[發明專利]質量移位式橋梁扭轉振動減振器

有效

• 申請號: 201610859301.9
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106245515B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 禹見達;于浩;張湘琦
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙)43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

本發明屬于橋梁減振技術領域，具體涉及一種質量移位式橋梁扭轉振動減振器。

背景技術

隨著橋梁跨度的增大，其基頻越來越小。橋梁在大風的作用下，會發生大幅振動，危及橋梁安全，其中尤以橋梁扭轉危害最大，曾有多座橋梁因扭轉而塌毀。因為，在大風的作用下，橋梁發生危險的扭轉振動即橋梁顫振時，根據橋梁顫振理論，當主梁(一般為鋼箱梁)繞其形心發生逆時針扭轉時，風對主梁就有一個逆時針扭矩的作用力(由主梁表面風壓作用力向主梁形心簡化得到)；當主梁繞其形心發生順時針扭轉時，風對主梁就有一個順時針扭矩的作用力；主梁在發生扭轉振動的過程中，風對主梁這樣一個扭矩作用，使得主梁振動的振幅越來越大，最終可能導致橋梁倒塌。

現有橋梁減振技術常采用調頻質量阻尼器(Tune mass damper，簡稱TMD)進行減振，依靠在橋梁內部設置質量塊，并由彈簧和阻尼器支承質量塊，形成一動力系統，即TMD，當其頻率與橋梁振動的頻率一致時，引發TMD大幅振動，TMD對橋梁的作用力中周期變化的動力與風對橋梁的作用的動力反相，達到減小橋梁振動的目的。TMD對橋梁的動力幅值為Aω²，其中A為質量塊振幅(A受多種因素制約基本保持不變)，ω為振動頻率。隨著橋梁振動頻率的減小，TMD對橋梁減振的效果顯著下降。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種隨著橋梁振動頻率的降低，其對橋梁可提供更大力矩因而減振效果更好的質量移位式橋梁扭轉振動減振器。

本發明的目的是通過如下的技術方案來實現的：該質量移位式橋梁扭轉振動減振器，它包括水平安裝于橋梁底板上的主導軌；主導軌兩端對稱活動搭接有左導軌和右導軌，左導軌和右導軌的外側端分別固連有左擋板和右擋板，左導軌與左擋板、右導軌與右擋板連接成直角L形；左導軌和右導軌的中間底部分別通過左鉸支座和右鉸支座與所述橋梁底板鉸接，左導軌和右導軌的外側端底部與所述橋梁底板之間分別設有左彈簧和右彈簧，左彈簧和右彈簧外側端的所述橋梁底板上還分別設有左立柱和右立柱；所述主導軌、左導軌和右導軌的上面設有相同形狀的凹槽，凹槽內放置一重力球；未工作時，所述重力球位于主導軌上，左導軌和右導軌分別在左彈簧和右彈簧的彈力作用下，對稱傾斜于水平面并與主導軌兩端活動搭接；工作時，當重力球滾動到左導軌外側端部的左擋板處或右導軌外側端部的右擋板處時，左導軌或右導軌向上翹起而脫離主導軌，此時，左導軌或右導軌平行于水平面，左擋板底部與左立柱頂面或右擋板底部與右立柱頂面正好相抵。

具體的，所述主導軌通過其底部左邊的鉸支座和其底部右邊的可動鉸支座安裝于所述橋梁底板上。

為了緩解重力球滾動到左擋板或右擋板時對其內側面的撞擊力，所述左擋板和右擋板的內側面分別設有左緩沖片和右緩沖片。

為了緩解左導軌或右導軌在重力球作用下向上翹起時，左擋板或右擋板底部對左立柱和右立柱頂部的撞擊力，所述左立柱和右立柱的頂面分別設有左緩沖墊和右緩沖墊。

本發明的工作原理及工作過程如下：

本發明的減振器對稱安裝于鋼箱梁底板上，跟隨鋼箱梁一起運動。由上述可知，本發明的減振器主要部件包括：簡支的主導軌，可轉動的左導軌、右導軌，重力球。假定主梁扭轉角度較小，以主梁振動一個周期來描述減振器的工作原理。

當主梁由水平位置發生順時針轉動時，主導軌左端升高，右端降低，重力球向右端滾動。此時重力球對主梁有順時針力矩M＝mgs，但由于其距主導軌中心點(與鋼箱梁形心在同一豎直線上)距離s較小，重力球重力mg保持恒定，故其加大主梁轉動作用，但力矩較小，并隨著時間的增大而增大。

當主梁轉動達到最大角度并開始逆時針轉動時，主導軌仍然左端高，右端低，重力球繼續向右端滾動。此時重力球對主梁依然是順時針力矩，故其有阻礙主梁逆時針轉動的作用，并且力矩較大，并隨著時間的增大而增大。此時重力球的滾動速度繼續增大，并沖上右導軌，當其通過右導軌的右鉸支座時，導致右導軌順時針轉動，壓縮右彈簧，右導軌的轉動最后因右立柱的阻擋而停止。重力球也因右擋板和右緩沖片的阻擋而停止滾動，此時重力球對主梁順時針作用的力矩最大，即對主梁此時逆時針轉動的阻礙作用最強。

當主梁逆時針轉動達到水平位置并繼續轉動時，此時右導軌和主導軌變為左端低，右端高，重力球開始向左端滾動。當右彈簧對右導軌作用的力矩大于重力球對右導軌作用的力矩時，右導軌逆時針轉動，并與主導軌連接，使重力球從右導軌上快速滾下。此時重力球對主梁依然是順時針力矩，故其有阻礙主梁逆時針轉動作用，并且力矩較大，并隨著時間的增大而減小。