3.4　天兴洲MR与黏滞阻尼器混合控制

对于一些跨度较小的桥梁宜选择介于黏滞阻尼器和锁定装置之间的一种设备，这种装置的阻尼系数较大，耗能能力强，对速度十分敏感，对刹车荷载和地震荷载均有较为明显的控制效果。这种装置在台湾高速铁路项目中得到应用。该项目从设计上要求装置能同时考虑控制高频率的刹车和部分地震耗能的双重目的，其关键是要选择一个合适的控制点和渗出时间。对于跨度较大的斜拉桥和悬索桥，建议尝试锁定装置和黏滞阻尼器的联合控制方法，将列车运行荷载和地震荷载分开控制，这种利用两套并联装置控制两种振动的思路已在国内刚投入使用的天兴洲公铁两用大桥中使用——将控制刹车的磁流变阻尼器和控制地震的阻尼器简单并联使用。此外，研究人员提出了一种特殊的带熔断锁定装置，其对控制车辆运行荷载有更好的振控效果，根据锁定装置两端的相对速度大小启动，将其连接两端相对位移锁定，改变桥梁的传力路径。而在强烈地震工况下，它可以自动将其保险丝脱落，使锁定装置退出工作，以免破坏。与此同时，黏滞阻尼器正式启动进行耗能工作。地震过后，锁定装置只需简单更换保险丝，就可使桥梁继续使用，震后更换构件所需造价低。对于一些大中型桥梁，均可以根据计算分析结果，结合经济造价和控制效果综合判断。

图3-9　加设自由微动黏滞阻尼器装置示意图及测试曲线

武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥是一座公铁两用大跨度斜拉桥，主跨504m，是目前世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥。由于主梁纵向较大的振动位移和桥塔根部较大的纵向弯矩，天兴洲大桥在桥塔和主梁之间沿纵向设置液体黏滞阻尼器，其对抑制主梁和桥塔的纵向地震响应是有效的，但由于列车制动引起的主梁纵向振动速度较小，采用液体黏滞阻尼器对抑制主梁和桥塔的纵向列车制动响应效果较差。为有效抑制主梁纵向列车制动响应，天兴洲大桥采用了MR阻尼器+液体黏滞阻尼器混合控制方案来抑制天兴洲大桥主桥纵向地震、列车制动及行车移动荷载作用下的振动响应。当地震发生时，大桥主梁纵向振动响应主要由液体黏滞阻尼器进行抑制，当列车制动时，则主要有MR阻尼器进行抑制。

MR阻尼器即基于磁流变液（Magnetorheological Fluid，MRF）制造的智能磁流变（MR）阻尼器，磁流变液是一种新型智能材料，在无磁场作用下其表现为流动良好的液体状态，而在外加磁场作用下其表观黏度可在毫秒级时间内增加两个数量级以上，呈现类似固体的力学性质。MR阻尼器具有能耗小、出力大、结构简单、易于控制等优点，被认为是振动控制领域新一代理想高性能耗能减震装置。

天兴洲大桥阻尼器布置如图3-10所示，在每个桥梁和主梁连接处设置12个阻尼器，其中6个MR阻尼器和6个液体黏滞阻尼器，两个桥塔共设置24个阻尼器；每个液体黏滞阻尼器最大阻尼力为2000kN，每个MR阻尼器的名义最大阻尼力为400kN。MR阻尼器或液体黏滞阻尼器设置在主梁与桥塔下横梁之间，一端与桥塔相连，另一端与主梁相连，并沿纵向布置。

图3-10　天兴洲大桥混合控制阻尼器布置示意

经分析，天兴洲大桥因列车制动和行车移动荷载所引起的主梁纵向最大振动位移响应由控制前的149.2mm下降到控制后的28.7mm，控制效果明显优于液体黏滞阻尼器的控制效果，且保证了天兴洲大桥正常运行和安全。