[发明专利]一种桥梁阻尼伸臂系统有效

专利信息
申请号: 202111529866.8 申请日: 2021-12-14
公开(公告)号: CN114214923B 公开(公告)日: 2023-03-28
发明(设计)人: 陈林;刘展行;孙利民 申请(专利权)人: 同济大学
主分类号: E01D19/00 分类号: E01D19/00;F16F15/02
代理公司: 上海科盛知识产权代理有限公司 31225 代理人: 宣慧兰
地址: 200092 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 桥梁 阻尼 系统
【说明书】:

发明涉及一种桥梁阻尼伸臂系统,基于桥梁本体,桥梁本体包括横置的实现跨越的主梁结构和竖向布置的竖向承重结构,竖向承重结构包括桥塔和桥墩,主梁在靠近竖向承重结构的位置设有伸臂,伸臂的一端与主梁刚性连接,另一端设有球铰,竖向承重结构上设有支架,支架上设有球铰,主梁和支架上的球铰之间安装有阻尼器进行连接。与现有技术相比,本发明具有抑制桥梁振动幅度,显著提升桥梁主梁多阶振动模态阻尼,有效减少风等作用下桥梁结构振动等优点。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域,尤其是涉及一种桥梁阻尼伸臂系统。

背景技术

桥梁是重要的基础设施结构,主要有梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等类型。桥梁包括主梁、桥墩、桥塔、拱肋以及拉索、主缆和吊杆等构件,其中主梁横向放置,实现跨越承担行驶车辆和行人的功能,桥墩和桥塔承托主梁。大跨度桥梁采用拉索、主缆、吊杆传递桥塔和拱肋对主梁的承托力。随着桥梁跨度的增加,桥梁越来越轻柔、自身阻尼和消耗能量的能力弱,易发生振动,且振动呈现出多模态、宽频段的特征,是制约桥梁发展和威胁桥梁安全性和适用性的瓶颈难题。

目前,桥梁进行抗风振主要采用气动措施,设计具有良好气动外型的主梁截面、增加导流板等。但是随着跨度的增大,气候条件的恶化,气动措施已经不能完全抑制桥梁(尤其是大跨度桥梁)的振动。例如,近年来,各地的多座大桥都出现了大幅的振动,导致桥梁关闭,造成巨大经济损失和不良社会影响。

因此,在桥梁气动抗风措施之外,需要增加桥梁的阻尼抑制振动。目前,在桥梁的主梁-桥塔连接位置、主梁和桥墩连接位置,有采用水平粘滞阻尼器消耗主梁纵向位移时的能量,达到降低地震响应和减小车辆制动力等纵向力引起的桥梁纵向响应的功能,该阻尼器不能抑制桥梁横向和竖向振动。现有研究提出了调谐质量阻尼器抑制主梁竖向振动的方法,调谐质量阻尼器通过调谐使得装置的频率与桥梁振动的模态频率接近,将桥梁的振动能量转移引起质量块的振动,起到吸能并进而通过与质量块连接的阻尼器耗能。为了达到较好的控制效果,调谐质量阻尼器需要很重的质量块,且安装在桥梁跨中或接近跨中的位置;同时,一个位置安装和调谐的装置仅能针对一个桥梁振动模态和窄频段的振动起到减振作用,当风等外在荷载激励起其他模态的桥梁振动时,调谐质量阻尼器不能起到减振作用,针对多阶模态振动需要在不同位置安装多个调谐质量阻尼器。在柔性桥梁跨中增加大吨位的质量阻尼器,会引起桥梁的竖向变形,增大拉索、主缆、吊杆等构件的受力;同时,采用箱型截面的桥梁易出现振动,但是截面高度一般较小,安装调谐质量阻尼器的空间有限;调谐质量阻尼器一旦出现失谐状况,减振作用大大降低;安装在跨中小空间的质量阻尼器,维护和保养、更换都非常困难,一般需要关闭桥梁。

针对桥梁主梁的竖向振动,调谐质量阻尼器在现有工程中有一定应用,但是存在上述问题,尚缺乏其他有效实用的桥梁主梁竖向振动阻尼提升和消能方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种桥梁阻尼伸臂系统,有效提升桥梁主梁多种模态的竖向振动(包括竖向弯曲和竖向扭转)的阻尼,同时对桥梁横向和纵向振动起到一定抑制作用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

一种桥梁阻尼伸臂系统,基于桥梁本体,所述桥梁本体包括横置的实现跨越的主梁和竖向布置的竖向承重结构,所述竖向承重结构包括桥塔和桥墩,所述主梁在靠近竖向承重结构的位置设有伸臂,所述伸臂的一端与主梁刚性连接,另一端设有球铰,所述竖向承重结构上设有支架,所述支架上设有球铰,所述主梁和支架上的球铰之间安装有阻尼器进行连接。

所述伸臂传递主梁相对于竖向承重结构的横向运动、纵向运动和竖向运动,将主梁竖向运动产生的转角转变为伸臂与阻尼器的连接端沿主梁的轴线方向的运动,从而带动阻尼器变形消耗桥梁振动能量,实现抑制桥梁振动幅度的目的;伸臂同时传递主梁的多阶模态振动引起伸臂的平动和转动,提升桥梁多阶振动阻尼。

所述伸臂和支架具有足够的刚度保证主梁振动的传递和转换、具有足够的承载力保证力传递的安全性和稳定性。

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