程驗證試驗、缸底過載試驗和阻尼器轉(zhuǎn)動角度試驗.分析和闡述阻尼器的型式檢驗和出廠檢驗，為阻尼器的質(zhì)量控制及檢驗測試規(guī)范的建立提供參考.【期刊名稱】《中國鐵路》【年(勤期】2014(000)007【總頁數(shù)】3頁(P86-88)【關(guān)鍵詞】橋梁;粘滯阻尼器;檢驗【作者】馮亞成【作者單位】中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司橋梁隧道處，陜西西安,710043【正文語種】中文【中圖分類】U441阻尼器作為一種定量的消能、減振裝置在橋梁工程中應(yīng)用，當發(fā)生地震特別是罕遇的地震時，起保護橋梁作用。性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠的液體粘滯阻尼器可在地震中有效減小結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)，保障結(jié)構(gòu)安全，相反可能發(fā)生漏油等質(zhì)量事故，起不到設(shè)計要求的減振、隔振作用，還可能改變結(jié)構(gòu)剛度，引起橋梁的扭轉(zhuǎn)附加力等。因此，橋梁上的粘滯阻尼器質(zhì)量尤為重要。1粘滯阻尼器工作原理粘滯阻尼器外形類似車輛減振器的活塞筒，內(nèi)設(shè)硅油，在活塞的往復(fù)運動中液體起粘滯作用，耗散振動能量，對結(jié)構(gòu)起到消能、減振控制作用。這種內(nèi)置硅油的速度型阻尼器，性能相對穩(wěn)定可靠，在國外已經(jīng)發(fā)展成從規(guī)范、設(shè)計規(guī)程到分析計算程序、產(chǎn)品檢驗的完整體系。粘滯阻尼器構(gòu)造見圖1，其由活塞、油缸及節(jié)流孔等組成，是利用活塞前后壓力差使油流過節(jié)流孔而產(chǎn)生阻尼力的一種減振裝置。阻尼力與相對變形速度成比例時是線性的，阻尼力與速度不成比例時是非線性的。粘滯阻尼器能夠精確計算結(jié)構(gòu)效用，選擇時應(yīng)精確計算分析。目前，Maxwell模型是較為常用的計算模型，表達式為：F=CVa,式中：F為阻尼力；C為阻尼系數(shù)；V為阻尼器的速度；a為阻尼指數(shù)，其值范圍為0.1~2.0，從抗振角度看，常用值一般為0.2~1.0。圖1粘滯阻尼器構(gòu)造示意2阻尼器的發(fā)展及應(yīng)用2.1阻尼器的發(fā)展最初的阻尼器選用膠泥狀的硅膠“Putty”作為缸體內(nèi)的填充材料。這種阻尼器可作為一次性減振和沒有很高參數(shù)要求的緩沖器，在使用中存在一些問題：一是硅膠的性能受溫度變化影響大。受冷（-10°C）時，硅膠變成很硬的固體，喪失活動性，起不了粘滯作用；加熱（30C）時，硅膠變得很稀，流動性很大，粘滯性能喪失。二是導(dǎo)熱性差。局部受熱時，溫度上升得很快，而其他地方溫度變化不大。膠泥由橡膠粉和硅液組成，局部受熱使硅膠分解成原來的固體與液體，導(dǎo)致出現(xiàn)不均勻的物理特性。三是長期使用性能差。在最初使用的1~2個受力循環(huán)，硅膠作為填充材料的鎖定裝置，其工作狀態(tài)還好，經(jīng)過幾個循環(huán)后，出現(xiàn)發(fā)熱變質(zhì)和材料分離現(xiàn)象，其滯回曲線迅速變化，阻尼器處于失控狀態(tài)。最初使用硅膠材料生產(chǎn)的阻尼器運用一段時間后，由于冷熱環(huán)境固體與液體分離和密封設(shè)計不合理產(chǎn)生漏油；硅膠的溫度穩(wěn)定等性能極差，無法達到高精度要求。隨著硅油及密封材料的研究，膠泥采用無色透明的液體硅油。與硅膠相比，硅油在溫度穩(wěn)定性、材料均質(zhì)性及導(dǎo)熱、使用性能方面有很大程度提升。通過阻尼器內(nèi)部控制閥的精細設(shè)計達到預(yù)先設(shè)計的本構(gòu)關(guān)系。2.2粘滯阻尼器在國內(nèi)外橋梁上的應(yīng)用由于阻尼器的良好消能、減振作用而得到重視，從軍事應(yīng)用很快擴展到工程應(yīng)用，并快速發(fā)展。阻尼器在國內(nèi)外卜大跨度橋梁上的應(yīng)用見表1。表1阻尼器在國內(nèi)外大跨度橋梁上的應(yīng)用國阻尼器家橋梁橋梁類型最大阻尼力/kN最大沖程/mm江蘇江陰長江大橋1000±1000雙塔錨碇式懸索橋主跨385m舟山西喉門大橋1000±1100雙塔錨碇式懸索橋主跨650m中國重慶魚嘴長江大橋1500±550雙塔懸索橋主跨616m烏錫黃河鐵路特大橋2000±4507孔108m連續(xù)梁杭州江東大橋2000±300雙塔自錨式懸索橋主跨260m美國Richmond橋1000±965懸索橋Maysville橋1300±305斜拉橋3阻尼器檢測方法阻尼器檢測方法分為型式檢驗和出廠檢驗。新設(shè)計的阻尼器出力與現(xiàn)有并通過鑒定的阻尼器出力差別超過±20%，或設(shè)計速度更高時，需進行型式檢驗，其設(shè)計思路和材料與原設(shè)計相同時，以前的檢驗繼續(xù)有效。出廠檢驗是評定阻尼器出廠時是否具有型式檢驗確認的質(zhì)量，檢驗合格才能出廠。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及工程應(yīng)用實踐，阻尼器檢驗可選擇以下技術(shù)檢驗項目。（1）外觀檢驗。阻尼器必須經(jīng)過外觀檢測，確保符合所有工藝要求。裝配零部件標識和油漆表面必須整潔；機加工表面應(yīng)光滑無瑕疵；所有部件不允許有任何可見的結(jié)構(gòu)損害、損壞、變形或泄漏等。(2)靜壓測試。在設(shè)計最大阻尼力150%對應(yīng)的計算內(nèi)壓下持荷3min，檢測高壓邊緣時結(jié)構(gòu)的完整性。阻尼器在測試過程中進行加壓并密封，記錄最初和最終的壓力讀數(shù)。驗收要求：不允許有任何可見的結(jié)構(gòu)損害、損壞、變形或泄漏等，測試過程中壓力下降不超過5%。(3)慢速測試。在一個恒定的絕對速度v1<0.1mm/s的速度下，施加一個0Tdth—-dthT0的軸向位移往復(fù)循環(huán)，dth不得小于10mm，一般可取最高溫度下對應(yīng)的最大位移。試驗應(yīng)在(23±5)C下完成，連續(xù)的記錄軸向位移-時間和力-位移滯回曲線，并繪制成圖形。驗收要求：在位移往復(fù)循環(huán)中，阻尼器產(chǎn)生的力不得超過其設(shè)計最大阻尼力的10%。(4)本構(gòu)關(guān)系試驗。加載歷程：按設(shè)計最大速度分別施加1%、25%、50%、75%和100%，對每個速度施加3個軸向位移往復(fù)循環(huán)，從0T+dbdT-dbd—0(dbd為地震設(shè)計位移)。試驗應(yīng)在最高溫度和最低溫度之間重復(fù)進行，以評估周圍環(huán)境溫度對阻尼器產(chǎn)生的反力影響。驗收要求：阻尼力特征曲線上所有的試驗點均應(yīng)落在滿足本構(gòu)關(guān)系計算阻尼力的±15%。(5)減振效率試驗。加載歷程：加載5個d(t)=d0-sin(2n-f0-t)簡諧完整位移循環(huán)，頻率f0=0.05~2Hz，最大位移控制在阻尼器最大行程或最大速度范圍。驗收要求：由本構(gòu)關(guān)系確定的每個循環(huán)阻尼力應(yīng)在設(shè)計允許值內(nèi)，消能能力應(yīng)大于設(shè)計最小值。(6)密封磨損試驗。阻尼器在沖程dth下循環(huán)測試10000次。驗收要求：阻尼器循環(huán)測試完成后，按阻尼系數(shù)進行測試，應(yīng)能滿足各項要求。(7)沖程驗證試驗。對阻尼器施加滿沖程的循環(huán)。驗收要求：阻尼器至少能夠適應(yīng)設(shè)計沖程，公差在1mm內(nèi)。(8)缸底過載試驗。將阻尼器慢速推進阻尼器沖程位置(最大位移士dbd處)后，對阻尼器施加其設(shè)計最大阻尼力1.5倍的荷載。驗收要求：阻尼器不應(yīng)出現(xiàn)任何粘合、屈服、永久變形、泄漏或部件屈曲等。（9）阻尼器轉(zhuǎn)動角度試驗。將阻尼器與連接件預(yù)組裝，一端固定，一端連接錨固裝置，并與錨固裝置在阻尼器銷軸軸線與阻尼軸線構(gòu)成的平面內(nèi)從-e旋轉(zhuǎn)到0（0為阻尼器設(shè)計的容許旋轉(zhuǎn)角度）。驗收要求：阻尼器可靈活轉(zhuǎn)動。檢測對確保阻尼器的質(zhì)量性能至關(guān)重要，阻尼器的本構(gòu)關(guān)系試驗尤為重要，檢測時需嚴格按照試驗規(guī)程進行。寶雞一蘭州客運專線某大跨鐵路橋梁采用兩種類型阻尼器，最大出力分別為4000kN和1500kN，速度指數(shù)均為0.3，設(shè)計速度為1m/s。其型式技術(shù)檢驗包括外觀檢測*、靜壓試驗*、慢速測試、本構(gòu)關(guān)系試驗、阻尼系數(shù)試驗、密封磨損試驗*、沖程驗證試驗*、缸底過載試驗*和轉(zhuǎn)動角度試驗*;出廠技術(shù)檢驗包括外觀檢測*、靜壓試驗*、慢速測試*、本構(gòu)關(guān)系試驗*和阻尼系數(shù)試驗*（*表示在環(huán)境溫度下進行試驗）。型式檢驗隨機抽取兩種不同型號的阻尼器各一個，進行最大阻尼力和最大沖程試驗;出廠檢驗每個阻尼器均需進行最大阻尼力和最大沖程試驗。兩種不同型號的阻尼器隨機抽取各一個進行密封磨損試驗。招標時，建設(shè)方和業(yè)主應(yīng)根據(jù)阻尼器的檢測試驗項目評估生產(chǎn)廠商提供的檢測試驗方案及試驗設(shè)備能力。根據(jù)實際工程經(jīng)驗，當阻尼器出力大于4000kN且速度大于0.5m/s時，對檢測試驗設(shè)備要求很高。目前國內(nèi)試驗設(shè)備能力略顯不足，在選用阻尼器型號時應(yīng)重點考慮。4結(jié)束語阻尼器作為一種消能、減振裝置在國內(nèi)一些工程中得到廣泛應(yīng)用。目前，我國現(xiàn)行的相關(guān)設(shè)計、檢測規(guī)范沒有對阻尼器質(zhì)量控制明確說明和規(guī)定，阻尼器的質(zhì)量難以控制。結(jié)合國外相關(guān)規(guī)范及寶蘭客運專線某大跨度鐵路橋梁所用阻尼器實際提出的技術(shù)檢驗項目，分析和闡述阻尼器的型式檢驗和出廠檢驗，可為阻尼器的質(zhì)量控制及檢驗測試規(guī)范的建立提供參考。參考文獻【相關(guān)文獻】中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司.高烈度地震區(qū)抗震關(guān)鍵技術(shù)研究[R],2014.UNIEN15129Anti-seismicdevices[S].EuropeanCommi