3.2　速度指数为0.1的阻尼器适用性分析

以上讨论的都是按传统“初始力”理解，另加一个装置产生初始力。而从最近国内两座大桥（一座斜拉桥、一座悬索桥）的阻尼器招标情况可知，是想通过普通液体黏滞阻尼器来实现“初始力”的目的。从这两座大桥的阻尼器招标技术文件以及和设计者进行沟通后，了解到大桥阻尼器的设计意图是：如表3-1所示，设计为液体黏滞阻尼器，满足本构关系F=Cv0.1，阻尼器在温度荷载作用下提供初始力300～800kN，通过这个初始力来限制一定的车辆荷载、常遇风荷载引起的振动，并且在控制上限速度1mm/s下阻尼器能提供不小于1721kN的阻尼力来控制列车制动作用，在地震作用下阻尼器的阻尼力不大于2500kN（即阻尼器的额定阻尼力）。以下我们来分析，在不附加额外装置的液体黏滞阻尼器实现设计意图的理论方案的可行性。

3.2.1　本构关系

利用黏滞阻尼器的本构关系F=Cvα，采用0.1的速度指数来实现低速下的高阻尼力（即所谓的初始力），从本构关系图（图3-2）中可看出，速度指数为0.1时阻尼器出力在很低的速度下上升确实是最快的，达到300～800kN的初始力的速度值仅需要2.1×10-8～3.9×10-4mm/s，在速度1mm/s下的阻尼力能达到1754kN，从理论上能满足设计意图。纵使理论可行，可结构温度变形速率最大可达0.01mm/s级速度，在这级别速度下按理论公式计算阻尼器出力可达1100kN以上，这即超出了设计意图中的初始力要求范围，也给结构带来了巨大的附加应力。

表3-1　具有初始力阻尼器的技术参数表

图3-2　阻尼器滞回曲线及阻尼力-速度曲线

实际上，在2.1×10-8～3.9×10-4mm/s，或者0.01mm/s如此低的速度下使液体黏滞阻尼器的出力达到300～800kN或以上是不可能的。目前世界上阻尼器的生产工艺还未能达到如此高“灵敏度”的要求，首先是阻尼器内置液体本身具有压缩性，其次连接阻尼器与结构的连接件存在着加工、安装缝隙。相反的是，为了减小阻尼器对结构温度变形的影响和阻尼器自身的累积磨损，国内外相应规范《AASHTO LRFD Bridge Construction Specifications》（UNI EN 15129），我国交通运输行业标准《桥梁黏滞流体阻尼器》（JT/T 926）均规定阻尼器须进行慢速测试，在慢速测试下阻尼器出力不能大于10％的额定阻尼力或者工程师要求更严格的值。那么，上述阻尼器要求初始力达到300～800kN是远大于250kN——规范要求最大10％的强制规定，如果有不同意见，应该做阻尼器的慢速测试。

3.2.2　摩擦力的影响讨论

当然，任何阻尼器实际本构关系，其受力的最初始阶段都会有摩擦力，阻尼器在最初启动工作低速（慢速）下的出力主要是其内部的动摩擦力、附加黏滞阻尼力。这种由装置内部构件之间的动摩擦力能否被用来控制大跨度纵飘体系的斜拉桥和悬索桥在车辆荷载、常遇风荷载作用下引起的低速振动呢？答案是否定的。首先，液体黏滞阻尼器在低速下产生的摩擦力有限，也不允许有过大的摩擦力，一是为了不约束温度变化对结构的影响，二是为了减小阻尼器自身的磨损（摩擦力越大，磨损越厉害）。其次，大跨度的纵飘体系桥梁尤其是悬索桥，在日常车辆荷载作用下纵向振动非常大，摩擦力大的阻尼器无法经受频繁的作用，将大大缩短阻尼器的寿命。