CN103437276A

CN103437276A - 一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥

Info

Publication number: CN103437276A
Application number: CN2013103910112A
Authority: CN
Inventors: 丁幼亮; 耿方方; 葛文浩; 宋永生
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-12-11

Abstract

本发明公开了一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，该斜拉桥包括主梁、桥墩和桥塔，主梁两端连接在桥墩上，桥塔通过斜拉索与主梁连接，所述的桥塔的数量为n个，每个桥塔与主梁连接处横向设置抗风支座，m个桥塔分别与主梁纵向约束，其余m-n个与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处纵向设置流体阻尼器，主梁各跨跨中竖向设置第一调频质量阻尼器，每个桥塔顶部横向设置第二调频质量阻尼器，n和m均为整数，且n≥3，1＜m＜n。该多塔斜拉桥采用纵向部分约束体系，对因强风作用引起的主梁和桥塔风致抖振反应具有良好的制振效果。

Description

一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥

技术领域

本发明属于桥梁结构工程领域，具体地说，涉及一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥。

背景技术

多塔斜拉桥是一种大跨度桥梁的结构型式，其桥塔数量大于2个。多塔斜拉桥和普通两塔斜拉桥相比，主梁长度更长，其受温度效应的影响显著增大。为此，采用部分桥塔与主梁纵向固结的纵向部分约束体系可以较好地适应较大的主梁温度变形。多塔斜拉桥纵向部分约束体系是指多塔斜拉桥的部分桥塔与主梁纵向约束，其余桥塔和所有桥墩与主梁纵向无约束。然而，采用纵向部分约束体系的多塔斜拉桥相比普通漂浮或者半漂浮体系斜拉桥，其风致抖振反应存在较大的差异。普通漂浮或者半漂浮体系斜拉桥，其所有桥塔与主梁均无纵向约束，因此，强风作用下桥塔的纵向内力抖振反应较小。相反，采用纵向部分约束体系的多塔斜拉桥由于部分桥塔与主梁纵向约束，与主梁纵向约束的桥塔在强风作用下的纵向内力抖振反应明显增大，并且明显大于其他与主梁纵向无约束的桥塔。

目前，对于普通漂浮或者半漂浮体系斜拉桥，常规的风致抖振响应的控制措施是在桥塔或者主梁上安装调频质量阻尼器，用于抑制桥塔或者主梁的风致抖振响应。但是这些控制措施应用于采用纵向部分约束体系的多塔斜拉桥时，存在以下不足：

①多塔斜拉桥采用纵向部分约束体系后，与主梁纵向约束的桥塔在强风作用下的纵向内力抖振反应显著大于其他与主梁纵向无约束的桥塔。常规的在主梁竖向设置调频质量阻尼器能够抑制与主梁纵向无约束的桥塔纵向内力抖振反应，但对于与主梁纵向约束的桥塔的纵向内力抖振反应的制振效果很差。这是因为，对于与主梁纵向无约束的桥塔，主梁竖向设置调频质量阻尼器能够抑制桥塔的纵向位移反应，进而减小桥塔的纵向内力反应。但对于与主梁纵向约束的桥塔，桥塔的纵向内力反应增大是由于塔梁联接处纵向固结引起的，无法通过抑制桥塔的纵向位移而减小这种增大作用，因此，对于与主梁纵向约束的桥塔纵向内力反应，在主梁竖向设置调频质量阻尼器的制振效果很差。

②大跨斜拉桥需要控制的风致抖振反应主要包括：主梁的竖向和横向位移抖振反应、桥塔的纵向和横向内力抖振反应和位移抖振反应。而常规的斜拉桥风致抖振反应控制措施是单独针对桥塔或主梁的。例如，为了控制桥塔的纵向和横向风致抖振反应，就需要在每个桥塔的顶部分别安装纵向和横向调频质量阻尼器；为了控制主梁的竖向和横向风致抖振反应，就需要在主梁每个梁跨跨中分别安装竖向和横向调频质量阻尼器。多塔斜拉桥桥塔和主梁的梁跨数量众多，因此，如果针对桥塔和主梁的每一种风致抖振反应都安装控制装置，则整个多塔斜拉桥控制装置的数量将非常多，不仅安装成本庞大，而且桥梁的桥塔和主梁安装空间有限，这种方式往往难以实施。

根据上述分析，针对采用纵向部分约束体系的多塔斜拉桥的风致抖振反应控制系统，需要从两方面综合考虑。首先，针对纵向部分约束的体系特点，寻找既能抑制与主梁纵向约束的桥塔纵向内力抖振反应的措施，又能抑制与主梁无纵向约束的桥塔纵向内力抖振反应的措施。第二，通过把握多塔斜拉桥主梁和桥塔的动力相互作用特点，寻找有效且经济合理的混合控制措施，能同时抑制主梁和桥塔的风致抖振反应。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，该多塔斜拉桥采用纵向部分约束体系，对因强风作用引起的主梁和桥塔风致抖振反应具有良好的制振效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，该斜拉桥包括主梁、桥墩和桥塔，主梁两端连接在桥墩上，桥塔通过斜拉索与主梁连接，所述的桥塔的数量为n个，每个桥塔与主梁连接处横向设置抗风支座，m个桥塔分别与主梁纵向约束，其余m-n个与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处纵向设置流体阻尼器，主梁各跨跨中竖向设置第一调频质量阻尼器，每个桥塔顶部横向设置第二调频质量阻尼器，n和m均为整数，且n≥3，1＜m＜n。

进一步：所述的抗风支座位于主梁的两个外侧面与桥塔塔柱的内侧面之间，抗风支座沿横向布置，每个桥塔与主梁外侧面连接处至少设置一个抗风支座。

进一步：所述的流体阻尼器的一端与桥塔连接，流体阻尼器的另一端与主梁连接，流体阻尼器沿纵向布置，且与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处至少设置一个流体阻尼器。

进一步：所述的第一调频质量阻尼器与主梁竖向连接，且在主梁各跨跨中至少设置一个第一调频质量阻尼器。

进一步：所述的第二调频质量阻尼器与桥塔顶部横向连接，且在每个桥塔顶部至少设置一个第二调频质量阻尼器。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）有效抑制因强风作用引起的桥塔纵向内力和位移抖振反应以及主梁竖向位移抖振反应。多塔斜拉桥采用纵向部分约束体系后，与主梁纵向约束的桥塔在强风作用下的纵向内力抖振反应显著大于其他与主梁纵向无约束的桥塔。常规的在主梁竖向设置调频质量阻尼器能够抑制与主梁纵向无约束的桥塔纵向内力抖振反应，但对于与主梁纵向约束的桥塔纵向内力抖振反应的制振效果很差。本发明在与主梁纵向无约束的桥塔和主梁联结处纵向设置流体阻尼器，能够有效抑制与主梁纵向约束的桥塔的纵向内力抖振反应，但是这种控制措施会增大其他与主梁纵向无约束的桥塔的纵向内力抖振反应，为此，进一步通过在主梁竖向设置调频质量阻尼器抑制与主梁纵向无约束的桥塔的纵向内力抖振反应。此外，多塔斜拉桥桥塔的纵向位移抖振反应主要是由于主梁的竖向振动引起的。因此，本发明采用桥塔和主梁连接处的纵向流体阻尼器和主梁各跨跨中的竖向第一调频质量阻尼器能够共同抑制因强风作用引起的桥塔纵向内力和位移抖振反应以及主梁竖向位移抖振反应。

（2）有效抑制因强风作用引起的桥塔横向内力和位移抖振反应以及主梁横向位移抖振反应。多塔斜拉桥桥塔与主梁连接处横向设置抗风支座后，主梁的横向位移抖振反应主要是由于桥塔的横向振动引起的。因此，本发明采用桥塔顶部的横向设置的第二调频质量阻尼器和桥塔与主梁联结处的横向抗风支座能够共同抑制因强风作用引起的桥塔横向内力和位移抖振反应以及主梁横向位移抖振反应。

附图说明

图1是本发明实施例的多塔斜拉桥结构示意图。

图2是本发明中主梁和桥塔连接处的纵向剖面示意图。

图3是本发明中主梁和桥塔连接处的横向剖面示意图。

图4是本发明的第一调频质量阻尼器在主梁各跨跨中位置示意图。

图5是本发明的第一调频质量阻尼器与主梁连接的纵向剖面示意图。

图6是本发明的第二调频质量阻尼器在各桥塔顶部位置示意图。

图7是本发明的第二调频质量阻尼器与桥塔连接的横向剖面示意图。

图中有：主梁1、第一桥塔2、第二桥塔3、第三桥塔4、第四桥塔5、第五桥塔6、第六桥塔7、流体阻尼器8、第一连接件9、桥塔下横梁10、第二连接件11、抗风支座12、桥塔塔柱13、第一跨14、第二跨15、第三跨16、第四跨17、第五跨18、第六跨19、第七跨20、第一调频质量阻尼器21、竖向连接件22、第一桥塔顶部23、第二桥塔顶部24、第三桥塔顶部25、第四桥塔顶部26、第五桥塔顶部27、第六桥塔顶部28、第二调频质量阻尼器29、第三连接件30、桥塔上横梁31。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

本发明的一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，包括主梁、桥墩和桥塔，主梁两端连接在桥墩上，桥塔通过斜拉索与主梁连接，所述的桥塔的数量为n个，每个桥塔与主梁连接处横向设置抗风支座，m个桥塔分别与主梁纵向约束，其余m-n个与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处纵向设置流体阻尼器，主梁各跨跨中竖向设置第一调频质量阻尼器，每个桥塔顶部横向设置第二调频质量阻尼器，n和m均为整数，且n≥3，1＜m＜n。

进一步，所述的抗风支座位于主梁的两个外侧面与桥塔塔柱的内侧面之间，抗风支座沿横向布置，每个桥塔与主梁外侧面连接处至少设置一个抗风支座。

进一步，所述的流体阻尼器的一端与桥塔连接，流体阻尼器的另一端与主梁连接，流体阻尼器沿纵向布置，且与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处至少设置一个流体阻尼器。

进一步，所述的第一调频质量阻尼器与主梁竖向连接，且在主梁各跨跨中至少设置一个第一调频质量阻尼器。

进一步，所述的第二调频质量阻尼器与桥塔顶部横向连接，且在每个桥塔顶部至少设置一个第二调频质量阻尼器。

上述结构的可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处纵向设置的流体阻尼器，以及主梁各跨跨中竖向设置的第一调频质量阻尼器，共同抑制因强风作用引起的桥塔纵向内力和位移抖振反应以及主梁竖向位移抖振反应。桥塔顶部的横向设置的第二调频质量阻尼器，以及桥塔与主梁连接处横向设置的抗风支座共同抑制因强风作用引起的桥塔横向内力和位移抖振反应以及主梁横向位移抖振反应，实现对多塔斜拉桥纵向部分约束体系因强风作用引起的主梁和桥塔风致抖振反应的抑制。

下面例举一个实施例。

如图1所示，六塔斜拉桥的结构示意图。六塔斜拉桥包括主梁1、第一桥塔2、第二桥塔3、第三桥塔4、第四桥塔5、第五桥塔6、第六桥塔7和桥墩，桥墩位于河道两侧，主梁1两端连接在桥墩上。其中，第二桥塔3和第五桥塔6分别与主梁1纵向约束，其余桥塔和所有桥墩与主梁1之间纵向无约束。流体阻尼器8分别纵向布置在第一桥塔2与主梁1连接处、第三桥塔4与主梁1连接处、第四桥塔5与主梁1连接处，以及第六桥塔7与主梁1连接处。如图2所示，流体阻尼器8的一端通过第一连接件9与桥塔下横梁10连接，另一端通过第二连接件11与主梁1连接。如图3所示，在第一桥塔2、第三桥塔4、第四桥塔5和第六桥塔7与主梁1的连接处至少有一个流体阻尼器8。抗风支座12布置在六个桥塔与主梁1的连接处。如图3所示，第一桥塔2、第二桥塔3、第三桥塔4、第四桥塔5、第五桥塔6和第六桥塔7与主梁1的连接处设置抗风支座12沿横向布置，设置于主梁1两外侧面与每个桥塔塔柱13的内侧面之间。

因本实施例中设置了六个桥塔6，故整个主梁1被分成7跨，即如图4所示的第一跨14、第二跨15、第三跨16、第四跨17、第五跨18、第六跨19、第七跨20。将第一调频质量阻尼器布置在主梁1各跨跨中处。如附图5所示，第一调频质量阻尼器21通过竖向连接件22与主梁1连接。在主梁各跨跨中处至少有一个第一调频质量阻尼器21。

如图6所示，将第二调频质量阻尼器29分别布置在第一桥塔顶部23、第二桥塔顶部24、第三桥塔顶部25、第四桥塔顶部26、第五桥塔顶部27、第六桥塔顶部28。如图7所示，第二调频质量阻尼器29通过第三连接件30与桥塔上横梁31横向连接。在每个桥塔顶部至少有一个调频质量阻尼器29。

该实施例中，与主梁1纵向无约束的第一桥塔2、第三桥塔4、第四桥塔5、第六桥塔7与主梁1连接处纵向设置的流体阻尼器8，以及主梁1各跨跨中处竖向设置的调频质量阻尼器21，可以共同抑制因强风作用引起的六个桥塔的纵向内力和位移抖振反应以及主梁1的竖向位移抖振反应。

六个桥塔与主梁1连接处横向设置的抗风支座12，以及各桥塔顶部横向设置的调频质量阻尼器29，可以共同抑制因强风作用引起的各个桥塔横向内力和位移抖振反应以及主梁1的横向位移抖振反应。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，该斜拉桥包括主梁、桥墩和桥塔，主梁两端连接在桥墩上，桥塔通过斜拉索与主梁连接，其特征在于：所述的桥塔的数量为n个，每个桥塔与主梁连接处横向设置抗风支座，m个桥塔分别与主梁纵向约束，其余m-n个与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处纵向设置流体阻尼器，主梁各跨跨中竖向设置第一调频质量阻尼器，每个桥塔顶部横向设置第二调频质量阻尼器，n和m均为整数，且n≥3，1＜m＜n。

2.如权利要求1所述的可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，其特征在于：所述的抗风支座位于主梁的两个外侧面与桥塔塔柱的内侧面之间，抗风支座沿横向布置，每个桥塔与主梁外侧面连接处至少设置一个抗风支座。

3.如权利要求1所述的可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，其特征在于：所述的流体阻尼器的一端与桥塔连接，流体阻尼器的另一端与主梁连接，流体阻尼器沿纵向布置，且与主梁纵向无约束的桥塔和主梁连接处至少设置一个流体阻尼器。

4.如权利要求1所述的可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，其特征在于：所述的第一调频质量阻尼器与主梁竖向连接，且在主梁各跨跨中至少设置一个第一调频质量阻尼器。

5.如权利要求1所述的可减少主梁和桥塔风致抖振反应的多塔斜拉桥，其特征在于：所述的第二调频质量阻尼器与桥塔顶部横向连接，且在每个桥塔顶部至少设置一个第二调频质量阻尼器。