[发明专利]一种主梁转角控制型桥梁阻尼减振装置

说明书

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种主梁转角控制型桥梁阻尼减振装置，包括上旋转板、竖向滑块、中间支座、阻尼器和底板；上旋转板顶部连接桥梁主梁，底部中间位置连接竖向滑块，竖向滑块底部深入中间支座并与中间支座活动连接，允许竖向滑轨相对中间支座沿竖直方向移动；中间支座外侧设置阻尼器，阻尼器顶端连接上旋转板，底端连接中间支座；允许上旋转板发生沿桥梁主梁高度方向的竖向运动、沿桥梁主梁宽度水平方向滑动及绕桥梁主梁宽度水平方向的转动；中间支座底部连接底板，允许中间支座、阻尼器、竖向滑块、上旋转板相对底板发生沿桥梁主梁长度方向的水平运动；底板底部连接竖向承重结构，有效提升大跨桥梁主梁多种模态振动阻尼。

技术领域

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种主梁转角控制型桥梁阻尼减振装置。

背景技术

桥梁结构是国家交通网络的关键节点，为重要基础设施。桥梁具有多种类型，一般包含横向放置的具有一定跨度的主梁，实现河流山川的跨越，主梁上通行行人和车辆；主梁支承结构有桥塔、桥墩、拱肋、缆索结构等，根据支承方式的不同，桥梁分为梁桥、拱桥、缆索桥梁等。大跨度桥梁主要采用缆索体系，包括斜拉桥和悬索桥，采用斜拉索、吊杆传递桥塔或是主缆对主梁支承力，实现千米级距离的跨越。桥梁的跨度越来越大，主梁愈加轻柔，自身结构阻尼低、自振频率低且分布密集，易出现常遇风速下的多模态、大幅度振动。振动易引起行人通行不适、驾车视线遮挡，导致桥梁关闭、功能丧失，引发负面社会舆论，长期振动还会造成防护构件损坏、加速结构腐蚀等性能退化，引起结构构件乃至全桥寿命缩短，造成不可估量的社会经济损失。因此，结构振动控制是大跨度桥梁建设和安全运营的关键瓶颈难题。

大跨度桥梁抗风主要采用气动措施，通过改变主梁断面形状实现对气流绕流形态的改变，实现对气流-结构耦合效应削弱和输入能量控制，达到抑制振动目的。气动措施包括主梁中间开槽、两侧增加导流板、梁底增加稳定板，结合栏杆、检修道和风障设计以优化主梁气动外形等。气动措施的效果主要通过主梁节段缩尺模型或全桥缩尺气弹模型的风洞试验研究验证和优化，试验结果与实桥减振效果可能存在偏差；同时，气动措施的效果对主梁外形细节和结构动力参数敏感，由于检修及长时间服役引起桥梁断面改变或动力特性(阻尼等)改变后，原设计气动措施可能出现控制效果不足的问题。综上，气动措施是一种常规的抗风减振手段，但是存在不稳定性，因此大跨度桥梁的发展一般还需要结合机械减振措施。另一方面，在役桥梁一旦由于动力特性改变等原因出现涡振，增加气动措施需要沿着桥梁较大长度布设，施工将影响交通，经济成本大。

在气动措施之外，另外一种大跨度桥梁减振的方法为机械措施。机械措施的基本原理是利用桥梁振动驱动机械装置，转移桥梁振动能量进而利用阻尼器或其他构件耗散能量。目前主要采用的机械措施有两种，一种是调谐质量阻尼器(TMD)，TMD包含一个质量块和将质量块与桥梁主梁相连的弹簧-阻尼器单元；另一种是直接在主梁振动中发生较大相对位移的两个位置之间安装阻尼器耗能。

TMD由于只需与结构在一个位置相连，针对主梁单点的绝对位移减振，所以可以安装在跨内任意位置。通常，为了满足对桥梁单一模态阻尼的提升效果，需要将TMD安装在该目标控制模态振型振幅最大位置，例如，针对1阶竖弯的TMD一般安装在跨中。TMD需要根据目标模态控制设计质量、弹簧和阻尼参数，实现最优控制，其对桥梁非目标模态振动的控制效果较差；而且，TMD需要足够大的质量以满足阻尼效果，过大的质量会增大桥梁的荷载和结构内力。同时，桥梁各模态振型的最大振幅位置不同，加上TMD需调谐的特性，面对大跨桥梁的多模态减振需求，一般需要安装多个TMD装置。在TMD设计方面，针对大跨度桥梁低频振动的TMD的行程较大，而桥梁箱梁内部空间有限，是实际应用中有待妥善解决的难题。

针对漂浮体系(即主梁在桥塔位置不设置竖向支座)的悬索桥，现有直接在桥塔上安装竖向阻尼器的措施；尽管主梁竖向振动在桥塔处相对于跨内较小，但仍有一定竖向线位移，可以驱动阻尼器变形耗能。对于桥梁主梁-桥塔/墩之间设置竖向支座的非漂浮体系，需要在塔上设置大悬臂牛腿，将竖向阻尼器安装牛腿悬挑端和主梁之间耗能，这会侵占部分通航空间。此外，在主梁由于温度、车辆荷载等作用时发生纵向位移时，阻尼力不再沿着竖直方向，其减振效果可能受到影响。