CN110835886A - 桥墩减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥墩减震装置，包括基座、竖向减振机构、横向减振机构和顶板；所述竖向减振机构包括支撑座，设置于所述支撑座与基座之间的螺旋弹簧，设置于所述基座内、用于对所述支撑座沿竖直方向的振动施加阻尼作用的磁流变液阻尼器；所述横向减振机构包括位于所述顶板与支撑座之间的椭球状弹性滚子和用于对所述椭球状弹性滚子的转动施加阻尼作用的磁流变液旋转阻尼器；所述顶板的底部和支撑座的顶面形成有与所述椭球状弹性滚子配合的椭球面；本装置利用磁流变液阻尼器在冲击载荷下可以“智能”地调节自身刚度来改变结构的固有频率来抵抗冲击力和大变形，在桥梁受到冲击及振动的紧急时刻，能进一步通过调节磁流变液阻尼器的阻尼比去缓减冲击振动能量的传递并抑制墩‑梁移位。

Description

桥墩减震装置

技术领域

本发明涉及桥梁领域，特别涉及一种桥墩减震装置。

背景技术

桥梁在面临地震、爆炸、车辆过载与撞击、船撞桥墩等大载荷作用威胁时，常在墩-梁结合处产生很大的冲击破坏力和移位，轻则引起墩-梁结构损伤、重则造成坍塌，给人民生命财产和国民经济发展带来危害。目前，降低墩-梁结构在大冲击载荷下的动态响应并提高其缓冲隔振能力，已成为桥梁结构抗冲防护工程领域亟待解决的关键问题。

为了提高桥墩隔减振及缓冲能力，通常在桥的梁与墩(台)之间设置被动支座 (如钢支座、橡胶支座、特殊抗震支座等类型)，它具有较高的垂向刚度和较低的水平弹性(刚度)，能够一定程度地通过延长结构振动周期来减少冲击振动对桥梁上部结构的破坏力。传统被动支座在一般振动载荷作用下虽然具有良好的隔减振性能，但在大载荷冲击下却无法“智能”地调节自身刚度、提升竖向强度来抵抗冲击力和大变形，也无法产生较大的阻尼/形变来耗散瞬间大能量，因而在大水平剪切力作用下会产生破坏性的位移，总体上缺乏良好的抗冲击和振动隔离的兼容能力，成为桥梁结构安全体系中的最薄弱环节，常引发墩-梁移位、落梁等震害发生，给墩-梁结构的抗冲防护带来极大的隐患。

针对这种情况，需要一种桥墩减震装置，该装置利用磁流变液阻尼器在冲击载荷下可以“智能”地调节自身刚度来改变结构的固有频率来抵抗冲击力和大变形，在桥梁受到冲击及振动的紧急时刻，能进一步通过调节磁流变液阻尼器的阻尼比去缓减冲击振动力(能量)的传递并抑制墩-梁移位。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种桥墩减震装置，不但结构简单，满足了桥梁的减振需要，而且提高了桥梁水平刚度。

本发明的桥墩减震装置，包括基座、竖向减振机构、横向减振机构和顶板；

所述竖向减振机构包括支撑座，设置于所述支撑座与基座之间的螺旋弹簧，设置于所述基座内、用于对所述支撑座沿竖直方向的振动施加阻尼作用的磁流变液阻尼器；

所述横向减振机构包括位于所述顶板与支撑座之间的椭球状弹性滚子和用于对所述椭球状弹性滚子的转动施加阻尼作用的磁流变液旋转阻尼器；所述顶板的底部和支撑座的顶面形成有与所述椭球状弹性滚子配合的椭球面。

进一步，所述磁流变液阻尼器包括填充有磁流变液的活塞筒，沿轴向伸入所述活塞筒内的活塞杆，固定于所述活塞杆上的活塞和缠绕于所述活塞筒外的电磁线圈；所述活塞上设有使磁流变液通过的阻尼孔。

进一步，所述磁流变液旋转阻尼器包括与所述支撑座固定且填充有磁流变液的壳体，位于所述壳体内且可转动的阻尼板，同轴连接于所述阻尼板与椭球状弹性滚子之间的连接杆，以及缠绕于所述壳体外的电磁线圈。

进一步，所述支撑座包括支撑板和一体式连接于所述支撑板底部的支撑柱；所述活塞筒的顶部一体式设置有与所述支撑柱滑动配合的安装套；所述安装套内设有层叠式设置的多个膜片弹簧。

进一步，所述活塞筒与基座内壁之间填充有蜂窝材料；所述蜂窝材料内填充有吸能材料。

进一步，所述支撑座自然状态下，所述膜片弹簧层叠高度小于其所处的安装空间的竖向尺寸。

本发明的有益效果：本发明的桥墩减震装置，当主梁或桥墩发生竖直方向震动时，支撑座与基座之间沿竖直方向将发生相对移动，利用二者之间的螺旋弹簧削减二者之间的冲击作用；在此过程中，磁流变液阻尼器的活塞将在活塞筒中沿轴向往复滑动，活塞筒中的磁流变液将反复流过活塞上的阻尼孔，实现对振动能量的消减；另一方面，顶板与支撑座之间设有椭球状弹性滚子，当梁体或桥墩发生水平振动时，滚子将发生一定程度的往复转动，从而隔离主梁与桥段之间的振动；椭球状滚子转动时，将受到磁流变液旋转阻尼器施加的阻尼作用，实现对振动能量的消减。本实施例中，通过控制磁流变液阻尼器或磁流变液旋转阻尼器中电流的大小，可以控制阻尼器中磁流变液的粘度，最终实现对阻尼器阻尼作用大小的适应性调节。桥墩和主梁上可安装有用于检测其振幅的传感器，通过传感器采集桥墩或主梁的振幅，控制磁流变液阻尼器或磁流变液旋转阻尼器的通电电流，使得主梁或桥墩在冲击载荷下可以“智能”地调节自身刚度来改变结构的固有频率(振动周期)，从而抵抗冲击力和大变形。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明的磁流变液旋转阻尼器的结构示意图

1-磁流变液旋转阻尼器 2-顶板 3-椭球状弹性滚子 4-支撑座 5-螺旋弹簧 6-膜片弹簧 7-蜂窝材料 8-基座 9-活塞筒 10-导向座 11-活塞杆 12-活塞 13- 连接杆14-轴承 15-阻尼板 16-壳体。

具体实施方式

图1为本发明结构示意图，如图所示：本实施例的桥墩减震装置，包括基座、竖向减振机构、横向减振机构和顶板；

所述竖向减振机构包括支撑座4，设置于所述支撑座4与基座8之间的螺旋弹簧5，设置于所述基座8内、用于对所述支撑座4沿竖直方向的振动施加阻尼作用的磁流变液阻尼器；所述横向减振机构包括位于所述顶板2与支撑座4之间的椭球状弹性滚子3和用于对所述椭球状弹性滚子3的转动施加阻尼作用的磁流变液旋转阻尼器1；所述顶板2的底部和支撑座4的顶面形成有与所述椭球状弹性滚子3配合的椭球面。

本实施例中，基座8可以安装于墩柱上，顶板2支撑主梁，当主梁或桥墩发生竖直方向震动时，支撑座4与基座8之间沿竖直方向将发生相对移动，利用二者之间的螺旋弹簧5削减二者之间的冲击作用；在此过程中，活塞12将在活塞 12筒9中沿轴向往复滑动，活塞12筒9中的磁流变液将反复流过活塞12上的阻尼孔，实现对振动能量的消减；另一方面，顶板2与支撑座4之间设有椭球状弹性滚子3，当梁体或桥墩发生水平振动时，滚子将发生一定程度的往复转动，从而隔离主梁与桥段之间的振动；椭球状滚子转动时，将受到磁流变液旋转阻尼器1施加的阻尼作用，实现对振动能量的消减。本实施例中，通过控制磁流变液阻尼器或磁流变液旋转阻尼器1中电流的大小，可以控制阻尼器中磁流变液的粘度，最终实现对阻尼器阻尼作用大小的适应性调节。桥墩和主梁上可安装有用于检测其振幅的传感器，通过传感器采集桥墩或主梁的振幅，控制磁流变液阻尼器或磁流变液旋转阻尼器1的通电电流，使得主梁或桥墩在冲击载荷下可以“智能”地调节自身刚度来改变结构的固有频率(振动周期)，从而抵抗冲击力和大变形。

本实施例中，所述磁流变液阻尼器包括填充有磁流变液的活塞12筒9，沿轴向伸入所述活塞12筒9内的活塞杆11，固定于所述活塞杆11上的活塞12和缠绕于所述活塞12筒9外的电磁线圈；所述活塞12上设有使磁流变液通过的阻尼孔；本实施例中，活塞杆11的上端通过螺纹与支撑座4底部连接，活塞杆11 的下端与设置在活塞12筒9底部的导向座10滑动配合，活塞12固定于活塞杆 11的中部，活塞12将整个活塞12筒9的内腔分隔为上腔体和下腔体，当桥墩或主梁发生竖直振动时，将带动活塞12上下滑动，磁流变液将通过活塞12上的阻尼孔在上腔体和下腔体之间来回流动，从而产生阻尼作用。

本实施例中，所述磁流变液旋转阻尼器1包括与所述支撑座4固定且填充有磁流变液的壳体16，位于所述壳体16内且可转动的阻尼板15，同轴连接于所述阻尼板15与椭球状弹性滚子3之间的连接杆13，以及缠绕于所述壳体16外的电磁线圈；阻尼板15上也分布有阻尼孔，连接杆13的一端从壳体16端部的过孔伸入到壳体16内与阻尼板15固定连接，连接杆13的过孔内可安装有轴承14 从而支承连接杆13转动；当然，连接杆13与壳体16的过孔之间还应安装密封圈，避免磁流变液泄漏；连接杆13与滚子之间通过挠性联轴器连接，因此，磁流变液旋转阻尼器1安装时允许连接杆13轴线与滚子轴线之间存在一定偏差，减小安装难度。

本实施例中，所述支撑座4包括支撑板和一体式连接于所述支撑板底部的支撑柱；所述活塞12筒9的顶部一体式设置有与所述支撑柱滑动配合的安装套；所述安装套内设有层叠式设置的多个膜片弹簧6。膜片弹簧6具有轴向尺寸较小的优点，其支撑刚度大，承载能力较强；另外，多个膜片弹簧6层叠后形成的弹性体，即使其中一个或几个膜片弹簧6破坏后，其也具有弹性支撑的作用，可靠性极高。

本实施例中，所述活塞12筒9与基座8内壁之间填充有蜂窝材料7；所述蜂窝材料7内填充有吸能材料，蜂窝材料7可以采用高分子材料制作的蜂窝板，其内部的空腔内填充有吸能材料，如沙土颗粒等；振动时，沙土颗粒之间的摩擦碰撞，将削减振动的传递，达到消声减振的效果。

本实施例中，所述支撑座4在自然状态下，所述膜片弹簧6层叠高度小于其所处的安装空间的竖向尺寸；也就是说，当主梁或桥墩未发生振动时，支撑座4 仅仅由螺旋弹簧5支撑；当主梁或桥墩振动至使支撑座4与底座的距离小于设定值后，膜片弹簧6才开始工作，由于膜片弹簧6变形初段的刚度较大，当主梁或桥段小幅度振动时，如果利用膜片弹簧6进行支撑则起不到良好的隔振作用，而采用上述结构，小幅度振动时，膜片弹簧6不进行支撑，而仅仅依靠螺旋弹簧5 支撑支撑座4，进而能够起到良好的能量耗散作用，避免刚性碰撞，对隔振对象起到良好的保护；当振幅较大时，膜片弹簧6受到支撑座4的挤压后，支撑座4 由螺旋弹簧5和膜片弹簧6共同支撑，提高支撑刚度和可靠性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种桥墩减震装置，其特征在于：包括基座、竖向减振机构、横向减振机构和顶板；

所述竖向减振机构包括支撑座，设置于所述支撑座与基座之间的螺旋弹簧，设置于所述基座内、用于对所述支撑座沿竖直方向的振动施加阻尼作用的磁流变液阻尼器；

所述横向减振机构包括位于所述顶板与支撑座之间的椭球状弹性滚子和用于对所述椭球状弹性滚子的转动施加阻尼作用的磁流变液旋转阻尼器；所述顶板的底部和支撑座的顶面形成有与所述椭球状弹性滚子配合的椭球面。

2.根据权利要求1所述的桥墩减震装置，其特征在于：所述磁流变液阻尼器包括填充有磁流变液的活塞筒，沿轴向伸入所述活塞筒内的活塞杆，固定于所述活塞杆上的活塞和缠绕于所述活塞筒外的电磁线圈；所述活塞上设有使磁流变液通过的阻尼孔。

3.根据权利要求2所述的桥墩减震装置，其特征在于：所述磁流变液旋转阻尼器包括与所述支撑座固定且填充有磁流变液的壳体，位于所述壳体内且可转动的阻尼板，同轴连接于所述阻尼板与椭球状弹性滚子之间的连接杆，以及缠绕于所述壳体外的电磁线圈。

4.根据权利要求3所述的桥墩减震装置，其特征在于：所述支撑座包括支撑板和一体式连接于所述支撑板底部的支撑柱；所述活塞筒的顶部一体式设置有与所述支撑柱滑动配合的安装套；所述安装套内设有层叠式设置的多个膜片弹簧。

5.根据权利要求4所述的桥墩减震装置，其特征在于：所述活塞筒与基座内壁之间填充有蜂窝材料；所述蜂窝材料内填充有吸能材料。

6.根据权利要求5所述的桥墩减震装置，其特征在于：所述支撑座在自然状态下，所述膜片弹簧层叠高度小于其所处的安装空间的竖向尺寸。

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