[發(fā)明專利]一種主梁轉(zhuǎn)角控制型橋梁阻尼減振裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210375028.8
• 申請日: 2022-04-11
• 公開（公告）號: CN114775405A
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳林;劉展行;孫利民;趙林;葛耀君
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E01D19/04;F16F15/02
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發(fā)明涉及橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種主梁轉(zhuǎn)角控制型橋梁阻尼減振裝置，包括上旋轉(zhuǎn)板、豎向滑塊、中間支座、阻尼器和底板；上旋轉(zhuǎn)板頂部連接橋梁主梁，底部中間位置連接豎向滑塊，豎向滑塊底部深入中間支座并與中間支座活動連接，允許豎向滑軌相對中間支座沿豎直方向移動；中間支座外側(cè)設(shè)置阻尼器，阻尼器頂端連接上旋轉(zhuǎn)板，底端連接中間支座；允許上旋轉(zhuǎn)板發(fā)生沿橋梁主梁高度方向的豎向運(yùn)動、沿橋梁主梁寬度水平方向滑動及繞橋梁主梁寬度水平方向的轉(zhuǎn)動；中間支座底部連接底板，允許中間支座、阻尼器、豎向滑塊、上旋轉(zhuǎn)板相對底板發(fā)生沿橋梁主梁長度方向的水平運(yùn)動；底板底部連接豎向承重結(jié)構(gòu)，有效提升大跨橋梁主梁多種模態(tài)振動阻尼。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種主梁轉(zhuǎn)角控制型橋梁阻尼減振裝置。

背景技術(shù)

橋梁結(jié)構(gòu)是國家交通網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，為重要基礎(chǔ)設(shè)施。橋梁具有多種類型，一般包含橫向放置的具有一定跨度的主梁，實(shí)現(xiàn)河流山川的跨越，主梁上通行行人和車輛；主梁支承結(jié)構(gòu)有橋塔、橋墩、拱肋、纜索結(jié)構(gòu)等，根據(jù)支承方式的不同，橋梁分為梁橋、拱橋、纜索橋梁等。大跨度橋梁主要采用纜索體系，包括斜拉橋和懸索橋，采用斜拉索、吊桿傳遞橋塔或是主纜對主梁支承力，實(shí)現(xiàn)千米級距離的跨越。橋梁的跨度越來越大，主梁愈加輕柔，自身結(jié)構(gòu)阻尼低、自振頻率低且分布密集，易出現(xiàn)常遇風(fēng)速下的多模態(tài)、大幅度振動。振動易引起行人通行不適、駕車視線遮擋，導(dǎo)致橋梁關(guān)閉、功能喪失，引發(fā)負(fù)面社會輿論，長期振動還會造成防護(hù)構(gòu)件損壞、加速結(jié)構(gòu)腐蝕等性能退化，引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件乃至全橋壽命縮短，造成不可估量的社會經(jīng)濟(jì)損失。因此，結(jié)構(gòu)振動控制是大跨度橋梁建設(shè)和安全運(yùn)營的關(guān)鍵瓶頸難題。

大跨度橋梁抗風(fēng)主要采用氣動措施，通過改變主梁斷面形狀實(shí)現(xiàn)對氣流繞流形態(tài)的改變，實(shí)現(xiàn)對氣流-結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)削弱和輸入能量控制，達(dá)到抑制振動目的。氣動措施包括主梁中間開槽、兩側(cè)增加導(dǎo)流板、梁底增加穩(wěn)定板，結(jié)合欄桿、檢修道和風(fēng)障設(shè)計(jì)以優(yōu)化主梁氣動外形等。氣動措施的效果主要通過主梁節(jié)段縮尺模型或全橋縮尺氣彈模型的風(fēng)洞試驗(yàn)研究驗(yàn)證和優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)橋減振效果可能存在偏差；同時，氣動措施的效果對主梁外形細(xì)節(jié)和結(jié)構(gòu)動力參數(shù)敏感，由于檢修及長時間服役引起橋梁斷面改變或動力特性(阻尼等)改變后，原設(shè)計(jì)氣動措施可能出現(xiàn)控制效果不足的問題。綜上，氣動措施是一種常規(guī)的抗風(fēng)減振手段，但是存在不穩(wěn)定性，因此大跨度橋梁的發(fā)展一般還需要結(jié)合機(jī)械減振措施。另一方面，在役橋梁一旦由于動力特性改變等原因出現(xiàn)渦振，增加氣動措施需要沿著橋梁較大長度布設(shè)，施工將影響交通，經(jīng)濟(jì)成本大。

在氣動措施之外，另外一種大跨度橋梁減振的方法為機(jī)械措施。機(jī)械措施的基本原理是利用橋梁振動驅(qū)動機(jī)械裝置，轉(zhuǎn)移橋梁振動能量進(jìn)而利用阻尼器或其他構(gòu)件耗散能量。目前主要采用的機(jī)械措施有兩種，一種是調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)，TMD包含一個質(zhì)量塊和將質(zhì)量塊與橋梁主梁相連的彈簧-阻尼器單元；另一種是直接在主梁振動中發(fā)生較大相對位移的兩個位置之間安裝阻尼器耗能。

TMD由于只需與結(jié)構(gòu)在一個位置相連，針對主梁單點(diǎn)的絕對位移減振，所以可以安裝在跨內(nèi)任意位置。通常，為了滿足對橋梁單一模態(tài)阻尼的提升效果，需要將TMD安裝在該目標(biāo)控制模態(tài)振型振幅最大位置，例如，針對1階豎彎的TMD一般安裝在跨中。TMD需要根據(jù)目標(biāo)模態(tài)控制設(shè)計(jì)質(zhì)量、彈簧和阻尼參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制，其對橋梁非目標(biāo)模態(tài)振動的控制效果較差；而且，TMD需要足夠大的質(zhì)量以滿足阻尼效果，過大的質(zhì)量會增大橋梁的荷載和結(jié)構(gòu)內(nèi)力。同時，橋梁各模態(tài)振型的最大振幅位置不同，加上TMD需調(diào)諧的特性，面對大跨橋梁的多模態(tài)減振需求，一般需要安裝多個TMD裝置。在TMD設(shè)計(jì)方面，針對大跨度橋梁低頻振動的TMD的行程較大，而橋梁箱梁內(nèi)部空間有限，是實(shí)際應(yīng)用中有待妥善解決的難題。

針對漂浮體系(即主梁在橋塔位置不設(shè)置豎向支座)的懸索橋，現(xiàn)有直接在橋塔上安裝豎向阻尼器的措施；盡管主梁豎向振動在橋塔處相對于跨內(nèi)較小，但仍有一定豎向線位移，可以驅(qū)動阻尼器變形耗能。對于橋梁主梁-橋塔/墩之間設(shè)置豎向支座的非漂浮體系，需要在塔上設(shè)置大懸臂牛腿，將豎向阻尼器安裝牛腿懸挑端和主梁之間耗能，這會侵占部分通航空間。此外，在主梁由于溫度、車輛荷載等作用時發(fā)生縱向位移時，阻尼力不再沿著豎直方向，其減振效果可能受到影響。