CN108589511A - 一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，包括横向稳定缆绳、受拉支座、横向支撑、变截面弧形槽支座、阻尼装置和配重块，横向稳定缆绳贯穿并连接受拉支座、横向支撑和变截面弧形槽支座在桥跨处与桥梁形成三角形布置，横向稳定缆绳在桥塔处与阻尼装置相连，受拉支座与横向支撑安装于桥跨上，变截面弧形槽支座、阻尼装置和配重块安装于桥塔上且三者自上而下处于同一垂线上，横向稳定缆绳在与受拉支座、横向支撑、弧形槽支座相连接并张拉后，同一桥跨上两变截面弧形槽支座间的横向稳定缆绳所形成的多道折线共面且该面平行于桥面所在平面。本发明无需改变桥梁自身结构，适用于各种新建或已建的大跨度桥梁。

Description

一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统

技术领域

本发明涉及一种抑制大跨桥梁横向变形、振动的控制系统，特别是涉及一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统。

背景技术

大跨度桥梁通常是跨越江河、海峡等宽阔地域，这些区域往往有较大的风作用于桥梁之上。同时，大跨度桥梁相对其他桥梁，刚度小、柔度大。这种特殊性使其在横向风作用下,容易产生横向变形和横向振动。桥梁的横向变形及振动过大将会影响桥梁的正常使用，甚至会引起桥梁结构出现疲劳破坏，严重时还会导致桥梁结构的整体破坏,对桥梁结构的安全以及桥上车辆的运行安全和旅客的乘坐舒适度带来很大的影响。故对于大跨度桥梁的横向振动控制具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统, 该控制系统可有效抑制桥梁的横向小变形，削弱桥梁的横向大变形；可有效抑制桥梁横向的高频振动，减弱桥梁横向的低频振动。无需改变桥梁自身结构，适用于各种新建或已建的大跨度桥梁。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案是：

一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，包括有两组控制装置，两组控制装置对称布置在桥面两侧，所述的控制装置包括有横向稳定缆绳、受拉支座、横向支撑、变截面弧形槽支座、阻尼装置和配重块，所述的横向稳定缆绳依次贯穿并连接受拉支座、横向支撑和变截面弧形槽支座在桥跨处与桥梁形成三角形布置，横向稳定缆绳在桥塔处与阻尼装置相连，受拉支座、横向支撑和变截面弧形槽支座安装于同一条水平线上，受拉支座与横向支撑安装于桥跨上，变截面弧形槽支座、阻尼装置和配重块安装于桥塔上且三者自上而下处于同一垂线上，变截面弧形槽支座、阻尼装置与配重块三者之间等间距设置，横向稳定缆绳在与受拉支座、横向支撑、弧形槽支座、相连接并张拉后，同一桥跨上两变截面弧形槽支座间的横向稳定缆绳所形成的多道折线共面且该面平行于桥面所在平面。

进一步地，所述的横向稳定缆绳采用柔性绳索制成，所述的横向稳定缆绳的两端分别与其所在侧的桥跨两端桥塔处的带齿纵杆顶端相连接，横向稳定缆绳中间连接并作用于横向支撑、受拉支座和变截面弧形槽支座。

进一步地，所述的横向支撑安装在桥面侧边，横向支撑的底部设置有带孔耳板，顶部设置有弧形凹槽及防脱扣。

进一步地，所述的受拉支座安装在桥面侧边，置于两横向支撑之间，受拉支座的底部设置有带孔耳板，顶部设置有滑轮。

进一步地，所述的阻尼装置包括有带齿纵杆、限位板、齿轮、螺旋桨、阻尼箱和固定架，所述的齿轮、阻尼箱、固定架均对称设置，齿轮及阻尼箱由固定架支撑，阻尼箱内部设置有由齿轮带动的螺旋桨，并密封有阻尼液，带齿纵杆从阻尼装置外箱中间纵向穿过，带动齿轮转动，从而带动螺旋桨在密封有阻尼液的阻尼箱内转动。

进一步地，所述的带齿纵杆是一根两侧边带齿的刚性纵杆，上端有圆形的缆绳接口，临近缆绳接口下方，带齿纵杆与限位板刚接，带齿纵杆最下端与配重块连接。

进一步地，所述的阻尼装置安装在桥塔上，位于变截面弧形槽支座的下方。

本发明所具有的优点与有益效果是：

本发明为一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，包括两组控制装置，两组控制装置对称布置在桥面两侧，两侧控制装置无相互作用，各自作用于桥梁一侧。当桥跨向一侧发生弯曲时，凸侧的控制系统，其横向稳定缆绳拉升配重块并将推力作用于桥面凸侧，控制其变形、振动。凹侧的控制系统，由于限位板的限位作用，横向稳定缆绳由预拉力状态变为松弛状态，配重块处于最低点无位移。凹侧控制系统对桥面不施加作用力。由于具有横向稳定缆绳在与受拉支座、横向支撑、弧形槽支座、相连接并张拉后，同一桥跨上两变截面弧形槽支座间的横向稳定缆绳所形成的多道折线共面且该面平行于桥面所在平面这样的结构，因此，多折线共面将避免力在不同方向上力的分量，以减小横向稳定缆绳不必要的受力，增强安全性。

本发明适用于大跨度桥梁结构，为悬索桥等大跨度桥梁提供了一种抑制横向变形及横向振动的控制系统，用于改善不利于桥梁安全及使用的桥梁的横向振动及横向变形。该横向振动控制系统利用桥梁结构的横向大空间特点，采用带阻尼的张拉索结构。该控制系统可有效抑制桥梁的横向小变形，削弱桥梁的横向大变形；可有效抑制桥梁横向的高频振动，减弱桥梁横向的低频振动。本发明无需改变桥梁自身结构，适用于各种新建或已建的大跨度桥梁，具有适用范围广、安装方便、传力路径明确等优点。

附图说明

图1为本发明一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统的主视图。

图2为本发明一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统的俯视图。

图3为本发明一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统工作原理示意图。

图4为受拉支座结构示意图。

图5为横向支撑结构示意图。

图6为变截面弧形槽支座小截面侧结构示意图。

图7为变截面弧形槽支座大截面侧视角结构示意图。

图8为阻尼装置、配重的平面图。

图9为阻尼装置、配重的俯视图。

图10为图8中1-1处剖面图。

图11为图8中2-2处剖面图。

图12为图11中3-3处剖面图。

图中：1—横向稳定缆绳；2—受拉支座；3—横向支撑；4—变截面弧形槽支座；5—阻尼装置；6—配重块；7—耳板；8—滑轮；9—防脱扣；10—变截面弧形顶槽；11—垂向缆槽；12—带齿纵杆；13—缆绳接口；14—限位板；15—齿轮；16—螺旋桨；17—阻尼箱；18—固定架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-12所示，本发明是一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，包括有两组控制装置，两组控制装置对称布置在桥面两侧，两侧控制装置无相互作用，各自作用于桥梁一侧。所述的控制装置包括有横向稳定缆绳1、受拉支座2、横向支撑3、变截面弧形槽支座4、阻尼装置5和配重块6，所述的横向稳定缆绳1依次贯穿并连接受拉支座2、横向支撑3和变截面弧形槽支座4在桥跨处与桥梁形成三角形布置，横向稳定缆绳1在桥塔处与阻尼装置5相连，受拉支座2、横向支撑3和变截面弧形槽支座4安装于同一条水平线上，受拉支座2与横向支撑3安装于桥跨上，变截面弧形槽支座4、阻尼装置5和配重块6安装于桥塔上且三者自上而下处于同一垂线上，变截面弧形槽支座4、阻尼装置5与配重块6三者之间等间距设置，横向稳定缆绳1在与受拉支座2、横向支撑3弧形槽支座4相连接并张拉后，同一桥跨上两变截面弧形槽支座4间即桥跨部位的横向稳定缆绳1形成的多道折线共面且该面平行于桥面所在平面。

如图1、2所示，所述的横向稳定缆绳1采用柔性绳索制成，所述的横向稳定缆绳1的两端分别与其所在侧的桥跨两端桥塔处的带齿纵杆12顶端相连接，在阻尼装置5、配重块6作用下，横向稳定缆绳1中间连接并作用于横向支撑3、受拉支座2和变截面弧形槽支座4。是控制系统的主要传力构件。横向稳定缆绳1受拉力，可采用抗拉强度大、弹性小、具有一定柔性的材质，例如钢丝锁。初始安装时，保证限位板14与阻尼装置外箱接触，并根据实际工程需要调节横向稳定缆绳1的初始索力，以抑制合适的小振及变形范围。两变截面弧形槽支座4间的横向稳定缆绳1所成平面与桥面平行。

如图5所示，所述的横向支撑3安装在桥面两侧边，通过受拉的横向稳定缆绳1的压力作用，将控制力直接作用于桥跨部分，以抑制减弱桥梁振动、变形。横向支撑3的底部有带孔耳板7，可与桥面侧面通过螺栓或焊缝连接，其顶部有弧形凹槽及防脱扣9。横向稳定缆绳1通过并作用于凹槽，防脱扣9用于防止横向稳定缆绳1在拉力松懈时从凹槽中脱落。横向支撑越长，越小，桥梁受到横向支撑的控制作用越大，其中N是缆绳的拉力，静力时是配重块6的重量。横向稳定缆绳1的拉力利用率越大，安全性越高。

如图4所示，所述的受拉支座2安装在桥面两侧边，置于两横向支撑3之间，受到横向稳定缆绳1的拉力作用。其作用在于改变横向稳定缆绳1的方向，减小的角度，提高控制效率，防止横向稳定缆绳1受力过大。同时的角度不变的情况下，可以减小横向支撑3的外伸长度，节约材料，同时提高控制系统的安全性。受拉支座2的底部有带孔耳板7，可与桥跨侧面通过螺栓或焊缝连接，其顶部有滑轮8，用于横向稳定缆绳1的低阻滑动。

如图6、7所示，所述的变截面弧形槽支座4安装于桥塔之上，其作用在于支撑横向稳定缆绳1由横向形态转为垂向形态并在当桥梁变形时，为横向稳定缆绳1提供低阻滑动支持。变截面弧形槽支座4在的底部有带孔耳板7，可与桥塔侧面或牛腿通过螺栓或焊缝连接。变截面弧形槽支座4顶部有变截面弧形顶槽10，该槽采用变截面设计，一侧弧形槽截面较小刚好容纳缆绳，另一侧弧形槽截面逐渐过渡变大，为桥梁变形时横向稳定缆绳1在变截面弧形槽支座4上提供变向空间。变截面弧形顶槽10内镶嵌有若干滚珠，用于横向稳定缆绳1在其内低阻滑动。变截面弧形槽支座4一侧有垂向缆槽11，其与变截面弧形顶槽10小槽口相接，用于横向稳定缆绳1垂向滑动。

如图8-12所示，所述的阻尼装置5安装于桥塔之上，位于变截面弧形槽支座4下方，为桥梁的横向变形和振动提供阻尼。其作用在于减小桥梁横向的振动频率，逐渐降低桥梁横向振动幅值。阻尼装置5包括有带齿纵杆12、限位板14、齿轮15、螺旋桨16、阻尼箱17和固定架18，在阻尼装置5外箱内部有两个齿轮15、四个阻尼箱17及若干固定架18。所述的齿轮15、阻尼箱17、固定架18均对称设置，齿轮15及阻尼箱17由固定架18支撑。阻尼箱17内部有可由齿轮带动的螺旋桨16，并密封有阻尼液。带齿纵杆12从阻尼装置5外箱中间纵向穿过，当带齿纵杆12在横向稳定缆绳1作用下移动时，带动两个齿轮15转动，从而带动螺旋桨16在密封有阻尼液的阻尼箱17内转动。最终为控制系统提供阻尼。

所述的带齿纵杆12是一根两侧边带齿的刚性纵杆，上端有圆形的缆绳接口13用于连接从上方变截面弧形槽支座4垂下的横向稳定缆绳1。临近缆绳接口13下方，带齿纵杆12与限位板14刚接。限位板14的作用在于，当桥跨向对侧凸出弯曲时，保证该侧边的配重块6不在重力作用下下滑，使此时的横向稳定缆绳1松弛，从而保证该侧横向支撑3不在作用于桥梁，避免对侧凸出弯曲变形的加重。限位板14的初始位置与阻尼装置外箱接触。带齿纵杆12的长度在一定程度上决定了桥跨横向变形的程度。带齿纵杆12下端与配重块6连接。配重块的作用在于为横向稳定缆绳1提供张力，为该控制系统提供刚度及控制力。配重块6的重量及横向稳定缆绳1初始索力决定了小振及小变形的抑制范围，决定了大变形及大振的控制力度。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：包括有两组控制装置，两组控制装置对称布置在桥面两侧，所述的控制装置包括有横向稳定缆绳（1）、受拉支座（2）、横向支撑（3）、变截面弧形槽支座（4）、阻尼装置（5）和配重块（6），所述的横向稳定缆绳（1）依次贯穿并连接受拉支座（2）、横向支撑（3）和变截面弧形槽支座（4）在桥跨处与桥梁形成三角形布置，横向稳定缆绳（1）在桥塔处与阻尼装置（5）相连，受拉支座（2）、横向支撑（3）和变截面弧形槽支座（4）安装于同一条水平线上，受拉支座（2）与横向支撑（3）安装于桥跨上，变截面弧形槽支座（4）、阻尼装置（5）和配重块（6）安装于桥塔上且三者自上而下处于同一垂线上，变截面弧形槽支座（4）、阻尼装置（5）与配重块（6）三者之间等间距设置，横向稳定缆绳（1）在与受拉支座（2）、横向支撑（3）、弧形槽支座（4）相连接并张拉后，同一桥跨上两变截面弧形槽支座（4）间的横向稳定缆绳（1）所形成的多道折线共面且该面平行于桥面所在平面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的横向稳定缆绳（1）采用柔性绳索制成，所述的横向稳定缆绳（1）的两端分别与其所在侧的桥跨两端桥塔处的带齿纵杆（12）顶端相连接，横向稳定缆绳（1）中间连接并作用于横向支撑（3）、受拉支座（2）和变截面弧形槽支座（4）。

3.根据权利要求1所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的横向支撑（3）安装在桥面侧边，横向支撑（3）的底部设置有带孔耳板（7），顶部设置有弧形凹槽及防脱扣（9）。

4.根据权利要求1所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的受拉支座（2）安装在桥面侧边，置于两横向支撑（3）之间，受拉支座（2）的底部设置有带孔耳板，顶部设置有滑轮（8）。

5.根据权利要求1所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的变截面弧形槽支座（4）安装于桥塔上，变截面弧形槽支座（4）的底部设置有带孔耳板，顶部设置有变截面弧形顶槽（10），该槽两侧弧形槽截面大小不同，变截面弧形顶槽（10）内镶嵌有若干滚珠，变截面弧形槽支座（4）一侧有垂向缆槽（11），其与变截面弧形顶槽（10）小槽口相接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的阻尼装置（5）包括有带齿纵杆（12）、限位板（14）、齿轮（15）、螺旋桨（16）、阻尼箱（17）和固定架（18），所述的齿轮（15）、阻尼箱（17）、固定架（18）均对称设置，齿轮（15）及阻尼箱（17）由固定架（18）支撑，阻尼箱（17）内部设置有由齿轮带动的螺旋桨（16），并密封有阻尼液，带齿纵杆（12）从阻尼装置（5）外箱中间纵向穿过，带动齿轮（15）转动，从而带动螺旋桨（16）在密封有阻尼液的阻尼箱（17）内转动。

7.根据权利要求6所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的带齿纵杆（12）是一根两侧边带齿的刚性纵杆，上端有圆形的缆绳接口（13），临近缆绳接口（13）下方，带齿纵杆（12）与限位板（14）刚接，带齿纵杆（12）最下端与配重块（6）连接。

8.根据权利要求6所述的一种适用于大跨桥梁的带阻尼横向振动控制系统，其特征在于：所述的阻尼装置（5）安装在桥塔上，位于变截面弧形槽支座（4）的下方。