[發明專利]一種控制跨海跨江橋梁渦振及顫振的水體阻尼裝置及方法

有效

• 申請號: 202110783353.3
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113356035B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 韓艷;李凱;許育升;許福友;李春光;胡朋
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 長沙惟盛赟鼎知識產權代理事務所(普通合伙) 43228
• 代理人: 黃敏華

本發明公開了一種控制跨海跨江橋梁渦振及顫振的水體阻尼裝置及方法，包括水體阻尼裝置，所述水體阻尼裝置通過鋼索連接在主梁下方并浸入水中；所述水體阻尼裝置包括鋼框架和水阻杯，所述水阻杯的一端設置有阻擋圈和水阻杯蓋，水阻杯蓋設置在水阻杯與阻擋圈之間，并與水阻杯活動連接，阻擋圈用于阻擋水阻杯蓋向水阻杯外掀開；多個所述水阻杯按照水阻杯蓋朝下的方向設置在鋼框架上。本發明通過利用橋下的水資源與裝置間的作用力進而對主梁的運動產生阻礙，達到抑制橋梁渦振或軟顫振的效果。通過在不同橋梁跨長處安裝水體阻尼裝置可達到控制多階渦振的控制效果。在日常的橋梁運營中收起水下裝置，不影響水下通航以及橋梁的美觀性。

技術領域

本發明涉及建筑結構減振控制技術領域，具體涉及一種控制跨海跨江橋梁渦振及顫振的水體阻尼裝置及方法。

背景技術

大跨度橋梁由于其跨度大、結構柔阻尼低等特點，對風的作用也更為敏感。當風流經主梁斷面后，會在主梁的下游一側發生漩渦脫落，并對橋梁產生上下交替作用力。隨著風速增加，漩渦脫落的頻率也增加，當脫落頻率接近主梁的自振頻率時，將引起主梁結構的渦激共振現象。盡管渦激振動是限幅的振動，不會像顫振和馳振發生發散性的振動，但是由于渦激振動易發生在低風速下，發生頻率高。長期以往，會對結構造成疲勞破壞且會影響行車安全性和舒適性。因此，渦激振動的控制顯得尤為重要。另一方面，隨著橋梁跨度的不斷增長，為滿足現行設計規范中線性顫振設防的要求，一些簡單低成本的氣動控制措施越來越顯的力不從心，設計和建設成本正在急劇增加。隨著全球氣候劇烈變化，大跨度橋梁尤其是沿海臺風區的大跨度橋梁將面臨更嚴峻的風致振動問題。在傳統線性顫振理論框架下，橋梁顫振被認為是急劇破壞性的失穩行為，因此阻尼器難以控制顫振的發生，對顫振臨界風速的提高也收效甚微。然而近些年來大量的學者通過風洞試驗、數值模擬研究發現目前很多橋梁斷面都表現出極限環振動行為，被稱為“軟顫振”，是一種復雜的非線性響應問題。鑒于此，阻尼器具備提高這類軟顫振起振風速和控制軟顫振振幅的能力。因此亟需開發控制軟顫振響應的阻尼器裝置

目前，渦振的主要控制措施有氣動措施和機械措施。機械控制措施是通過采用一些裝置增加結構的阻尼或適當附加一定質量的重物來降低橋梁的風致響應。常用的機械控制方法有調諧質量阻尼器(TMD)和電渦流阻尼器等，但只能應用到箱梁里面且要求箱梁足夠高以滿足阻尼器的行程，適用橋型少且存在無法適應多階渦振問題。另外，其維修養護費用高安裝困難，只能很好的控制豎向渦振，難以控制扭轉渦振。與機械措施相比，氣動控制是從改善繞流場角度提高橋梁抗風性能，更具直接、簡單、經濟等優勢，包括主動和被動兩種措施。被動措施是在不改變橋梁結構與使用功能的前提下，適當改變橋梁的外形布置或附加一些裝置(如導流板、抑流板、隔渦網等)，從而得到具有良好抗風能力的橋梁斷面繞流特征，但由于橋梁斷面繞流復雜性，被動氣動措施不具備渦振控制的普適性，且不能根據主梁運動姿態以及流動環境的改變而實時調整，控制效果不能達到最佳狀態。另外，試驗在風洞試驗中進行縮尺模型試驗存在尺寸效應，因此真實環境的控制效果有待觀察驗證。在橋梁顫振控制方面，鑒于目前設計規范基于線性顫振設防理論，顫振只能通過氣動措施或者結構措施提高顫振臨界風速而杜絕顫振的發生。然而目前大量實驗發現很多斷面表現出軟顫振這樣的非線性響應行為且顫振本身具備兩自由度參與的特征，因此可開發具備同時控制豎向和扭轉兩個方向振動的相應阻尼器。

發明內容

因此，本發明要解決的技術問題在于克服上述背景技術中的缺陷，從而提供一種控制跨海跨江橋梁渦振及顫振的水體阻尼裝置及方法。

本發明提供了一種控制跨海跨江橋梁渦振及顫振的水體阻尼裝置，包括水體阻尼裝置，所述水體阻尼裝置通過鋼索連接在主梁下方并浸入水中；所述水體阻尼裝置包括鋼框架和水阻杯，所述水阻杯的一端設置有阻擋圈和水阻杯蓋，水阻杯蓋設置在水阻杯與阻擋圈之間，并與水阻杯活動連接，阻擋圈用于阻擋水阻杯蓋向水阻杯外掀開；多個所述水阻杯按照水阻杯蓋朝下的方向設置在鋼框架上。