[發明專利]橋梁和建筑結構擺錘減振設計方法

有效

• 申請號: 201910109100.0
• 申請日: 2019-02-03
• 公開（公告）號: CN109930472B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 劉維亞;唐海軍;謝霽明
• 申請（專利權）人: 劉維亞
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.橋梁和建筑結構擺錘減振設計方法，通過在橋梁上懸掛擺錘，以改善橋梁的風致顫振和人行激振問題，其特征在于：橋梁上設置的擺錘，從結構動力學的角度來看當作是一種子結構，其擺動會對橋梁結構的運動產生反作用力，從而抑制橋面振動；

擺錘的參數設計的實用計算方法：對于研究橋梁，其目的是抑制基本模態的橫向振動，基本模態下橋梁的動能和勢能表示為：

式中M_B＝橋面的廣義質量；Φ_B＝橋面的振型；x＝廣義撓度；k＝由式中給出的廣義剛度K＝ω²_BM_B，ω_B是無擺錘的橋梁的固有頻率，擺動中每個擺錘的動能和勢能表示為：

式中Φ_C＝風鈴的振型；m_c＝風鈴的質量；L＝風鈴的長度型，所有擺錘等式(2)的總和得出總能量，根據拉格朗日方程的原理，橋梁-擺錘系統的運動方程寫成：

式中F＝橋上的廣義力，對于基本模式γ₁≈γ₂≈1，通過用廣義質量歸一化方程(3)并在方程中引入阻尼項，運動方程寫成：

式中μ＝M_C/M_B＝擺錘與橋的質量比；

f_B＝F/M_B，因此，橋梁振動和擺錘擺動的傳遞函數由以下公式確定：

式中

λ＝ω_B/ω_C＝頻率比，比有擺錘的橋梁相比，無擺錘橋梁的傳遞函數為：

在性能評估中，以加速度為指標，在橋梁劇烈振動的情況下，加速度由其共振分量決定，因此，加速度用下面的簡化表達式來估計：

等式(7)中所示的加速度和結構阻尼之間的關系用于估算擺錘抑制振動的影響，其中是人行荷載譜，我們將橋梁-擺錘系統的等效阻尼比定義如下：

式(8)右側的分子表示無擺錘橋梁的加速度方差，分母給出了有擺錘橋梁的加速度方差；

調節擺錘質量和懸掛彈簧剛度，擺錘系統能起到豎向調諧質量阻尼器作用，獲得豎向減振作用；

調節擺錘質量和擺錘重心位置，擺錘系統能起到橫向調諧質量阻尼器作用，獲得側向減振作用；

調節擺錘位置和形狀，從氣動角度看會影響氣流的漩渦脫落，從而改善橋梁的氣動穩定性，減少風致顫振；

通過懸掛擺錘的質量、擺動長度以及擺動阻尼水平之間的力學關系，求解懸掛擺錘最佳設計參數。