CN110258317A - 一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置 - Google Patents

一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置 Download PDF

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柴小鹏
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汪正兴
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彭旭民
王梓宇
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刘鹏飞
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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Abstract

本发明公开了一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，涉及工程结构减振领域，双支撑阻尼器放大装置包括：阻尼器、第一刚臂、第二刚臂、第三刚臂、第四刚臂；阻尼器、第一刚臂和第二刚臂一端通过球铰O相连，第一刚臂的另一端与第一主梁的顶部通过球铰A固结，第二刚臂的另一端与第一主梁的底部或者与横梁通过球铰B固结；阻尼器的另一端与第三刚臂、第四刚臂的一端通过球铰C相连，第三刚臂的另一端与第二主梁的顶部通过球铰E固结，第四刚臂的另一端与第二主梁的底部或者与横梁通过球铰D固结。本发明的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，可以将两个主梁的结构位移均集成在同一个阻尼器上来进行控制，工程成本较低。

Description

一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置
技术领域
本发明涉及工程结构减振领域，具体涉及一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置。
背景技术
在桥梁工程中，由于地震自然灾害，或者桥梁使用年限过长等因素，都容易使得主梁结构体系发生结构位移，即主梁发生竖向振动。然而，桥梁主体一般较长，跨中响应较大，跨中位置施工不便，进而导致无法安装阻尼器，无法对其起到消能减震的作用。
现有技术中，通常会在桥梁结构中设置减震支座，从而使桥梁能够在发生结构位移时起到一定的减震作用，然而，减震支座的相对位移较小，当桥梁振幅较小时，减震支座感应不灵敏，使用该方法所起到的减震作用并不明显，无法满足当前的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，可以将两个主梁的结构位移均集成在同一个阻尼器上来进行控制，工程成本较低，而且通过对结构位移的放大，改变阻尼器的位移和出力，使阻尼器更好地发挥消能减震的作用。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，所述桥梁包括横梁、设于所述横梁上的两个主梁，两个所述主梁分别为第一主梁和第二主梁，所述双支撑阻尼器放大装置包括：阻尼器、第一刚臂、第二刚臂、第三刚臂、第四刚臂；
所述阻尼器、第一刚臂和第二刚臂一端通过球铰O相连，所述第一刚臂的另一端与所述第一主梁的顶部通过球铰A固结，所述第二刚臂的另一端与所述第一主梁的底部或者与所述横梁通过球铰B固结；
所述阻尼器的另一端与所述第三刚臂、第四刚臂的一端通过球铰C相连，所述第三刚臂的另一端与所述第二主梁的顶部通过球铰E固结，所述第四刚臂的另一端与所述第二主梁的底部或者与所述横梁通过球铰D固结；
同时，所述第一刚臂、第二刚臂、第三刚臂和第四刚臂沿所述阻尼器的中垂线对撑分布。
在上述技术方案的基础上，所述阻尼器、第一刚臂、第二刚臂、第三刚臂、第四刚臂共面。
在上述技术方案的基础上，所述阻尼器、第一刚臂、第二刚臂、第三刚臂、第四刚臂不共面。
在上述技术方案的基础上，所述阻尼器为油阻尼器、磁流变阻尼器或摩擦阻尼器。
在上述技术方案的基础上，所述第一刚臂的长度与第二刚臂的长度的差值大于所述第一主梁的最大结构位移。
在上述技术方案的基础上，所述第三刚臂的长度与第四刚臂的长度的差值大于所述第二主梁的最大结构位移。
在上述技术方案的基础上，所述阻尼器的位移放大倍数n的计算公式为：
n＝|OC-O’C|/AA’
其中，OC为桥梁发生结构位移前阻尼器的长度，O’C为桥梁发生结构位移后阻尼器的长度，AA’为桥梁发生的结构位移量。
在上述技术方案的基础上，设第一主梁发生结构位移前球铰O的坐标为原点，第二主梁发生结构位移前球铰C的坐标为(c,0)；
第一主梁发生结构位移后球铰O的位置记为O’，位置O’坐标为(x1,y1)，第二主梁发生结构位移后球铰C的位置记为C’，位置C’坐标为(x2,y2)，则O’坐标和C’坐标的计算公式如下：
其中，a为第一主梁发生结构位移前第一刚臂沿竖直方向的投影长度，α为第一主梁发生结构位移前第一刚臂与竖直方向的夹角，b为第一主梁发生结构位移前第二刚臂沿竖直方向的投影长度，β为第一主梁发生结构位移前第二刚臂与竖直方向的夹角，d为第一主梁发生的结构位移量，a、b为正数，α、β为锐角，d为实数；
γ为第二主梁发生结构位移前第三刚臂与竖直方向的夹角，ω为第二主梁发生结构位移前第四刚臂与竖直方向的夹角，e为第二主梁发生的结构位移量，γ、ω为锐角，e为实数。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，可以将两个主梁的结构位移均集成在同一个阻尼器上来进行控制，工程成本较低，而且通过对结构位移的放大，改变阻尼器的位移和出力，使阻尼器更好地发挥消能减震的作用。
附图说明
图1为本发明实施例中桥梁用的双支撑阻尼器放大装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中桥梁用的双支撑阻尼器放大装置的坐标示意图。
图中：1-横梁，2-第一主梁，3-第二主梁，4-阻尼器，5-第一刚臂，6-第二刚臂，7-第三刚臂，8-第四刚臂。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，所述桥梁包括横梁1、设于所述横梁1上的两个主梁，两个所述主梁分别为第一主梁2和第二主梁3，所述双支撑阻尼器放大装置包括：阻尼器4、第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7、第四刚臂8；
所述阻尼器4、第一刚臂5和第二刚臂6一端通过球铰O相连，所述第一刚臂5的另一端与所述第一主梁2的顶部通过球铰A固结，所述第二刚臂6的另一端与所述第一主梁2的底部或者与所述横梁1通过球铰B固结；
所述阻尼器4的另一端与所述第三刚臂7、第四刚臂8的一端通过球铰C相连，所述第三刚臂7的另一端与所述第二主梁3的顶部通过球铰E固结，所述第四刚臂8的另一端与所述第二主梁3的底部或者与所述横梁1通过球铰D固结；
同时，所述第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7和第四刚臂8沿所述阻尼器4的中垂线对撑分布。
在实际使用中，所述阻尼器4、第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7、第四刚臂8可以共面，也可以不共面。不仅可以进行平面振动放大，也可以进行空间振动放大，从而实现桥梁结构中三维振动位移的放大。
优选地，所述阻尼器4为油阻尼器、磁流变阻尼器或摩擦阻尼器等，特别适用于对位移和速度敏感的阻尼器，可有效提高阻尼器位移和出力，使阻尼器更好地发挥消能减震的作用。
进一步地，所述第一刚臂5的长度与第二刚臂6的长度的差值大于所述第一主梁2的最大结构位移，所述第三刚臂7的长度与第四刚臂8的长度的差值大于所述第二主梁3的最大结构位移，从而保证第一刚臂5和第二刚臂6活动的圆形轨迹始终存在交点，且第三刚臂7和第四刚臂8活动的圆形轨迹也始终存在交点。
参见图2所示，当所述阻尼器4、第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7、第四刚臂8共面时，所述阻尼器4的位移放大倍数n的计算公式为：
n＝|OC-O’C’|/c
其中，OC为桥梁发生结构位移前阻尼器的长度，O’C’为桥梁发生结构位移后阻尼器的长度，c为桥梁发生的结构位移量。
设第一主梁2发生结构位移前球铰O的坐标为原点，第二主梁3发生结构位移前球铰C的坐标为(c,0)；
第一主梁2发生结构位移后球铰O的位置记为O’，位置O’坐标为(x1,y1)，第二主梁3发生结构位移后球铰C的位置记为C’，位置C’坐标为(x2,y2)，则O’坐标和C’坐标的计算公式如下：
其中，a为第一主梁2发生结构位移前第一刚臂5沿竖直方向的投影长度，α为第一主梁2发生结构位移前第一刚臂5与竖直方向的夹角，b为第一主梁2发生结构位移前第二刚臂6沿竖直方向的投影长度，β为第一主梁2发生结构位移前第二刚臂6与竖直方向的夹角，d为第一主梁2发生的结构位移量，a、b为正数，α、β为锐角，d为实数；
γ为第二主梁3发生结构位移前第三刚臂7与竖直方向的夹角，ω为第二主梁3发生结构位移前第四刚臂8与竖直方向的夹角，e为第二主梁3发生的结构位移量，γ、ω为锐角，e为实数。
根据上述计算公式，可以得到位置O’和C’的坐标，进而计算出阻尼器的放大倍数。通过调整第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7、第四刚臂8的长度、夹角α、β、γ、ω，可以实现阻尼器不同倍数的位移放大，产生较好的放大效果。
在本发明实施例中，c＝3000mm，a＝2000mm，b＝1000mm，夹角α＝γ＝10°，β＝ω＝5°，d＝e＝-10mm，通过两圆方程求解出交点O’和C’的坐标，计算公式如下：
通过计算机解方程可求得交点O’坐标为(34.46,-3.62)，交点C’坐标为(2965.5,-3.62)，阻尼器位移为-68.7mm，位移放大倍数达到6.87倍。
分析可知，放大倍数影响因素主要包括第一刚臂5、第二刚臂6、第三刚臂7、第四刚臂8的长度、夹角α、β、γ、ω，的大小、以及第一主梁2发生的结构位移量d、第二主梁3发生的结构位移量e的大小，设计时应综合考虑各项参数对放大系数的影响。保持其他参数不变，分别分析第一主梁2发生的结构位移量d、第二主梁3发生的结构位移量e的大小对放大倍数n的影响如表1所示，放大系数可达到3倍以上。
表1结构位移量d和e的大小对放大倍数n的影响
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。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 (8)

1.一种桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，所述桥梁包括横梁(1)、设于所述横梁(1)上的两个主梁，两个所述主梁分别为第一主梁(2)和第二主梁(3)，其特征在于，所述双支撑阻尼器放大装置包括：阻尼器(4)、第一刚臂(5)、第二刚臂(6)、第三刚臂(7)、第四刚臂(8)；
所述阻尼器(4)、第一刚臂(5)和第二刚臂(6)一端通过球铰O相连，所述第一刚臂(5)的另一端与所述第一主梁(2)的顶部通过球铰A固结，所述第二刚臂(6)的另一端与所述第一主梁(2)的底部或者与所述横梁(1)通过球铰B固结；
所述阻尼器(4)的另一端与所述第三刚臂(7)、第四刚臂(8)的一端通过球铰C相连，所述第三刚臂(7)的另一端与所述第二主梁(3)的顶部通过球铰E固结，所述第四刚臂(8)的另一端与所述第二主梁(3)的底部或者与所述横梁(1)通过球铰D固结；
同时，所述第一刚臂(5)、第二刚臂(6)、第三刚臂(7)和第四刚臂(8)沿所述阻尼器(4)的中垂线对撑分布。
2.如权利要求1所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述阻尼器(4)、第一刚臂(5)、第二刚臂(6)、第三刚臂(7)、第四刚臂(8)共面。
3.如权利要求1所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述阻尼器(4)、第一刚臂(5)、第二刚臂(6)、第三刚臂(7)、第四刚臂(8)不共面。
4.如权利要求1所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述阻尼器(4)为油阻尼器、磁流变阻尼器或摩擦阻尼器。
5.如权利要求1所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述第一刚臂(5)的长度与第二刚臂(6)的长度的差值大于所述第一主梁(2)的最大结构位移。
6.如权利要求1所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述第三刚臂(7)的长度与第四刚臂(8)的长度的差值大于所述第二主梁(3)的最大结构位移。
7.如权利要求2所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：所述阻尼器(4)的位移放大倍数n的计算公式为：
n＝|OC-O’C|/AA’
其中，OC为桥梁发生结构位移前阻尼器的长度，O’C为桥梁发生结构位移后阻尼器的长度，AA’为桥梁发生的结构位移量。
8.如权利要求2所述的桥梁用的双支撑阻尼器放大装置，其特征在于：
设第一主梁(2)发生结构位移前球铰O的坐标为原点，第二主梁(3)发生结构位移前球铰C的坐标为(c,0)；
第一主梁(2)发生结构位移后球铰O的位置记为O’，位置O’坐标为(x1,y1)，第二主梁(3)发生结构位移后球铰C的位置记为C’，位置C’坐标为(x2,y2)，则O’坐标和C’坐标的计算公式如下：
其中，a为第一主梁(2)发生结构位移前第一刚臂(5)沿竖直方向的投影长度，α为第一主梁(2)发生结构位移前第一刚臂(5)与竖直方向的夹角，b为第一主梁(2)发生结构位移前第二刚臂(6)沿竖直方向的投影长度，β为第一主梁(2)发生结构位移前第二刚臂(6)与竖直方向的夹角，d为第一主梁(2)发生的结构位移量，a、b为正数，α、β为锐角，d为实数；
γ为第二主梁(3)发生结构位移前第三刚臂(7)与竖直方向的夹角，ω为第二主梁(3)发生结构位移前第四刚臂(8)与竖直方向的夹角，e为第二主梁(3)发生的结构位移量，γ、ω为锐角，e为实数。
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