ICS 93.040 P 28 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 35322019 斜拉桥斜置阻尼器设计指南 Design Guide for Sideling Damper of Cable-stayed Bridge 文稿版次选择 2019-12-25发布 2020-01-25实施安徽省市场监督管理局 发布 DB34/T 35322019 I 前 言 本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。本标准提出单位：安徽省交通控股集团有限公司。本标准归口单位：安徽省交通运输厅。本标准起草单位：安徽省交通控股集团有限公司、同济大学、安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司、桥梁结构健康与安全国家重点实验室、中铁大桥科学研究院有限公司。本标准主要起草人：胡可、马祖桥、曹光伦、刁凯、石雪飞、汪正兴、杨晓光、刘志权、王胜斌、窦巍、王波、李东超、袁助、程磊科、李鸿博、马长飞、陈维平、赵金磊、杨大海、曹新垒、吴红波、许垒、丁亮、王欢、王杰钊。DB34/T 35322019 1 斜拉桥斜置阻尼器设计指南 1 范围 本标准规定了斜拉桥斜置阻尼器的术语和定义、符号、基本规定、材料与构造、设计计算、制造安装、使用与维护等要求。本标准适用于公路斜拉桥斜置阻尼器的设计，其他工程结构的斜置阻尼器设计可参照执行。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 197 普通螺纹 公差 GB/T 699 优质碳素结构钢 GB/T 1220 不锈钢棒 GB/T 1591 低合金高强度结构钢 GB/T 3077 合金结构钢 GB/T 11379 金属覆盖层 工程用铬电镀层 GB/T 12332 金属覆盖层 工程用镍电镀层 JB/T 8565 关节轴承 额定动载荷与寿命 JT/T 722 公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件 JT/T 926 桥梁用黏滞流体阻尼器 JTG/T 3360-01 公路桥梁抗风设计规范 JTG 3362 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG B02 公路工程抗震规范 JTG/T B02-01 公路桥梁抗震设计细则 JTG D60 公路桥涵设计通用规范 JTG D64 公路钢结构桥梁设计规范 JTG/T D65-01 公路斜拉桥设计细则 JTG/T F50 公路桥涵施工技术规范 JTG H11 公路桥涵养护规范 HG/T 2366 二甲基硅油 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。3.1 斜置阻尼器 sideling damper DB34/T 35322019 2 安装时轴线与斜拉桥主梁纵轴线之间存在一定角度（一般不大于45）的塔梁间阻尼器（以下简称“阻尼器”）。3.2 梁端连接组件 beam end connection assembly 阻尼器与斜拉桥主梁连接的组件。3.3 塔端连接组件 tower end connection assembly 阻尼器与斜拉桥索塔连接的组件。3.4 万向铰 universal hinge 阻尼器塔端连接组件中，同时具备水平向转动和竖向转动功能的铰。3.5 关节轴承 spherical plain bearing 阻尼器塔端连接组件中，适用于摆动运动、倾斜运动的滑动轴承。3.6 设计行程 design stroke 单个阻尼器处于初始长度时，允许产生的最大轴向伸长量或缩短量。3.7 铰距 hinge spacing 阻尼器梁端与塔端转动轴中心点之间的距离。3.8 阻尼力 damping force 活塞在密闭缸体内运动时，单个阻尼器产生的轴向输出力。3.9 设计最大阻尼力 design maximum damping force 单个阻尼器在最大运动速度下产生的轴向输出力。3.10 运动速度 movement velocity 单个阻尼器活塞与密闭缸体的相对运动速率。DB34/T 35322019 3 3.11 速度指数 velocity exponent 阻尼器阻尼力与运动速度关系的幂指数参数。3.12 阻尼系数 damping coefficient 阻尼器在以单位速度运动时所产生的阻尼力之值。3.13 本构关系 constitutive relation 阻尼器的阻尼力与运动速度之间的关系。4 符号 下列符号适用于本文件。A 加载振幅（mm）；C 阻尼系数（kN/(m/s)）；Cl 阻尼系数在斜拉桥纵桥向的等效值（kN/(m/s)）；Ct 阻尼系数在斜拉桥横桥向的等效值（kN/(m/s)）；F 阻尼力（kN）；Fl 阻尼力在斜拉桥纵桥向的分量（kN）；Ft 阻尼力在斜拉桥横桥向的分量（kN）；Fa 实际阻尼力（kN）；Fth 理论阻尼力（kN）；Lmin 斜置阻尼器发生位移时，阻尼器的最短铰距（mm）；Pmax 设计最大压强（Pa）；f 加载频率（Hz）；fd 设计工作频率（Hz）；t 加载时间（s）；u 加载位移（mm）；v 运动速度（m/s）；vl 斜拉桥索塔与主梁的纵桥向相对运动速度（m/s）；vt 斜拉桥索塔与主梁的横桥向相对运动速度（m/s）；vmax 设计最大运动速度（m/s）；速度指数；斜置阻尼器轴线与斜拉桥主梁纵轴线的夹角（）；s 万向铰的最大应力值（MPa）；sd 万向铰的强度设计值（MPa）；h 斜拉桥主梁与斜置阻尼器活塞杆耳环连接处的竖向最大相对位移（mm）；s 实际产生的最大伸长量或最大缩短量（mm）；sd 允许产生的最大伸长量或最大缩短量（mm）；DB34/T 35322019 4 h 万向铰处的水平向最不利转角（）；hd 万向铰处的水平向设计转角（）；vd 万向铰处的竖向设计转角（）。5 基本规定 5.1 本文件仅包含斜拉桥斜置阻尼器的专项设计，设计除应符合本文件的有关规定外，尚应符合 JTG/T B02-01、JTG D60、JTG/T 3360-01、JTG 3362、JTG D64、JTG/T D65-01 及JT/T 926 的有关规定。5.2 阻尼器宜用于漂浮体系或半漂浮体系斜拉桥，设计应与斜拉桥的主梁、索塔结构设计相匹配。5.3 阻尼器应具有在斜拉桥的横桥向、纵桥向运动阻尼约束的功能，并满足多向转动的需求。5.4 斜置阻尼器的设计应对地震、脉动风、车辆制动力等主要动力激励均有良好的阻尼作用。阻尼器总体上应对称布置，其轴线与斜拉桥主梁纵轴线的夹角 应主要由抗震减振性能需求计算确定，且不宜大于45，见图 1。图1 斜置阻尼器平面布置示意 6 材料与构造 6.1 一般规定 6.1.1 阻尼器采用的钢材应为锻钢或轧钢，不应采用铸钢。6.1.2 阻尼器采用的优质碳素结构钢、低合金高强度结构钢、合金结构钢、不锈钢等原材料应分别符合 GB/T 699、GB/T 1591、GB/T 3077、GB/T 1220的有关规定。6.1.3 斜置阻尼器由梁端连接组件、活塞、活塞杆及防尘罩、阻尼介质、密闭缸体及塔端连接组件等组成，见图 2。DB34/T 35322019 5 图中：1梁端连接组件；2活塞杆及防尘罩；3密闭缸体；4塔端连接组件。图2 斜置阻尼器构造示意 6.1.4 阻尼器应采用防尘罩对活塞杆进行保护。6.1.5 活塞杆表面镀硬铬、镀镍或铬镍共镀，基底材料为合金钢时，镀层总厚度不宜低于 70 m；基底材料为不锈钢时，镀层总厚度可低至 40 m。硬铬层的技术要求应符合 GB/T 11379 的规定，镍层的技术要求应符合 GB/T 12332 的规定。6.1.6 斜置阻尼器成品外露表面除活塞杆外均应进行防腐涂装。涂层应符合 JT/T 722 中涂层配套体系编号为“S05”的要求。6.2 梁端连接组件 6.2.1 斜置阻尼器的梁端连接组件包括梁端耳板、活塞杆耳环、销轴。梁端耳板与活塞杆耳环以销轴进行连接，见图 3。各构件应满足受力要求，主梁连接处应进行局部加强。图中：1梁端耳板；DB34/T 35322019 6 2活塞杆耳环；3销轴。图3 斜置阻尼器梁端连接组件构造示意 6.2.2 阻尼器的梁端耳板、活塞杆耳环及销轴应采用力学性能不低于45号钢的优质碳素结构钢或Q355的低合金高强度结构钢。6.3 活塞与活塞杆 6.3.1 活塞与活塞杆之间应采用螺纹连接，螺纹连接副螺纹精度不应低于GB/T 197中7H/6g级的规定。6.3.2 斜置阻尼器的活塞杆耳环宜水平放置。6.3.3 阻尼器的活塞应采用力学性能不低于 40Cr 的合金结构钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 3077 的有关规定。6.3.4 阻尼器的活塞杆应采用力学性能不低于 40Cr 的合金结构钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 3077 的有关规定；或采用力学性能不低于 14Cr17Ni2 的不锈钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 1220的有关规定。6.4 阻尼介质 6.4.1 阻尼器的阻尼介质宜选用无毒、不易燃、具有良好化学惰性的二甲基硅油。6.4.2 二甲基硅油应无色透明，无可见机械杂质，理化性能应符合 HG/T 2366 中“一等品”的有关规定。6.5 密闭缸体 6.5.1 阻尼器的密闭缸体由缸筒与端盖组成，密闭缸体应具有良好、可靠的密封性能，并具有良好的耐压性能。6.5.2 缸筒应采用力学性能不低于 40Cr 的合金结构钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 3077 的有关规定。6.5.3 端盖应采用力学性能不低于 45 号钢的优质碳素结构钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 699的有关规定；或采用力学性能不低于 Q355 的低合金高强度结构钢，其化学成分、力学性能应符合 GB/T 1591 的有关规定。6.5.4 阻尼器应进行耐压性能试验，试验应按照 JT/T 926 的规定进行，密闭缸体在 1.5倍设计最大压强 Pmax下持荷 120 min，不应出现泄露、部件损坏等现象。6.6 塔端连接组件 6.6.1 斜置阻尼器的塔端连接组件包括万向铰、关节轴承和连接底座，见图 4。图中：DB34/T 35322019 7 1万向铰；2关节轴承；3连接底座。图4 斜置阻尼器塔端连接组件构造示意 6.6.2 阻尼器万向铰宜设置在密闭缸体的中间位置。6.6.3 阻尼器关节轴承的内、外表面宜喷涂二硫化钼润滑剂，关节轴承的额定动载荷与寿命应符合JB/T 8565 的有关规定。6.6.4 连接底座宜采用力学性能不低于 Q355 的低合金高强度结构钢，其化学成分、力学性能应符合GB/T 1591 的有关规定，并应满足受力要求。7 设计计算 7.1 一般规定 7.1.1 斜置阻尼器应进行阻尼力、转角、行程和连接组件的设计计算。设计计算除应符合本文件的有关规定外，尚应符合现行 JTG B02、JTG/T B02-01、JTG D60、JTG/T 3360-01 及JTG/T D65-01 的有关规定。7.1.2 阻尼器设计计算的作用与作用效应组合应符合下列规定：a)作用包括可变作用和地震作用，可变作用包括汽车荷载、汽车制动力、风荷载、温度作用等；b)作用效应组合应按照 JTG D60 的规定执行；c)参数设计应考虑可能出现的最不利效应组合。7.1.3 阻尼器设计时，宜主要基于地震作用，综合考虑纵、横向斜拉桥梁端位移、塔顶位移、索塔剪力和弯矩等随相应阻尼参数变化的情况，通过动力优化分析，确定纵、横向理想的阻尼参数，并求得斜置阻尼器设计的轴向阻尼系数 C 与速度指数。7.2 阻尼力 7.2.1 阻尼器轴向的阻尼力应满足公式（1）的要求：F Cv.(1)式中：F 阻尼力（kN）；C 阻尼系数（kN/(m/s)）；v 运动速度（m/s）；速度指数，一般情况下，0.2 1.0。7.2.2 阻尼器的设计最大阻尼力应按公式（2）计算：max maxF=C v.(2)式中：Fmax 设计最大阻尼力（kN）；vmax 设计最大运动速度（m/s）。7.2.3 斜置阻尼器横桥向阻尼力应按公式（3）、公式（4）计算，见图 5：DB34/T 35322019 8 tt tFC v.(3)1tsin CC.(4)式中：Ft 阻尼力在斜拉桥横桥向的分量（kN）；Ct 阻尼系数在斜拉桥横桥向的等效值（kN/(m/s)）；vt 斜拉桥索塔与主梁的横桥向相对运动速度（m/s）；斜置阻尼器轴线与斜拉桥主梁纵轴线的夹角（）。横桥向纵桥 向vvtFtF 图5 斜置阻尼器横桥向阻尼力计算示意 7.2.4 斜置阻尼器纵桥向阻尼力应按公式（5）、公式（6）计算，见图 6：ll lFC v.(5)1lcos CC.(6)式中：Fl 阻尼力在斜拉桥纵桥向的分量（kN）；Cl 阻尼系数在斜拉桥纵桥向的等效值（kN/(m/s)）；vl 斜拉桥索塔与主梁的纵桥向相对运动速度（m/s）。横桥向纵桥向vFvlFl 图6 斜置阻尼器纵桥向阻尼力计算示意 DB34/T 35322019 9 7.2.5 阻尼器在设计最大运动速度 vmax的 0.1 倍、0.25倍、0.75 倍和 1.0 倍范围内，实际阻尼力应符合公式（7）的规定：at h t h0.15 FF F.(7)式中：Fa 实际阻尼力（kN）；Fth 理论阻尼力（kN）。7.2.6 阻尼器不应约束温度作用导致的结构变形，在运动速度 v低于 110-4m/s 慢速运动过程中的实际阻尼力应符合公式（8）的规定：am a x0.10 F F.(8)7.2.7 阻尼器在-25和 50时的实际阻尼力 Fa，相对于 20时的实际阻尼力 Fa的偏差不应超过15。7.2.8 阻尼器相关性能试验应按照 JT/T 926 的有关规定进行。7.3 转角 7.3.1 斜置阻尼器的水平向转角设计应同时满足横桥向与纵桥向的转动要求。7.3.2 万向铰处的水平向设计转角应符合公式（9）的规定：hh d.(9)式中：h万向铰处的水平向最不利转角（），应按照本文件第7.1.2条规定的作用与作用效应组合计算确定；hd万向铰处的水平向设计转角（）。7.3.3 万向铰处竖向设计转角应符合公式（10）的规定：vdminarctanhL.(10)式中：vd 万向铰处的竖向设计转角（）；h 斜拉桥主梁与斜置阻尼器活塞杆耳环连接处的竖向最大相对位移（mm），应按照本文件第7.1.2 条规定的作用与作用效应组合计算确定；Lmin 斜置阻尼器发生位移时，阻尼器的最短铰距（mm），应按照本文件第 7.1.2 条规定的作用与作用效应组合计算确定。7.4 行程 7.4.1 斜置阻尼器的设计行程应满足横桥向与纵桥向的结构运动要求，并满足结构抗震、减振的要求。7.4.2 斜置阻尼器的设计行程应符合公式（11）的规定：dss.(11)式中：DB34/T 35322019 10 s实际产生的最大伸长量或最大缩短量（mm），应按照本文件第7.1.2条规定的作用与作用效应组合计算确定；sd允许产生的最大伸长量或最大缩短量（mm）。7.4.3 设置斜置阻尼器的斜拉桥宜对索塔与主梁间纵、横向单独进行限位设计。7.4.4 设置多个斜置阻尼器时，应考虑斜置阻尼器的协同工作性能。纵向运动时，阻尼器的位移量应能够协同接近。7.4.5 斜置阻尼器应进行协同工作性能检验试验或多自由度检验试验，协同工作性能检验试验应按照本文件附录 A 的规定进行。7.5 连接组件 7.5.1 斜置阻尼器万向铰的强度应符合公式（12）的规定：ss d.(12)式中：s万向铰的最大应力值（MPa），应按照本文件第7.1.2条规定的作用与作用效应组合计算确定；sd万向铰的强度设计值（MPa）。7.5.2 斜置阻尼器关节轴承的摩阻系数宜小于 0.10。7.5.3 斜置阻尼器关节轴承润滑寿命应不低于阻尼器的使用寿命，初始润滑寿命应按公式（13）计算，式中各参数的取值应按照 JB/T 8565 的有关规定执行。MdKtPvzsK CLvP.(13)式中：L 关节轴承初始润滑寿命（摆次）；K载荷特性寿命系数；t温度寿命系数；P载荷寿命系数；v滑动速度寿命系数；z润滑寿命系数；KM 与摩擦副材料有关的系数；Cd 关节轴承额定动载荷（N）；vs 关节轴承滑动速度（mm/s）；P 关节轴承当量动载荷（N）。8 制造安装、使用与维护 8.1 制造与安装 8.1.1 斜置阻尼器的制造应符合本文件及设计要求，并应符合 JT/T 926 中的有关规定。8.1.2 斜置阻尼器的安装应符合下列规定：a)每个斜置阻尼器均应具有合格证明文件，并进行现场验收，验收合格后方可安装；DB34/T 35322019 11 b)斜置阻尼器安装前，应根据安装时温度与设计温度的差别、索塔与主梁实测偏位情况，计算预偏量，调整活塞杆、活塞杆耳环的位置等。8.1.3 安装施工应按照 JTG/T F50 的规定执行，并应符合表 1 对安装质量的规定：表1 斜置阻尼器安装质量要求 项次 项目 允许偏差 1 阻尼器安装纵、横桥向偏位（mm）5 2 阻尼器安装高程偏差（mm）5 3 阻尼器轴线与斜拉桥主梁纵轴线的夹角偏差（）0.5 4 阻尼器底座安装四角高差（mm）2 5 栓接 高强螺栓扭矩 10 焊缝 焊缝尺寸 符合设计要求 焊缝等级 8.2 使用与维护 8.2.1 斜置阻尼器的工作环境温度不宜低于-25，不宜高于 50，避免阳光直射。8.2.2 阻尼器使用中，应按照 JTG H11 的有关规定对阻尼器的外观、防腐与工作状态进行定期检查等，如出现外观破损、阻尼介质泄露、防腐措施失效等情况时，应及时进行维修或更换。8.2.3 斜置阻尼器的工作状态宜纳入桥梁健康监测，对阻尼器的位移、油缸压强和工作温度等参数进行实时监测。DB34/T 35322019 12 A A 附 录 A（资料性附录）斜置阻尼器协同工作性能检验试验方法 A.1 斜置阻尼器协同工作性能检验试验宜采用本体进行。A.2 试验环境 A.2.1 试验应在室内进行。A.2.2 试验应在(235)的环境温度下进行。A.3 试验过程 A.3.1 斜置阻尼器协同工作性能检验试验应至少采用 2 个阻尼器进行试验。A.3.2 试验开始前，应根据实际设计情况，按照图A.1 所示方式安装斜置阻尼器与作动器。图中：1斜置阻尼器 2限位滑槽 3分配梁 4作动器 图A.1 斜置阻尼器协同工作性能检验试验示意 A.3.3 试验加载频率 f 应为设计工作频率 fd，加载振幅 A 应按公式（A.1）计算：2 vAf.(A.1)式中：DB34/T 35322019 13 A 加载振幅（mm）；f 加载频率（Hz）。A.3.4 试验应采用正弦波加载方式，见图A.2。加载位移 u 应按公式（A.2）计算：sin(2)uA f t.(A.2)式中：u 加载位移（mm）；t 加载时间（s）。ut 1/fA-A 图A.2 斜置阻尼器协同工作性能检验试验正弦波波形 A.3.5 试验应分别使试件在运动速度 v 低于 110-4 m/s 的慢速运动和运动速度 v 为 0.1 vmax 的条件下进行 3 个循环加载。A.3.6 试验过程中，应对试件温度进行监测，超过指定温度时应暂停试验。A.4 试验数据记录与处理 A.4.1 实际阻尼力 Fa 取值以第二个滞回圈上的数据为准，拉伸、压缩两个方向分别取值，均应满足要求。A.4.2 各试件的阻尼力时程曲线、位移时程曲线和阻尼力位移滞回曲线数据应全程连续记录。A.4.3 各试件的阻尼力位移滞回曲线应光滑、无异常。_