新型复合粘滞-钢阻尼系统(CVSDS)在大跨度桥梁多级抗震控制中的理论与应用研究

本文提出了一种创新性的复合粘滞-钢阻尼系统(CVSDS)，通过串联粘滞阻尼器(VFD)和钢屈服阻尼器(SYD)结合熔断锁定装置(FLD)，实现了大跨度悬索桥纵向多级地震响应的智能控制。研究建立了双阶段非线性力学模型，推导了等效阻尼比简化算法，并通过振动台试验验证了该系统在37.9%-60.2%位移抑制率下的优异性能，为长跨桥梁抗震设计提供了新思路。

　　

Highlight

CVSDS的配置与运行机制

图1展示了CVSDS的精密构造，该系统由轴向杆式粘滞阻尼器(VFD)、矩形截面榫头式钢屈服阻尼器(SYD)以及被动触发式熔断锁定装置(FLD)组成。初始状态下，沟槽(2b)与凸起(2c)处于分离状态。当遭遇强荷载时，FLD通过活塞杆(1b)-SYD连接到缸体(1a)-SYD连接的转换，实现熔断与锁定的集成机制，确保VFD脱离而SYD激活——就像生物体的"应激反应开关"被触发。

简化单自由度系统

单自由度(SDOF)系统因其简洁可靠的特点，成为评估大跨度桥梁阻尼装置动态性能的"黄金标准"。如图10所示，振动台试验采用包含配重箱、悬吊缆索、纵向弹簧组和侧向位移限制板的SDOF系统。这个精巧的"机械仿生系统"通过调整弹簧刚度和质量块参数，精准模拟桥梁的纵向漂浮特性。

试验中的间隙效应

值得注意的是，当阻尼力方向改变时，其时间历程曲线会出现平台状停顿现象（图16红色虚线框标注）。这种"机械迟滞"现象源于加工误差或装配需求导致的组件间隙，就像神经元突触间的信号传递存在延迟。研究通过数值模型成功量化了该效应，最大偏差控制在15%以内。

结论

本研究通过理论建模与振动台试验，证实CVSDS能像"智能减震器"般根据地震强度自动切换工作模式：在低强度地震时发挥VFD的粘滞耗能优势，高强度时激活SYD的塑性变形能力。特别是锁定力的可调设计，使系统具备"量体裁衣"般的工况适应能力，为长跨桥梁抗震提供了创新解决方案。