[發明專利]一種抑制橋梁顫振的垂蕩板裝置

在審

• 申請號: 202011369281.X
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112458880A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 許福友;毛濤濤;安萬博
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明屬于橋梁風致振動控制技術領域，提供了一種抑制橋梁顫振的垂蕩板裝置，是將浸沒懸浮于水中的垂蕩板通過長繩索懸吊在橋梁主梁上。橋梁發生風致大幅振動時會帶動水中的垂蕩板上下運動，水體隨之產生的強大的附加質量及附加阻尼阻止垂蕩板和橋梁振動，最終避免橋梁發生顫振或大幅提高顫振臨界風速。在垂蕩板上開設若干孔洞、設置開合板可進一步改善橋梁顫振控制效果。本發明的優勢：裝置簡單、操作方便、控制效果好、質量輕、費用低、實用性強。垂蕩板在非工作狀態時，置于主梁梁底，既不影響橋梁美觀，也不影響橋下通航。垂蕩板在工作狀態時，已是幾十年一遇的十六級以上強風，橋下也不會通航。

技術領域

本發明屬于橋梁風致振動控制技術領域，涉及一種抑制橋梁顫振的垂蕩板裝置。

背景技術

目前世界范圍內已建數十座大跨度跨海橋梁，未來將建造更多、更長跨海橋梁工程。海上風速高，持時長，因此橋梁抗風問題非常突出。大跨橋梁風致大幅極限環振動和發散性顫振需要避免，否則可能會引起倒塌破壞。主要通過結構措施、氣動措施和機械措施來控制橋梁顫振或改善橋梁顫振性能。結構措施包括增大橋面寬度、增加主梁質量和質量慣矩、提高結構剛度等，成本相對較高。氣動措施包括風嘴、中央穩定板、中央開槽等，中央開槽措施改善效果明顯，但工程成本較高，且會引起較為嚴重的渦振問題。機械措施主要是增加橋梁系統的阻尼，可以有效控制渦振，降低抖振響應，但對顫振控制效率較低，因此一般不采用機械措施控制橋梁顫振。針對傳統的橋梁顫振控制措施存在的一些不足，提出一種適用于抑制深水(一般是跨海或部分深水湖)基礎大跨度橋梁顫振的垂蕩板裝置，即在橋梁下方懸掛浸沒于水中的垂蕩板達到抑制橋梁大幅顫振的目的，具有其相對優勢和特色。

發明內容

本發明提出一種懸掛在橋梁下方浸沒于水中的垂蕩板裝置，橋梁風致振動時帶動垂蕩板在水中上下或扭轉運動時，水體為垂蕩板提供強大的附加質量及附加阻尼，抑制垂蕩板及橋梁大幅振動，避免橋梁發生顫振或大幅提高顫振臨界風速及抗風安全性。

本發明的技術方案：

一種抑制橋梁顫振的垂蕩板裝置，包括垂蕩板1、吊環2、繩索3、孔洞4、開合板5；所述的垂蕩板1具有足夠的強度及剛度，保證垂蕩板在水中運動時不會發生明顯變形，一般可采用防銹性能較好的鍍鋅鋼板、鋁板等金屬薄板與縱橫金屬加勁肋焊接制作，相對具有相同剛度的金屬平板方案，垂蕩板1的自重及工程費用更低；在垂蕩板1合適位置設置若干吊環2，用于方便采用具有足夠強度和剛度的繩索3將垂蕩板1懸掛在橋梁主梁下方；非工作狀態下，垂蕩板1貼近固定在主梁底板；由于用在實際橋梁工程的垂蕩板較薄(10cm)，因此對橋梁外形基本沒有影響；而且由于平時懸掛在梁底，因此不影響橋梁美觀性；只有在強風(一般都可以根據天氣預報進行預測)條件下，當對橋梁顫振和大幅抖振造成威脅時，才將垂蕩板1從主梁梁底下放浸沒懸浮于水中足夠深度處，并與水底保持一定距離；繩索3上端連接在橋梁主梁腹板或底板上，并保持處于拉伸狀態；在風荷載作用下，橋梁向上運動會帶動垂蕩板1在水中向上運動，水的附加質量與阻尼會抑制垂蕩板1和橋梁運動；橋梁向下運動時，垂蕩板1在自重和水的浮力作用下向下運動，該過程垂蕩板1無法阻止橋梁振動發揮控制作用；由于水的阻力影響，垂蕩板1下降速度可能相對小于橋梁向下運動速度，此時繩索3可能處于松弛狀態；為使垂蕩板1對橋梁下一周期的振動有更好的抑制效果，需要橋梁向上運動時，繩索3處于張緊狀態，這樣垂蕩板1才能對振動起到控制作用；因此，垂蕩板1應盡可能與主梁下降保持基本同步；為此，在垂蕩板1上開設若干孔洞4可以減小水的阻力，加速垂蕩板1的下降速度；而且開孔后，還可以增加系統的附加阻尼；孔洞4數量越多，面積越大，垂蕩板1下降越自由，下降速度也越大；但是，孔洞4數量太多會降低垂蕩板1上升時水的附加質量和阻尼，進而影響振動控制效果，因此孔洞4的數量、尺寸及布置方式需要優化；另外，還可以在某些孔洞4的上方設置單向開合板5；垂蕩板1上升時，開合板5由于自重和水的向下壓力蓋住孔洞4，垂蕩板1下落時，由于水的向上頂力使得開合板5打開，增大透水面積，下降速度更快；開合板可以采用2-3mm厚鋁板，質量輕，防銹，耐久性好，費用低。