[發明專利]一種抑制跨海橋梁顫振的垂蕩網布裝置

有效

• 申請號: 202110149497.3
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112942069B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 許福友;裴岷山;劉高;李文杰;毛濤濤
• 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

本發明屬于橋梁風致振動控制研究技術領域，提供了一種抑制跨海橋梁顫振的垂蕩網布裝置，是將浸沒于水中、帶有多個配重塊的大面積垂蕩網布利用繩索懸吊在主梁下方。橋梁風致振動時，帶動該裝置在水中運動，裝置重力及水體對網布產生巨大的附加質量力和附加阻尼力對主梁做負功，消耗橋梁振動能量，高效抑制其大幅振動。裝置均采用輕質化、標準化構件，方便安裝、拆卸、運輸、收納，具有安全可靠、經濟實用的優勢。

技術領域

本發明屬于橋梁風致振動控制研究技術領域，涉及一種抑制跨海橋梁顫振的垂蕩網布裝置。

背景技術

現代橋梁正朝著更大跨度、更纖柔的方向發展，國內外已建許多大跨度跨海橋梁，未來將建造更多、更大跨度的跨海橋梁。大跨橋梁結構剛度和阻尼相對較小，對風荷載較為敏感。海上風速高，持時長，對橋梁抗風安全性帶來嚴峻挑戰。大跨橋梁風致大幅極限環振動和發散性顫振需要杜絕。橋梁顫振控制措施主要包括氣動措施、結構措施及機械措施。針對大跨橋梁顫振傳統的控制措施存在的一些不足，發明人提出一種適用于抑制大跨度跨海橋梁顫振的垂蕩板阻尼器裝置，即在橋梁下方懸掛浸沒于水中的垂蕩板，在其振動時借助水體提供巨大的附加質量和附加阻尼，達到抑制橋梁大幅顫振的目的。但該裝置仍存在一些不足：(1)為了保證提供足夠大的水體阻力，需要尺寸足夠大的垂蕩板，為保證垂蕩板的剛度，需要增大板厚或者設置更大尺寸和加勁肋或桁架體系，這會大幅增加工程造價，降低了其實用性和經濟性；(2)裝置體量較大，不便拆卸安裝，長期置于梁底，存在安全隱患；(3)為了降低工程造價，需要盡量減輕垂蕩板質量，一方面垂蕩板上升時自重做功較小，另一方面由于水的阻力作用下沉速度較慢，難以與主梁向下運動同步，因此無法保證在主梁向上運動半個周期內都做負功，進而導致耗能較少，控制效率較低。針對以上不足，本發明對其在幾個方面進行改進和優化，使得措施構造更簡單、安裝更方便、造價更低、控制更高效，具有其相對優勢和特色。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對大跨度跨海(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于水中、帶有多個配重塊的垂蕩網布裝置。橋梁風致振動時，帶動該裝置在水中運動，該裝置隨主梁向上運動時會產生阻力，對主梁做負功，消耗橋梁振動能量，抑制其大幅振動。具體工作過程為：當主梁向上運動時，帶動垂蕩網布裝置在水中向上運動，裝置受到與運動方向相反(豎直向下)的阻力，主要包括：裝置自重、水體的附加阻尼力及附加質量力，這些力在裝置上升過程中對橋梁均做負功，消耗橋梁振動的能量；當主梁向下運動時，垂蕩網布裝置在重力、浮力及水阻力作用下向下運動；如果運動速度小于主梁運動速度，則裝置不會對主梁產生拉力，也不會對主梁做正功；反之，在此下降過程，如果裝置與主梁之間存在拉力，則會給主梁輸入能量，增大其振幅；由于網布較輕，在自重和水阻力作用下會下沉很慢，雖然不會對主梁做正功，但是連接主梁與網布的繩索會松弛，主梁振動到最低處，再上升相當長一段距離，繩索才會再次被拉緊，勢必就會降低消耗能量的效率。因此，最理想的情況是使裝置與主梁的下降速度完全同步，隨后進行下一周期的運動，裝置立即發揮作用。因此，需要在裝置上配重，使得盡可能接近以上理想目標。這可以很方便地通過添加廉價的混凝土配重塊來實現增重目標，而且在上升過程中配重塊因其重力也可以增加耗能，可以盡可能減輕裝置其他構件的重量以降低工程造價。下降過程配重塊主要用于加速網布的下降速度，力爭做到網布與主梁接近同步下降，繩索既不過度松弛，也不受力過大，確保下一周期控制效率，可以做到一舉兩得。需要說明的是，由于主梁振幅是變化的，因此無法設計出合適的配重來保證在任何條件下網布與主梁下降都是同步的。配重過大，就可能會導致繩索的索力較大，為主梁輸入能量；配重過小，就可能會導致繩索松弛過大，主梁上升時不能及時為其消耗能量。配重可以根據主梁振動頻率、振幅、網布質量、尺寸等參數進行優化設計。采用該裝置，可以更為方便、高效避免橋梁顫振發生，或者大幅提高顫振臨界風速及抗風安全性。

本發明的技術方案：