产品中心

瑞博娱乐揭秘港珠澳大桥抗风振装置设计

瑞博娱乐揭秘港珠澳大桥抗风振装置设计

产品简介:也有阻尼器是真的悠悠球形状。台湾101大楼挂置着阻尼器,主体是一个600多吨重的大钢球。 港珠澳大桥如何有效抗击16级强风?答案也许与藏在桥箱里的一个神秘装置有关。2018年12月

咨询电话:0392-56777777

产品介绍

  也有阻尼器是真的“悠悠球”形状。台湾101大楼挂置着阻尼器,主体是一个600多吨重的大钢球。

  港珠澳大桥如何有效抗击16级强风?答案也许与藏在桥箱里的一个神秘装置有关。2018年12月21日,在琶洲国际会展中心举办的“无边界·科技生活”中国海归产业高峰论坛上,我国著名振动控制专家、港珠澳大桥抗风振装置的设计者—尹学军,向观众分享了桥梁抗风振调谐质量减振器(TMD)减振系统。该技术是港珠澳大桥得以成功抗击台风“山竹”侵袭的关键技术。

  101大楼是台湾的一个地标性建筑,那里悬挂着的一颗大钢球吸引了许多游客目光。这个金属球直径5 .5米,重达660吨,悬挂一个600多吨重的大钢球仅仅为了观赏?尹学军介绍,这个金属球就是一个阻尼器,当风来临时,大楼会产生强烈摆动,金属球可与大楼的摆动周期一致,但是方向相反。当大楼向右摆动时,金属球会向左摆动,从而能最大限度地抵消受风侵袭时大楼的摆幅及其摆动能量。

  这颗金属球便运用了TMD技术,它可以增加建筑的耗能能力。尹学军解释,TMD是调谐质量减振器(tuned massdamper)的英文缩写,也是港珠澳大桥抵御超强台风的核心装置,使用该技术,台风来的时候,共振会大大减小。据了解,尹学军团队为港珠澳大桥设计了悬挂式调谐质量减振器,由弹簧、阻尼器、质量块组成。虽然它高约3米、重达4吨以上,但非常灵敏,参数精确可调,而且免维护。

  港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥,也是世界上最长的钢铁大桥,瑞博娱乐设计使用寿命长达120年。而伶仃洋海域是台风活跃地,每年超过6级以上风速的时间接近200天。强风吹来时,在桥面附近形成漩涡,形成周期性向上向下的吸拉波动。当波动的频率和桥自身频率重合时,就会产生共振,桥便如同秋千般激荡起来,“像打秋千一样,风激起桥梁结构的振动,使整个桥激荡起来”。振幅就会越来越大,最后在一个振幅上维持平衡,风输入的能量与桥耗的能量在此刻也维持了平衡。如果振动控制措施不当,桥梁安全和疲劳寿命会受到影响。尹学军表示,“这个时候振幅一般比较大,不利于桥梁120年的超长寿命,甚至会影响桥梁的安全,所以需要增加桥梁的阻尼,”尹学军进一步补充道,“阻尼是指耗能的能力,港珠澳大桥有多跨连续钢箱梁,阻尼小,实测只有0.5%~0.7%。”

  阻尼要达到多少才能有效抗击16级强风?经过多次试验分析,专家们要求安装完TMD后,桥梁的阻尼比须达到1.0%以上。据悉,当92个调谐质量减振器最大质量在4吨时,桥梁阻尼比刚好满足1%。但尹学军认为这样的设计,缺乏足够的安全裕量。于是他决定将最大的减振器的质量,由4吨提高到4.8吨,阻尼也从1%增加到了平均1.4%。

  抗风振TMD减振系统如何运行?尹学军介绍,港珠澳大桥的TMD高3米左右,只需要把TMD的弹簧挂在钢箱梁里面的框架上,“减振技术中,唯有TMD不需要支点,一挂就行”。悬挂质量块时弹簧就吊起质量块,TMD的频率与钢箱梁频率非常接近。当风吹来时,引发桥体振动,这时候挂着的质量块会自动反相位振动,“桥往上它往下,桥往下它往上,弹簧进而不断拉长、压缩”。和弹簧并连的阻尼器是耗能器,在这个过程中消耗掉能量并转化成热量,实际上风能也随之转化成为热量。所以“山竹”台风来临时桥体振动很小,桥的安全得到保障。

  “阻尼器更像平衡摆,像悠悠球,通过反相位振动,能量能相互消化掉,阻尼器取自于风的能量又可以消掉风的能量。”尹学军解释道。桥梁虽然有天然的抗风能力,但不能保证不发生共振,振幅可能偏大,风大了甚至需要关桥,影响运行。尹学军表示,有了减振器,桥的振幅可以满足全天候通行。台风来的时候港珠澳大桥的振幅,不会造成桥梁的疲劳损坏,疲劳、寿命等问题正是靠这项技术来保证的。

  据了解,港珠澳大桥主体工程分为桥梁工程和岛隧工程,桥梁工程长22.9公里。其中7.5公里的桥箱内,安装了尹学军团队设计的92个调谐质量减振器。能为这样一项超级工程定制抗风振装置并非易事。在生产安装上,调谐质量减振器有35万个零件。这些独立的零件需要被运到钢箱梁内部,然后再组装在一起。但钢箱梁拼接完成后约3米高的TMD无法放进桥箱内部,“因此需要提前把零件放进钢箱梁,一段一段的,等钢箱梁运到海上拼接在一起后,我们钻到桥洞里再把阻尼器组装起来”。

  平日里的风较小,难以吹动桥体,调试过程中,如何使桥振动起来?团队人员通过查阅文献,最终决定将卡车开过去,“时速30公里,桥根本不动,后来让车慢慢慢慢……最后慢下来振起来,上减速带,开过减速带,轮子开过减速带的时间和TMD振荡的时间是吻合的,形成共振,成功创造出风振测试环境”,尹学军回忆,风5级的时候,能通过精密仪器捕捉到振动信号,进而可以开始调试,后来又用5级以上的风来进行测试。

  据了解,为测试调谐质量减振器抗疲劳强度,尹学军团队在工厂里做了300万次疲劳试验,“TMD120年可能也遇不上这么大的振幅、这么多次数”,从疲劳试验、首套验收到最终现场调试,最后实测阻尼比超过了设计阻尼比,“最让我放心的还是经过了山竹的实战检验,山竹的风速是我们设计时所能达到的最大风速,16级55米每秒风速,在开通之前台风来临,这是一场实战检验的机会。”

  1940年秋,一场八级大风袭击美国华盛顿州,塔科马大桥在强风作用下发生振动。随着振幅不断增大,整个桥梁处于强力颠簸状态,最后结构垮塌,大桥被摧毁,多辆汽车也随之坠入海峡,此次桥梁事故震惊世界,也拉开了桥梁抗风研究的序幕。

  以前如果地铁从地下开过,附近的居民会听到地铁明显的嗡嗡声,“后来我们采用道床隔振技术解决了,如果地铁在高架上过,把钢轨放在混凝土板和弹簧上,这样板就有弹性,轮轨行驶的时候振动就会衰减90%以上,居民便不会察觉到地铁的运行。”除此之外,尹学军团队针对轮轨噪声研发的原创阻尼技术也处于世界领先水平,幼儿园、学校、医院、古建筑钟楼、科研院所等地铁沿线的建筑是重点保护对象。

  20年前我国振动控制技术高端领域基本空白,无法满足我国大型设备、大型工程的振动控制需求,制约多个行业发展,“当时是小型橡胶隔振器,没有预测技术等”,尹学军介绍。据悉,20年来,振动控制技术在工业领域、轨道交通领域和建筑桥梁领域得到推广运用,尹学军团队总共完成了9000多项工程,24个城市的地铁已经运营,运行里程达260公里,包括四五条广州地铁线。

  上海交响乐团音乐厅的减振技术,也被艺术家们称为科学为艺术服务的典范。尹学军表示,该音乐厅与地铁相距仅7米,成功运用了建筑物的整体隔振技术,有效隔离了地铁运行及道路交通对音乐厅内产生的振动噪声影响。尹学军团队的研究成果也广泛应用于航空航天、各类电站(核电、火电、水电和风电等)、高端装备制造等领域数千台套大型装备,填补了振动控制应用领域的空白。


上一篇:瑞博娱乐日产骊威上身TEINSAZ减震器 秒变​柯基小

下一篇:阜阳长度校准检测实验室专业机构故障诊断技术