[發(fā)明專利]一種抑制海上大跨橋梁顫振的垂蕩板-彈簧聯(lián)合控制裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110038975.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112853927A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許福友;韓艷;陳增順;毛濤濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E01D19/00
• 分類(lèi)號(hào): E01D19/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于橋梁風(fēng)致振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種抑制海上大跨橋梁顫振的垂蕩板?彈簧聯(lián)合控制裝置，是將浸沒(méi)于水中的垂蕩板通過(guò)繩索懸吊于主梁底部，垂蕩板底部受到彈簧拉力作用。橋梁發(fā)生風(fēng)致大幅振動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)水中的垂蕩板向上運(yùn)動(dòng)，水體隨之產(chǎn)生的巨大的附加阻尼力及附加質(zhì)量作用在垂蕩板上，同時(shí)垂蕩板受到并聯(lián)彈簧組豎直向下拉力，既可以增加橋梁上升過(guò)程中的耗能，也可以加大垂蕩板的下降速度，使得與橋梁下降接近同步。相對(duì)沒(méi)有彈簧裝置，本發(fā)明可以充分發(fā)揮彈簧耗能和加快垂蕩板下降雙重功效，因此可以更為高效抑制橋梁顫振或大幅減小垂蕩板尺寸和工程造價(jià)。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、高效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁風(fēng)致振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高效抑制海上大跨橋梁顫振的垂蕩板-彈簧聯(lián)合控制裝置。

背景技術(shù)

世界范圍內(nèi)已經(jīng)在海上修建了大量大跨橋梁，而海上風(fēng)速高，持時(shí)長(zhǎng)，對(duì)橋梁抗風(fēng)安全性帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)，風(fēng)荷載往往是控制設(shè)計(jì)荷載。顫振是橋梁結(jié)構(gòu)破壞最為嚴(yán)重的一種風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，大幅極限環(huán)和發(fā)散性顫振在大跨橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)中必須嚴(yán)格杜絕。顫振控制措施主要包括氣動(dòng)措施、結(jié)構(gòu)措施及機(jī)械措施。針對(duì)大跨橋梁顫振傳統(tǒng)的控制措施存在的一些不足，發(fā)明人已經(jīng)提出了一種適用于抑制大跨度跨海(跨江或部分深水湖)橋梁顫振的垂蕩板控制裝置，即在橋梁下方懸掛浸沒(méi)于水中的垂蕩板，借助垂蕩板巨大的水阻力，達(dá)到抑制橋梁大幅顫振的目的。為了降低垂蕩板的工程造價(jià)、減小對(duì)橋梁荷載的影響，垂蕩板質(zhì)量一般較小。然而，該裝置仍然存在以下不足：一方面，在垂蕩板上升時(shí)垂蕩板自重耗能較少；另一方面，垂蕩板下降時(shí)速度較慢，滯后于主梁下降，減小了下一周期主梁上升時(shí)垂蕩板的阻力做功區(qū)間，控制效率不高。針對(duì)以上不足，本發(fā)明提出在垂蕩板底部連接多種規(guī)格一端固定在海底的受拉彈簧，形成一種垂蕩板-彈簧聯(lián)合控制措施。其優(yōu)勢(shì)是，一方面增加垂蕩板上升時(shí)的阻力，另一方面增大了橋梁向下運(yùn)動(dòng)時(shí)垂蕩板的下降速度，使得垂蕩板與橋梁兩者的運(yùn)動(dòng)盡量接近同步，可以明顯改善垂蕩板控制裝置的抑振效果，具有其相對(duì)優(yōu)勢(shì)和特色。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)大跨度跨海(跨江或部分深水湖)橋梁顫振控制的需要，提出一種懸掛在橋梁下方浸沒(méi)于水中的垂蕩板-彈簧聯(lián)合控制裝置，通過(guò)垂蕩板上升過(guò)程垂蕩板重力、水阻力及彈簧拉力對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)做負(fù)功，消耗橋梁機(jī)械能抑制橋梁大幅振動(dòng)。當(dāng)主梁向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)帶動(dòng)垂蕩板向上運(yùn)動(dòng)，水體對(duì)垂蕩板提供向下非常大的附加阻尼及附加質(zhì)量力，垂蕩板下部彈簧提供向下拉力，消耗主梁振動(dòng)能量；當(dāng)主梁向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，垂蕩板在多級(jí)彈簧的拉力下快速向下運(yùn)動(dòng)，與主梁向下運(yùn)動(dòng)速度盡可能接近同步，隨后進(jìn)行下一周期的運(yùn)動(dòng)，如此反復(fù)，最終高效抑制顫振發(fā)生或大幅提高顫振臨界風(fēng)速及抗風(fēng)安全性。之所以采用多級(jí)彈簧，而不是單個(gè)或單級(jí)彈簧原因如下：當(dāng)振幅較小時(shí)，垂蕩板下降時(shí)可能無(wú)需或者只需要較小的彈簧拉力即可基本與主梁下降接近同步，此時(shí)僅需要較小拉力和剛度的彈簧發(fā)揮作用；而當(dāng)振幅較大時(shí)，需要更大的彈簧拉力才能消耗更多的能量，并且使得垂蕩板下降速度更快。因此可以設(shè)置若干級(jí)彈簧，當(dāng)振幅分別達(dá)到指定數(shù)值時(shí)，對(duì)應(yīng)的彈簧才開(kāi)始工作，否則彈簧處于松弛非受力工作狀態(tài)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：