DB45T-大跨桥梁拉索减振设计规范编制说明

广西交通运输行业标准《大跨桥梁拉索减振设计规范》编制说明任务来源、起草单位、主要起草人（一）任务来源根据《广西壮族自治区交通运输厅关于下达2023年度广西交通运输标准化项目计划的通知》（桂交科教发〔2023〕208号），《大跨桥梁拉索减振设计规范》列入2023年广西交通运输标准化项目计划，项目编号为：2023-34。根据《广西壮族自治区市场监管局关于下达2023年广西地方标准制修订项目计划的通知》（桂市监函〔2023〕2257号），由广西壮族自治区交通运输厅提出，广西交通设计集团有限公司、同济大学、广西新发展交通集团有限公司、柳州欧维姆机械股份有限公司共同起草的《大跨桥梁拉索减振设计规范》被批准立项为广西地方标准，项目编号为：2023-1502。（二）起草单位和主要起草人广西交通运输行业标准《大跨桥梁拉索减振设计规范》项目任务下达后，广西交通设计集团有限公司成立了标准编制工作组，制定了标准编写方案，明确任务职责，确定工作技术路线，开展标准研制工作，具体标准编制工作由同济大学、广西新发展交通集团有限公司、柳州欧维姆机械股份有限公司相关人员配合。主编单位：广西交通设计集团有限公司。参编单位：同济大学、广西新发展交通集团有限公司、柳州欧维姆机械股份有限公司。本标准编制人员组成：孙利民、黄德耕（项目负责人）、韦勇克、陈林、何志芬、邹易清、黄洪葳、商从晋、夏烨、廖宸锋、周勇狄、赵林、刘梦麟、覃磊、陈鑫、欧鸥、狄方殿、陈渊钊、黎栋家、王红伟、黄永玖、黄志权、陈啟婵、罗富元、刘展行本标准编制分工：1）广西交通设计集团有限公司：标准主编单位，全面负责标准立项、编写、修改和评审，以及协调各单位的分工，协调经费的分配和使用，为标准编制工作提供经费和编写人员等条件和机制保障；标准编制工作的组织和管理；组织起草单位对标准各阶段材料进行内部技术审核；承担：第1章范围、第2章规范性引用文件、第3章术语和定义、第4章总则、第5章索的动力特性、第6章减振目标、第8章索阻尼器检测技术要求的编写工作，并对所编写标准章节的编写质量和进度负责；保证标准总体的质量和进度；标准发布后的日常解释和实施意见反馈收集。2）同济大学：标准参编单位，负责编写标准的主要技术内容，配合标准的立项、修改和评审等工作，为标准编制工作提供参编人员等条件和机制保障；配合主编单位落实完成各阶段工作，并派出参编人员参加各阶段评审会议；承担：第5章索的动力特性、第6章减振目标、第7章减振设计、第8章索阻尼器检测技术要求、附录的编写工作，并对所编写标准章节的编写质量和进度负责。3）广西新发展交通集团有限公司：标准参编单位，负责调研拉吊索振动、阻尼以及索阻尼器等关键数据资料，参与配合标准编写、修改和评审工作，为标准编制工作提供经费和参编人员等条件和机制保障；配合主编单位落实完成各阶段工作，并派出参编人员参加各阶段评审会议；承担：第6章减振目标、附录的编写工作，并对所编写标准章节的编写质量和进度负责。4）柳州欧维姆机械股份有限公司：标准参编单位，负责国内外拉吊索减振设计技术资料调研工作和必要的试验工作，参与配合标准编写、修改和评审工作，为标准编制工作提供经费和参编人员等条件和机制保障；配合主编单位落实完成各阶段工作，并派出参编人员参加各阶段评审会议；承担：第7章减振设计、第8章索阻尼器检测技术要求的编写工作，并对所编写标准章节的编写质量和进度负责。主要起草人及参与编制标准分工情况如下：姓名职称工作单位参与编制标准分工情况黄德耕教授级高工广西交通设计集团有限公司项目负责人，负责全面协调和管理整个标准编写和评审等的各个阶段和环节，主持项目组会议，进行项目进度管理和风险控制等。孙利民教授同济大学技术负责人：负责制定技术方案，指导技术实施，协调技术交流和保证技术质量。对编写小组内部各阶段材料进行审核及统稿，负责标准编制各阶段总体汇报工作。韦勇克教授级高工广西新发展交通集团有限公司负责统筹协调标准编写工作，制定标准编写计划和进度，监督标准编写质量。陈林副教授同济大学负责拟定标准主要内容和结构，确定标准编写的框架，协调编写小组的工作，起草标准的主要部分，并组织其他成员的审稿和修改工作。何志芬教授级高工广西交通设计集团有限公司提供针对具体技术领域的建议和意见，并进行相应的技术指导和讨论，参与标准编写材料的审核邹易清教授级高工柳州欧维姆机械股份有限公司负责对相关领域进行调研和分析，为标准制定提供技术支持和理论基础。黄洪葳副研究员同济大学完成标准的编写工作，主要对标准的第7章内容进行编制和完善商从晋教授级高工广西交通设计集团有限公司提供针对具体技术领域的建议和意见，并进行相应的技术指导和讨论，参与标准编写材料的审核夏烨副教授同济大学完成标准的编写工作，主要对标准的第8章内容进行编制和完善廖宸锋教授级高工广西交通设计集团有限公司提供针对具体技术领域的建议和意见，并进行相应的技术指导和讨论，参与标准编写材料的审核周勇狄正高级工程师广西新发展交通集团有限公司负责对标准草稿进行审阅和修改，确保文本格式规范，用词准确。赵林教授同济大学完成标准的编写工作，主要对标准的第6章内容进行编制和完善刘梦麟高级工程师广西交通设计集团有限公司负责标准文件的管理和维护，包括标准的资料收集、整理和归档，保证标准的质量和准确性，对标准的修改和更新进行记录和跟踪。覃磊高级工程师柳州欧维姆机械股份有限公司参与项目调研，完成标准的编写工作，主要对标准的第8章内容进行编制和完善陈鑫高级工程师广西交通设计集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第8章内容进行编制和完善欧鸥高级工程师广西新发展交通集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第6章内容进行编制和完善狄方殿讲师同济大学完成标准的编写工作，主要对标准的第5章内容进行编制和完善陈渊钊副研究员柳州欧维姆机械股份有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第7章内容进行编制和完善黎栋家高级工程师广西交通设计集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第6章内容进行编制和完善王红伟高级工程师广西新发展交通集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的附录内容进行编制和完善黄永玖高级工程师柳州欧维姆机械股份有限公司参与项目调研，完成标准的编写工作，主要对标准的第8章内容进行编制和完善黄志权工程师柳州欧维姆机械股份有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第7章内容进行编制和完善陈啟婵工程师广西交通设计集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第5章内容进行编制和完善蔡柱冰工程师广西交通设计集团有限公司完成标准的编写工作，主要对标准的第1-4章内容进行编制和完善刘展行无同济大学完成标准的编写工作，主要对标准的附录内容进行编制和完善制定标准的必要性和意义我国是一个桥梁大国。21世纪以来，首座建成的跨径超过1000m的斜拉桥为中国的主跨1088m的跨越长江的苏通长江公路大桥。几乎在同一时期，在中国香港建成了主跨1018m的香港昂船洲大桥。而后，世界范围内又建成多座千米级别的斜拉桥。截至目前，世界范围内建成的跨径超过800m的17座斜拉桥中，在中国的斜拉桥有13座，如表1.1-1所示。除此之外，我国目前桥梁的跨径还在不断取得突破，预计2024年建成通车的常泰长江大桥的跨度将创造新的斜拉桥跨径记录：1176m，斜拉索的长度将首次突破600m达到633m；在建马鞍山公铁两用长江大桥的最长拉索将达到649m。图1.1-1展示了随着斜拉桥的跨度发展，斜拉索的长度增大。表1.1-1主跨超过800m的斜拉桥主要技术参数序号桥名国家主跨(m)最大索长(m)拉索数竣工年份1俄罗斯岛大桥俄罗斯1104579.816820122沪苏通长江公路大桥中国1092578.043220203苏通长江公路大桥中国1088577.027220084昂船洲大桥中国香港1018540.022420095武汉青山长江大桥中国938503.425220216鄂东长江大桥中国926494.024020107嘉鱼长江大桥中国920494.625520198多多罗大桥日本890462.016819999诺曼底大桥法国856460.0184199510池州长江大桥中国828440.0216201911石首长江大桥中国820440.1208201912九江长江公路大桥中国818440.8216201313荆岳长江大桥中国816432.0208201014武穴长江公路大桥中国808442.0208202115芜湖长江二桥中国806-392201716仁川大桥韩国800419.0208200917鸭池河大桥中国800424.6192201618常泰长江大桥中国1176633.0312202419观音寺长江大桥中国1160610.5320202620马鞍山长江公铁大桥中国1120x2649.06602025图1.1-1斜拉桥跨度和斜拉索长度的发展在现代斜拉桥上较多采用平行钢丝斜拉索和钢绞线斜拉索。平行钢丝与钢绞线拉索由于构造特点不同可能具有不同的结构阻尼，有报告称钢绞线拉索的风致振动问题不像平行钢丝拉索那么突出，推测可能是由于前者具有更大的结构阻尼，但目前尚未见试验或实测数据直接支持这一推测。拉索的结构阻尼还受锚固端的边界条件影响，准确地估计其阻尼值比较困难。日本的一些实桥斜拉索的实测数据表明，阻尼大小与拉索类型之间未发现有明确的对应关系。两种拉索采用的减振措施均相同，即阻尼器、气动措施、辅助索或它们的组合。目前有过工程应用的阻尼器类型，其效果与拉索的类型无关，即无论对平行钢丝拉索或钢绞线拉索都可适用。平行钢丝拉索在日本采用较多，相应的减振措施产品已较成熟并有许多工程应用实例。除了斜拉索长度增加以外，斜拉索的锚固端结构和安装位置的设计也在发展。早期的斜拉桥例如昂船洲大桥的斜拉索锚固在主梁的底部，苏通大桥的斜拉索锚固在箱梁的内部，近期建成的公铁大桥的斜拉索多采用锚拉板结构，斜拉索梁端锚点设计在桥面以上，例如沪苏通长江公铁大桥和常泰长江大桥。另一方面，斜拉索塔端的锚固也有所变化，例如在建常泰长江大桥的斜拉索在塔端交叉锚固，塔内斜拉索长度大且塔内有空腔，方便在塔端安装阻尼器减振。如图1.1-2所示。(a)锚管式索梁锚固结构(b)锚箱式索梁锚固结构(c)锚拉板索梁锚固结构图1.1-2斜拉索典型两端锚固形式斜拉索是细长轻柔结构，基频低、模态丰富并且固有阻尼低。因此在环境激励下容易出现多种类型的振动，已知的振动类型包括涡激振动、驰振、风雨激振、尾流振动、抖振、参数振动、线性内部共振以及索梁耦合振动等。在实际工程中，观测到较多的振动类型为涡激振动、风雨激振以及裹冰驰振等。其中涡激振动的发生概率较大，振动的振幅有限，但振动频率和振型阶次十分丰富，振动频率可能超过10Hz。风雨激振则是由于斜拉索表面的雨线改变了拉索的气动外形，从而引起拉索产生低频大幅振动；斜拉索表面积冰后，会导致断面气动稳定性变差，也会导致大幅斜拉索振动。随着斜拉桥的普及和发展，斜拉索的数量和长度迅速增加（最长超过600m），斜拉索振动问题更加显著，并且对斜拉索以及附属结构造成了直接或者间接的损坏。如图1.1-3所示，大幅振动对斜拉索自身的长期安全构成威胁，可能导致斜拉索与相邻构件发生碰撞，拉索保护套受损，锚固区构件发生变形和损坏，PuenteReal桥、Saint-Nazaire桥、ZarateBrazoLargo桥、Dubrovnik桥、KapShuiMun桥、VeteransMemorial桥、FredHarman桥和InternationalGuadiana桥等多座斜拉桥的拉索体系都曾由于拉索的大幅振动而受损。国内的许多桥梁在过去曾出现过异常振动导致桥梁航道关闭和附属构件破坏的情况。例如，杨浦大桥曾在1994年和1995年两年内，先后三次因拉索的振动导致拉索减振器脱落。(a)振动导致相邻索碰撞护套受损：DubrovnikBridge(b)索振导致塔端导管固定螺栓松动脱落：DubrovnikBridge(c)索振导致梁端导管断裂：FredHarmanBridge图1.1-3斜拉桥拉索振动导致索防护系统损坏这些斜拉索或防护构件的破损会加剧拉索及锚固部位的腐蚀，同时斜拉索的持续振动容易导致钢丝和锚固构件的疲劳断裂，危害到整座桥梁的使用能力和寿命。斜拉索的大幅振动还会带来强烈的视觉冲击，带来路人和驾驶人员对桥梁安全的怀疑，造成负面的社会影响。同时，高频索振动导致附属部件松动，松动部分会在索振动中发出噪音，同样带来使用者的不安和恐慌。因此，需要对索的振动进行控制，保障斜拉桥的安全性和适用性。由于拉索振动的复杂性及其危害，拉索减振仍然是桥梁工程中的重要研究方向，也被认为是大跨度桥梁发展所面临的挑战之一。常见抑制拉索振动的理念有三种，即消除内部激励的结构设计、减少外部激励的空气动力学策略以及使用机械装置的振动能量耗散/吸收。该研究方向在结构工程、风工程和振动控制等领域引起了极大的兴趣。与其他结构控制问题不同，拉索振动具有其独特性，包括各种激励机制和在较宽易振频带内的索多种振动模态。这导致拉索减振问题具有挑战性，同时在实际桥梁工程设计和维护中有重大需求。在此背景下，拉索振动控制在过去几十年中得到了广泛的关注，并得到了系统性研究。当前，已有一些关于拉索振动与控制的综述性著作。结合文献研究和工程实践，发现随着斜拉索长度的增加，斜拉索振动控制面临着如下的挑战：(1)易振模态多一般认为风雨振容易出现于索振动频率低于3Hz的模态。斜拉索随着长度的增加，基频降低，使得3Hz一下模态数量增多，即在风雨振控制设计中的目标模态增多。以苏通长江大桥两根长度分别为338m和577m的索为例，其基频分别为0.36Hz和0.22Hz，对应3Hz以下对风雨激励敏感的模态分别为7阶和14阶，如图1.1-4所示。图1.1-4不同长度斜拉索易出现风雨振模态阶数示例(2)起振风速低涡激共振的风速与频率呈线性关系，根据涡激共振条件可以得到上述338m和577m拉索在12m/s风速范围内，可能出现的模态阶数分别为40阶和超过60阶。对于577m拉索，40阶涡激共振对应的风速仅为8m/s左右，导致高阶涡振出现的概率大幅增加，如图1.1-5所示。例如，苏通大桥通车十年间，采用传统梁端一处安装阻尼器的长索较为频繁的观测到了高频的涡振，沪苏通长江公铁大桥2020年通车后，长索因观测到高阶涡振而增加了减振锤，在韩国的一座大跨度斜拉桥上也观测到了高阶涡振问题。图1.1-5不同长度斜拉索易出现涡振模态阶数示例(3)固有阻尼低斜拉索的固有阻尼比一般低于0.0005。统计近年来的测试数据，长索固有阻尼呈现降低的趋势。此外，随着振动模态阶数的增大，索固有阻尼同样呈现降低的趋势。(4)附加阻尼难为达到有效抑制振动需要的阻尼值，要求阻尼器具有一定的安装高度。长索阻尼器一般安装在2.5%索总长附近，随着索长增大，阻尼器的实际安装高度增加，带来了美观性以及检修维护等问题。同时，由于更多斜拉桥采用了锚拉板锚固结构，导致梁端安装的阻尼器的高度进一步增大。对于密索区域，还可能出现拉索阻尼器支架设置位置与相邻拉索锚固位置干扰的情况。大跨斜拉桥的斜拉索一般都需要采取减振措施。常用措施包括气动措施和在索端附近安装阻尼器，主要针对频率在3.0Hz以下的风雨激振。如上所述，随着拉索长度的增加，具有振动风险的模态剧增，斜拉索的易振模态更多、阻尼器的相对安装距离更近，实现全模态高阻尼减振的挑战性更大。同时，考虑到不同桥梁采用的索锚固形式不同，需要多种不同减振措施进行组合，结合斜拉索梁端和塔端的锚固型式实施。可见，超长拉索的减振面临着更大的挑战，并且千米级桥梁斜拉索的振动出现了新的问题。近期，随着交通强国建设、“一带一路”等国家重大战略的提出，交通基础设施建设高速发展，桥梁作为交通基础设施的关键节点工程，大跨桥梁建设需求旺盛，2021~2025年全世界在建和规划主跨500m以上斜拉桥有45座。广西壮族自治区是第一批交通强国建设试点地区，广西壮族自治区“十四五”规划提出加快交通强区建设，广西壮族自治区交通建设也将迎来爆发式发展机会。广西壮族自治区目前已建成最大跨度斜拉桥主跨为450m，在建的最大跨度斜拉桥主跨已达到618m。广西壮族自治区境内大跨度拱桥众多，300m跨度以上的拱桥达15座，包括目前世界最大跨度的拱桥——平南三桥（主跨575m）；在建世界第三大跨径的钢管混凝土拱桥——乐望红水河特大桥（主跨528m）。而且，广西壮族自治区的拱桥多采用中承式体系，利用吊索连接主梁和拱圈。目前，广西壮族自治区正在建设主跨1098m的悬索桥——龙门跨海大桥，另外已建成的悬索桥包括主跨420m的南宁市良庆大桥、主跨410m的南宁市英华大桥、主跨380m的红光大桥等。可以预见，随着航道提级以及交通建设向山区延伸，广西壮族自治区区内大跨径以及主跨500m以上的超大跨径桥梁将越来越多，其中缆索承重桥梁因其大跨径能力和美观性在交通基础建设中将被广泛使用。在这种背景下，本标准的编写将有效助力广西壮族自治区区内大跨桥梁拉/吊索减振体系的高水平设计、高质量建设，并有望在进一步总结工程实践经验和科研成果的基础上提升为行业标准，进而提高国内大跨桥梁拉/吊索减振体系总体建设水平。基于上述背景，结合目前国家经济社会及大跨桥梁建设状况，编制《大跨桥梁拉索减振设计规范》这本专门性行业规范显得尤为必要和紧迫，本标准对今后大跨桥梁结构的拉索结构设计、日常监测和检测以及振动控制方面具有重大意义。主要体现在：（1）本标准的编制是应对缆索承重桥关键承力构件的振动问题的需要作为缆索承重桥关键承力构件的拉/吊索，其索长随塔高和梁跨增加（如，主跨1088米的苏通大桥斜拉索长度达到577米，主跨1990米的日本明石海峡大桥吊索长度超过200米）。拉/吊索抗弯刚度小、固有阻尼极低，振动呈现低风速起振、多模态宽频和多激振机理等特征。而且，其振动问题从施工阶段开始伴随着整个桥梁生命期，是桥梁设计和运营中的关键难题。同时，目前我国正在向桥梁强国发展，缆索桥梁的跨度还在创造新的记录，在建的最大跨度三塔斜拉桥拉索长度已达到650m，最大跨度悬索桥的吊索长度超过250m，超长拉/吊索对振动控制技术提出了新挑战。斜拉桥的拉索易出现频率在1Hz至3Hz间的风雨振动，在索表面结冰的情况下出现裹冰驰振，振幅能达到索直径的数倍；斜拉索和拱桥、悬索桥的吊索均易在常遇风速下出现高频涡振；此外，吊索通常采用多股的形式，多股索间的气动干扰、索—塔间的气动干扰，导致吊索振动的情况在实际工程中多次出现，例如日本明石海峡大桥和我国的西堠门大桥的吊索等。大幅低频振动会导致索间碰撞和锚固件损坏并带来大众恐慌，高频小幅振动引起的拉索疲劳损伤同样不容忽视，会引起索端附属构件等的快速磨损破坏，造成拉索防水密封失效和疲劳损伤积累。（2）本标准的编制是为了满足整理大跨径斜拉桥以及广西壮族自治区区内一系列重大桥梁工程中应用成功经验的需要目前技术已成功应用于世界最早两座千米级斜拉桥：苏通大桥和昂船洲大桥，率先解决了困扰苏通大桥十余年的高阶涡振难题，并拟在世界最大跨径斜拉桥——常泰长江大桥进行应用，支撑了我国多项破纪录重大工程建设和运营，助推“一带一路”沿线国家桥梁建设，实现桥梁减振技术进口到出口的转变。在广西壮族自治区区内，项目组研究成果也成功应用于系列重大桥梁工程，取得了良好的经济社会效益。其中包括，广西壮族自治区在建最大跨度斜拉桥——武忻路武宣黔江特大桥（主跨618m混合梁斜拉桥）、广西壮族自治区已建成最大跨度斜拉桥——荔玉路平南相思洲大桥（主跨450m组合梁斜拉桥）、藤县西江二桥（主跨450m组合-混合梁斜拉桥）、南宁市五象大桥（主跨300m钢箱梁斜拉桥）、南宁外环高速公路大冲邕江特大桥（主跨332m高低塔混凝土斜拉桥）、百色市东合大桥（主跨190m预应力混凝土独塔双索面斜拉桥）、乐望红水河特大桥（主跨528m中承式钢管混凝土拱桥）、马滩红水河大桥（主跨336m中承式钢管混凝土拱桥）、沙尾左江特大桥（主跨340m中承式钢管混凝土桁架提篮拱桥）以及横州大桥（主跨400m钢箱梁悬索桥）等。经实践检验，已建成的大跨桥梁工程拉/吊索减振效果良好。（3）本标准的编制是解决现有国际拉索标准中不足，满足我国向桥梁强国发展的需要抗风减振技术已经写入国际拉索三大标准（PTI、fib和CIP），是国际桥梁工程招标必备技术门槛，并且和拉索体系共同招标采购。但是，在拉索抗风减振目标方面存在模糊不清的问题，如没有抑制振动的目标模态的描述等；并且随着拉索长度突破600m（在建常泰大桥最长拉索633m，在建马鞍山公铁两用桥最长拉索650m），原有拉索减振目标和设计不能完全抑制拉索的振动，例如，在苏通大桥首次发现（在沪苏通大桥再次发现）：当拉索超过300米，采用传统减振措施仍出现高阶涡振，频率高达10Hz（40阶）。广西壮族自治区在建的最大跨度斜拉桥——武忻路武宣黔江特大桥（主跨618m混合梁斜拉桥）有12根拉索长度超过300m，也同样存在上述拉索减振问题；广西壮族自治区在建的拱桥和悬索桥的吊索长度接近200m。随着广西壮族自治区桥梁建设往更大跨度发展，此类问题将越来越普遍。同时，国内越来越重视高质量发展，抗风减振技术逐渐要求和拉索体系统一采购。并且，国内一大批大跨桥梁拉/吊索减振系统面临更换升级的需求（苏通大桥于2019年完成更换升级），而国内外尚缺乏有效满足上述需求的大跨桥梁拉/吊索减振设计规范。（4）本标准的编制是提出创新应对策略，以解决工程中实际问题的需要目前拉/吊索减振设计的内容主要包含于大跨度桥梁结构的相关国家和行业标准中，未能覆盖拉索减振设计尤其是减振阻尼器的多参数影响，同时未能纳入近年来研发的关于拉索高阶涡振控制的技术参数。在此背景下，本项目旨在弥补上述不足，提出以下三种应对策略：（1）拉索不同位置分布设置阻尼器的设计：同端内外置阻尼器和两端设置阻尼器的情况。由于拉索长度的增加，安装阻尼器位置受限，同时减振目标模态增多，因此在两个、多个位置设置阻尼器将成为必须。本标准首次增加此项内容。项目组发明了长索同端分布双阻尼器协同振控技术，抑制常见风速下超长索高低频振动，高阶涡振幅值降低90%，于2020年在苏通大桥上实施完成，解决了困扰苏通大桥10余年的长索高阶涡振难题。实现高低频段振控“无盲点”。目前，该技术正在常泰大桥使用。（2）关于减振装置行程的设计：本标准将首次考虑整桥变形时阻尼器的变形，对阻尼器的行程设计进行规定，防止阻尼器达到行程破坏。项目组2019年在苏通大桥上监测发现，超长索在主梁变形时索端阻尼器的变形幅度达到4cm，远超过索振动引起的阻尼器变形幅度。（3）惯质阻尼器和负刚度阻尼器的设计方法。项目组较早提出的惯性质量和负刚度装置提升阻尼器效果的方法，开展了广泛的理论和实验研究，本标准将纳入考虑惯性质量和负刚度效果的阻尼器设计方法。主要起草过程（一）成立标准编写组，召开编写组第一次工作会议第一次工作会议主要内容包括：（1）主编单位广西交通设计集团有限公司筹建编写组，明确主编人员和参编人员的职责和分工。（2）建立编写单位内部审查制度。（3）学习有关政策法规和标准化制度文件。（4）研究起草标准工作大纲和编制大纲。（5）形成第一次工作会会议纪要。（二）收集整理文献资料（1）收集、调查国内外发展趋势和标准、规范和报告情况。抗风减振技术已经写入国际拉索三大标准（PTI、fib和CIP），是国际桥梁工程招标必备技术门槛，并且和拉索体系共同招标采购。但是，在拉索抗风减振目标方面存在模糊不清的问题，例如对抑制风雨振的目标模态的描述等；并且随着拉索长度突破600m，原有拉索减振目标和设计不能完全抑制拉索的振动。因此，对国内外拉索相关减振标准进行调研和整理，分析目前大跨桥梁拉索/吊索减振设计规范中亟需进一步分析和研究的关键问题。（2）整理区内外相关国家标准、行业标准、企业标准、地方标准及其他成果资料。对《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2018），《公路斜拉桥设计规范》（JTG/T3365-01-2020），《斜拉索外置式黏滞阻尼器》（JT/T1038-2016），《斜拉桥钢绞线拉索减振设计标准》（DB34/T3705-2020），《斜拉桥拉索减振设计标准》（DB32/T1365-2009）等拉索相关标准和规范，编制小组进行讨论分析，找出其中论述不充分或值得商榷的地方进行优化。（三）研讨确定标准主体内容标准编制工作组在对收集的资料进行整理研究之后，召开了标准编制会议，对标准的整体框架结构进行了研究，并对标准的关键性内容进行了初步探讨。经过研究，标准的主体内容确定为范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、索的振动特性、减振目标、减振设计、索阻尼器检测技术要求、附录。（四）调研修改形成征求意见初稿为确保本标准的编写工作有序开展，编写工作组在前期大量的研究工作的基础上，于2023年8月中旬完成了《大跨桥梁拉索减振设计规范》的编制大纲和工作大纲，并经内部评审讨论后，于2023年9月18日召开了大纲外部评审会，评审会针对大纲共提出了5条建议和意见。根据大纲评审专家的意见，以修改完善后的大纲作为项目的工作指导，编写工作组开展了标准正式的编写工作，并于2024年1月完成了征求意见初稿，于2024年2月3日召开征求意见初稿讨论会，对征求意见初稿进行会审，根据会审意见修改后形成征求意见稿。制定标准的原则和依据，与现行法律、法规的关系与有关国家标准、行业标准的协调情况（一）标准制定原则本标准的编制遵循国家、行业和广西壮族自治区现行有关标准的规定。编写工作组充分调研了国内外及广西壮族自治区目前大跨桥梁拉索减振设计的实际案例、数据资料及研究成果，研究和分析了国内外及壮族自治区大跨桥梁拉索减振技术的现状，以及国内外大跨桥梁拉索减振技术的发展趋势和新技术的应用状况。经过编写工作组成员讨论，确定标准编制遵循以下基本原则：（1）客观性原则。实事求是，一切从实际情况出发。既充分考虑实际需要，也充分考虑经费保障能力。充分利用一切力量调查收集已有资料，抓住重点，为编制工作做好铺垫。（2）科学性原则。加强、促进和引导大跨桥梁勘察、设计、施工的基础性和应用性研究，在技术上采纳成熟的理论、方法及材料，确保编制出的标准科学合理，符合我国目前的技术现状。（3）实用性原则。开阔思路，立足于调研大跨桥梁拉索减振设计方面的经验，同时适当吸取国外及相关行业经验，解决大跨桥梁拉索减振设计深度不足的问题，便于技术和管理人员使用规范。（4）安全环保原则。全面吸纳、采用有利于降低施工和运营安全风险、有利于保护生态环境的技术措施和成功经验，促进大跨桥梁建设安全、结构可靠，并对工程当地的生态环境影响降低到最小。（5）可操作性原则。搭建相对完善、易用的大跨桥梁拉索减振设计技术框架，对大跨桥梁拉索减振设计中有利于提升质量和提高效率，保证安全、耐久和人体健康，促进资源节约和环境保护等方面的指标、方法等提出具有操作性的要求或规定。（6）协调性原则。进一步深入研究与本标准关联的上位标准、下位标准的相关内容，确保本标准与关联标准协调一致，在实施过程中不出现冲突。（二）标准与现行法律、法规的关系，与有关国家、行业标准的协调情况查阅全国标准信息公共服务平台，本标准编写时参考的主要工程标准有5部，详见表3.1-1。“标准编制组承诺：本标准的内容符合国家相关法律法规，技术要求不低于强制性国家标准的相关技术要求，与相关的国家、行业推荐性标准协调一致，标准的编写符合GB/T1.1-2020的要求。”表3.1-1大跨桥梁拉索减振相关规范一览表序号标准名称标准号标准类型1公路桥梁抗风设计规范JTG/T3360-01-2018行业标准2公路斜拉桥设计规范JTG/T3365-01-2020行业标准3斜拉索外置式黏滞阻尼器JT/T1038-2016行业标准4斜拉桥钢绞线拉索减振设计标准DB34/T3705-2020安徽地方标准5斜拉桥拉索减振设计标准DB32/T1365-2009江苏地方标准根据调研，《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2018）和《公路斜拉桥设计规范》（JTG/T3365-01-2020）对拉/吊索减振做了一些规定。本标准将在上述基础上，完善以下重要内容，经过在广西壮族自治区桥梁工程中的实践验证，后期有望上升为行业标准，为全国范围内的缆索桥梁拉/吊索减振设计提供指导。标准编制组承诺：本标准的内容符合国家相关法律法规，技术要求不低于强制性国家标准的相关技术要求，与相关的国家、行业推荐性标准协调一致，标准的编写符合GB/T1.1-2020的要求。主要条款的说明，主要技术指标、参数、试验验证的论述广西交通运输行业标准《大跨桥梁拉索减振设计规范》主要章节内容包括：范围、规范性引用文件、术语和定义、总则、索的振动特性、减振目标、减振设计、索阻尼器检测技术要求、附录。编写工作组充分调研了国内外及广西壮族自治区大跨桥梁拉索减振设计的实际案例、数据资料及研究成果，研究和分析了国内外及广西壮族自治区大跨桥梁拉索减振技术相关标准建设的现状，以及国内外大跨桥梁拉索减振技术的发展趋势和新技术的应用状况。在此基础上结合广西壮族自治区大跨桥梁拉索减振工作经验，形成了广西壮族自治区大跨桥梁拉索减振设计规范。1.标准名称为保证标准的全面性和针对性，计划申请的标准名称为《大跨桥梁拉索减振设计规范》。本标准名称一方面界定了其应用范围为大跨桥梁，另一方面限定了其应用对象为桥梁拉索的减振技术。2.范围本标准规定了桥梁拉索减振设计规范的术语、定义、总则，以及拉索动力特性、易起振风速、减振设计目标、阻尼器技术参数和测试验收要求。3.术语和定义本章界定了大跨桥梁拉索减振技术的相关术语和定义。其中，雷诺数、Strouhal数、Scruton数等术语来源于《拉索减振设计标准》（DB32/T1365-2009）；风雨激振、尾流驰振、参数共振等术语来源于《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T3360-01-2018）。4.基本规定本标准所规定的条款使用于斜拉索和吊索的减振设计，其他拉索结构可参考使用。斜拉索和吊索是缆索承重桥梁的重要受力构件，斜拉索的设计应考虑其在施工过程及成桥运营阶段发生振动的可能性，并对振动的影响进行分析。作用在索上的风荷载可引起索的振动。除此外，还要考虑其他结构(梁、塔)动力反应引起拉索振动的可能性。设计尤其要重视自激振动。斜拉索应避免其发生自激振动，当斜拉索满足本标准条文规定的拉索发生自激振动的条件时，必须采用减振措施控制斜拉索的振动。斜拉索所采用减振措施应根据由斜拉桥的结构特点、场地环境条件，以及斜拉索的力学参数、几何参数等情况综合确定。斜拉索应建立监测系统，定期对索振动进行监测。尤其在主要大风期间监测拉索是否发生过大的风致振动。桥梁设计过程中应制定预案，斜拉索发生不可预见的振动时，在施工和成桥阶段可实施振动控制措施。5.索的动力特性计算第5.1条：对于需要诚振设计的斜拉索,宜采用小垂度索理论计算垂度、垂度参数以及索振动特性分析计算得到垂度参数小于1的可以按照张紧弦理论分析;垂直吊索的动力特性按张紧弦理论计算分析。拉索计算动力特性时索长一般取拉索锚点间距长度，对于设置有导向器、索导管有灌注填充的等其他限位装置的，需要修正索长。对于索长短、直径大的拉吊索，需要考虑抗弯刚度以及边界条件的影响，宜采用试验或现场动力测试等方式识别获取准确的抗弯刚度和边界条件信息。第5.4条：关于索固有阻尼，斜拉索自身阻尼是减振设计的关键参数，但是其具体的数值对不同的索、锚固型式等通常存在差异。根据美国联邦公路署的报告，裸索的固有阻尼（阻尼比）可能在0.05～1%之间，实际运营桥梁的桥梁拉索，其阻尼比在0.1～0.5%之间。国际和国内规范对索自身阻尼也有不同规定。CIP规范规定：平行钢绞线索的阻尼为0.9～1.2%（对数衰减率）；平行钢丝和平行钢绞线加上柔性护套：0.6～1.8%（对数衰减率）；采用砂浆填充的平行钢丝和平行钢绞线：0.05～0.1%；多层钢绞线索：0.3～0.6%。FIB规范考虑：单根具有防护的受拉构件0.5～1%（对数衰减率）；平行钢丝，0.1～0.5%；灌砂浆索0.05～0.5%。PTI规范指出，索自身阻尼比在0.05%到0.3%之间。我国的《公路桥梁抗风设计规范》推荐索自身阻尼比取0.1%。本章前文介绍的阻尼测试方法同样可以用于获取斜拉索的固有阻尼。现有研究以及笔者均开展了大量的斜拉索振动试验，发现索固有阻尼在0.4%以下，随着频率的增加，固有阻尼有明显的减小趋势。第5.5条：当桥梁所在地区的气象台站具有足够的连续风速观测数据时，可采用当地气象站年最大风速的概率模型计算基本风速，当桥梁所在地区缺乏风速观测资料时，基本风速按JTGD60-01-2004中附录A选取。斜拉索成桥阶段的设计风速和施工阶段的设计风速按JTGD60-01-2004中3.2、3.3条款确定。斜拉索设计基准风速计算时基准高度按拉索中点确定。斜拉索的振型可分为索面内振动和面外振动两种形式，但是考虑到索面内振动的复杂性，面内运动又分成了索平面内反对称振动和索平面内对称振动两种形式。6.减振目标第6.1.2条：斜拉索在正常运营状态下的振动幅值以不超过1.0D为宜，最大不能超过2.0D，D为斜拉索外径。各类拉索的抗风性能目标等级为I级时，振幅限值不应超过1/1700。各类拉索的振幅不宜超过表1的规定值。第6.2.1条：拉索气动减振措施主要通过改变拉索的断面形状，破坏雨线的形成，使其空气动力学性能得到改善。为改进拉索在风或者风和雨作用下的动力行为，对拉索表面处理方式有：a)在拉索外护套管表面沿轴向开设凹槽或凸起肋条；b)在拉索表面打凹孔或凹坑；c)在拉索表面沿轴向螺旋状加设带状结构或间隔缠绕带状物。表面处理对各种动力激励的影响，以及对阻力系数的影响，应加以考虑。斜拉索采用表面处理后，阻力系数不应大于0.8。第6.3.1条：斜拉索风雨激振，也被称为斜拉索雨振，是指在风和雨共同作用的气候条件下，斜拉桥拉索发生的一种激烈的大幅振动。由于拉索风雨振大幅低频的特点，其成为斜拉索设计中首要考虑的振动类型。经过对大量拉索数据的收集和分析，发现一般使用HDPE包裹的拉索，其自身振动的对数衰减率（δ=2πζ）约为0.01，则其斯柯顿数约为5，这低于上式中推荐的安全水平，因此需要通过增加阻尼提高斯柯顿数以抑制风雨振。抑制面外振动的阻尼对数衰减率提升不得低于面内振动阻尼对数衰减率的70%。第6.4.2条：由于拉索长度一般在50m到400m之间变化，拉索的基频将在QUOTE0.25~2Hz0.25~2Hz之间，随长度而异。尽管拉索的涡振不像风雨振动那样具有破坏性，但长期的涡致振动会导致拉索及其连接构件以及阻尼器等关键部件发生疲劳损伤，或使得拉索外皮脱落、连接件松动，以及阻尼器性能下降。试验研究同样表明，在锁定区域中，随着斯柯顿数的增加，振幅会减小。而增加拉索的质量和阻尼会提高斯柯顿数，从而降低振幅。拉索自身的阻尼比会影响涡激振动的振幅。但通常情况下，斜拉索的固有阻尼比不足以有效抑制涡激振动，因此需要额外安装阻尼器。根据工程实践，拉索的对数衰减率δQUOTEδ大约在0.01到0.015左右时，可以有效地抑制拉索的涡激振动。此外，针对拉索的涡激振动问题，还可以采用气动措施进行处理，各种气动措施主要通过消除旋涡的有规律脱落来预防涡激共振的出现。第6.5.1条：增加斯柯顿数或提高拉索的固有频率都可以增加拉索尾流驰振的临界风速。提高斯柯顿数可以通过增加阻尼来实现。而在拉索上安装刚性分隔器或连接件可以减少拉索振动时的有效长度，从而提高固有频率，提高临界风速。此外，临界风速与斯柯顿数的平方根成正比，说明增加固有频率比增加斯柯顿数更为有效。由于实际工程中存在不确定性，为保证斜拉桥的结构安全和稳定，采用保守的取值更为稳妥。若计算得到的临界风速较低，则意味着在桥梁的使用寿命期间，风速有较大的概率会超过临界风速。当风速超过临界风速时，就可能会出现尾流驰振现象，影响桥梁的正常使用。因此，在设计阶段就应采取相应的措施避免尾流驰振或抑制其振幅。第6.6条：当轴向激励的频率为斜拉索自振频率的两倍左右时，结构的微小振动将会引起斜拉索张力的变化，并导致斜拉索大振幅的振动。由于斜拉索张力的周期性变化会使其自振频率发生周期性改变，而频率是斜拉索的振动参数之一，所以该振动被称为参数振动。7.减振设计第7.1节：斜拉索的振动控制为：限制发散振动、限定拉索振动幅值(适用性和疲劳强度要求)。重点是控制拉索的发散振动。斜拉索减振措施可采用下列三种之一或其组合：气动措施，附加阻尼装置，安装辅助索。斜拉索布置时，拉索的最小间距不宜小于6倍索直径。应注意单根拉索或多根拉索在一起时发生驰振、风雨振的可能性。如果研究表明这种振动可能发生，则必须采取相应的振动控制措施。斜拉索在正常运营状态下的振动幅值以不超过1.0D为宜，最大不能超过2.0D，D为斜拉索外径。钢绞线拉索的减振设计除应符合本文件的规定外，尚应符合GB/T30826、JTG/T3360-01的有关规定。钢绞线拉索振动控制的目标应限制发散振动，应限制拉索出现驰振和尾流驰振。钢绞线拉索振动控制目标应同时限定非发散振动的振动幅值，应控制涡激共振、线性内部共振及参数共振产生的振动幅值。钢绞线拉索的减振设计可采用气动减振措施、附加阻尼装置及附加辅助索减振措施。钢绞线拉索的减振设计措施宜综合考虑桥梁寿命周期内的抗风性能、经济性、耐久性等要求。第7.2.1条：针对风雨振控制的螺旋线的构造（尺寸、间距）方面等，以及针对涡振控制的粗螺旋线的构造（尺寸、间距）方面等。风雨振抑制。当拉索直径≤165mm时，螺旋线高1.3mm，宽2mm，缠绕间距为0.6m，双螺旋线顺时针缠绕。缠绕螺旋线后，拉索的风阻系数≤0.7。涡振抑制。采用0.071D线径的双螺旋线或三螺旋线，螺旋线间距为12D螺旋，顺时针缠绕。第7.3.5条：因各种阻尼器的性能特点、参数及安装位置不同，不宜直接比较它们能提供的拉索阻尼的大小。因此，定义阻尼器提供的拉索阻尼的实测值和设计值之比为阻尼器的效率系数，这一系数能综合反映阻尼器的阻尼特性及其连接件的阻尼损失，是一个重要的设计参数。根据拉索一阶振动的对数衰减率计算阻尼器的一阶振动效率系数。建议单个阻尼器安装位置5.0米时的效率系数分布在0.5左右，安装位置3.0米的效率系数在0.3左右。定义阻尼器组合效率系数为同时安装两处阻尼器时拉索的阻尼与分别单独安装一处阻尼器时拉索阻尼的和之比。在拉索两端安装阻尼器时，组合效率系数接近1.0，即阻尼效果基本为单独安装一处阻尼器时阻尼效果的叠加。而在拉索的同一侧安装两处阻尼器时，其组合效率系数为0.5左右，即约是两处阻尼器单独安装的平均值。8.减振装置构造及连接要求第8.1条：阻尼器及其连接件尺寸应严格和阻尼器支座的尺寸配作，确保阻尼器正常工作。阻尼器连接件以及阻尼器的几何尺寸和表面涂装应做具体规定，表面涂层的耐久性不应少于20年。阻尼器生产商应根据图纸及技术规范要求制定产品制造、试验方法和检验标准以及产品安装、日常养护方案。阻尼器的制造应严格按照相应规范的材料和工艺要求进行。阻尼器制造商应结合阻尼器及连接件的特殊要求,提出阻尼器的出厂检验和质量预检试验要求。阻尼器制造商应提供阻尼器日常检查、维修的使用说明书。阻尼器应有接口与健康监测系统相接，对阻尼器的位移、阻尼力、油缸压力及振动频率和速度等参数作实时记录和跟踪，以保证阻尼器的工作处于可监控状态。第8.1.1条：大多数阻尼器都能够在常规的室温条件下正常工作，即在摄氏0至40度之间。这是因为许多工程结构的正常工作环境通常在这个温度范围内。在寒冷地区或特殊应用中，阻尼器需要能够在-65℃低温条件下正常运作。低温阻尼器可能具有特殊的密封结构和润滑系统，以确保在低于摄氏零度的温度下仍然能够提供稳定的性能。有些阻尼器可能需要在特殊的环境条件下工作，如化工厂、矿山、海洋等。这些环境可能涉及到高温、腐蚀、盐雾等因素，因此阻尼器的设计需要考虑到这些特殊条件。在选择阻尼器时，重要的是了解其生产厂家提供的技术规格和性能参数，特别是关于适用温度范围的规定。不同类型的阻尼器和不同的应用场景可能对温度有不同的要求，因此需要仔细考虑工程项目的实际需求，选择适用于特定温度范围的阻尼器。第8.1.2条：阻尼器安装在拉索上，除了需要满足附加阻尼的需求外，还需要满足安装和耐久性要求。阻尼器的构造要求涉及到其结构、安装、连接、密封、材料选择等方面，以确保其能够有效地减振并长期稳定地运行。以下是阻尼器构造要求的一般概述。9.索阻尼器测试技术要求第9.1.1条：试验机加载的频率范围需要覆盖0到3Hz，试验机位移和出力的采样频率需要达到100Hz以上，对于高频加载的工况，可以增加数据采样频率。第9.2.1条：目前主要采用加速度计和位移计来获取拉索的振动信息。在工厂内，加速度计可沿着整个索长分设，典型布设点有1/2点、1/4点、1/6点和阻尼器安装点等。在实桥上，通常采用登高车将加速度计安装在距离桥面10m高的索上，由于主要关注索的低阶振动，如果能尽可能提高加速度计的安装位置，将能够提升拉索阻尼测试的信噪比，进而提高拉索阻尼估算精度。除了使用加速度计外，实索和实桥试验中也使用位移计来测量拉索的振动。早期常使用拉线式位移计，现如今多采用激光式位移计。在工厂试验时，位移计可以进行多点布设，布设点与加速度计相似，在跨中布设的位移计的量程需要达到100mm以上。实桥试验时，由于位移计的安装需要支架，一般仅在阻尼器位置附近安装，用于测量阻尼器的变形，此时位移计的量程