CN111576189B - 大跨度桥梁纵向减振/震的速度型与位移型阻尼器组合系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大跨度桥梁纵向减振/震的速度型与位移型阻尼器组合系统。该组合系统在中小地震时采用粘滞阻尼器工作，在大地震时采用软钢阻尼器工作。并且，本发明还提供了由粘滞切换为软钢的方法。因而，本发明得以解决在不同震级下减震系统的全时阻尼耗能。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种桥梁纵向减震的速度型与位移型阻尼器组合系统，包括粘滞阻尼器与软钢阻尼器；还包括刚性支座，粘滞阻尼器缸筒与第一桥梁结构连接，活塞杆与刚性支座连接，缸筒还与软钢阻尼器连接，刚性支座及软钢阻尼器与第二桥梁结构连接；还包括切换装置，切换装置将“活塞杆与刚性支座连接”状态切换为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

Description

大跨度桥梁纵向减振/震的速度型与位移型阻尼器组合系统

技术领域

本发明属于桥梁减震技术领域。具体地，涉及一种桥梁纵向减震系统，该减震系统为集成了粘滞阻尼器(速度型)与软钢阻尼器(位移型)的组合减震系统；此外还涉及对该组合减震系统中工作状态的阻尼器，由粘滞阻尼器切换为软钢阻尼器的切换方法。

背景技术

粘滞阻尼器，即速度型阻尼器，其耗能能力与速度大小相关，变形速度越大，阻尼力越大。软钢阻尼器，即位移型阻尼器，其耗能能力与位移大小相关，变形位移越大，阻尼力越大。

粘滞阻尼器与软钢阻尼器均已应用于桥梁结构减震领域。对于带粘滞阻尼器的桥梁结构，在大地震作用下，由于梁体结构相对桥墩或桥塔在纵桥向产生过大位移及过大速度，因而造成粘滞阻尼器损坏乃至失效。而对于带软钢阻尼器的桥梁结构，在中小地震作用下，由于梁体结构相对桥墩或桥塔在纵桥向产生位移较小，软钢阻尼器仍处于其钢材的弹性变形状态，不能起到耗能减震的作用。

带粘滞阻尼器桥梁不能有效抵御大地震，带软钢阻尼器桥梁无法控制中小地震响应。因而，单独采用粘滞阻尼器或软钢阻尼器的桥梁，均不能满足同时应对不同震级下桥梁的纵向减震要求。

如果采用独立的粘滞阻尼器和软钢阻尼器同时安装在桥梁结构上，在中小地震作用下，由于软钢阻尼器所需响应力相比粘滞阻尼器更大，因而受软钢阻尼器的限制，粘滞阻尼器无法发挥作用，即无法满足中小地震下的减震要求。而在大地震作用下，粘滞阻尼器不但没有起到减震耗能的作用，还受到不必要的损坏，且还会对软钢阻尼器的减震效果造成一些影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种集成了粘滞阻尼器与软钢阻尼器的桥梁纵向减震组合系统。该组合系统在中小地震时采用粘滞阻尼器工作，在大地震时采用软钢阻尼器工作。并且，本发明还提供了对组合系统的工作状态，由粘滞阻尼器切换为软钢阻尼器的切换方法。因而，本发明得以解决在不同震级下减震系统的全时阻尼耗能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种桥梁纵向减震的速度型与位移型阻尼器组合系统，包括减震方向用于沿桥梁纵向布置的粘滞阻尼器与软钢阻尼器；还包括刚性支座，粘滞阻尼器的缸筒用于与第一桥梁结构连接，活塞杆与刚性支座连接，缸筒还与软钢阻尼器连接，刚性支座及软钢阻尼器用于与第二桥梁结构连接；还包括切换装置，切换装置用于将“活塞杆与刚性支座连接”状态切换为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

本方案提供了一种速度型粘滞阻尼器与位移型软钢阻尼器组合减震系统，在中小地震时桥梁结构在粘滞阻尼器作用下耗能，软钢阻尼器处于切断工作状态，弥补了软钢阻尼器中小地震时无法响应的缺点；并采用切换装置，粘滞阻尼器在大震情况下得以切断工作，并切换至软钢阻尼器发挥耗能作用，避免了粘滞阻尼器在较大速度运行时可能发生的损坏与失效。从而，解决了粘滞阻尼器与软钢阻尼器分别应对桥梁减震时不能全时工作的缺陷，实现了不同震级地震下组合减震系统的全时阻尼耗能。

作为优选方案，缸筒与软钢阻尼器之间通过外筒与内筒相互连接，外筒连接在缸筒上，内筒连接在软钢阻尼器上，内筒嵌入外筒；活塞杆位于内筒中，外筒与内筒上设置有容纳刚性支座的缺口，刚性支座穿过缺口与活塞杆连接。

作为优选方案，切换装置包括插销，插销一端固定在活塞杆上，插销中部穿过刚性支座，此为“活塞杆与刚性支座连接”状态；内筒上设置有第一插销孔，外筒上设置有若干个与第一插销孔位置相对的第二插销孔；内筒上还设置有弹性部件，用于对插销施加向外侧移动的力；插销被活塞杆与刚性支座剪断后受弹性部件推力向外侧移动，使插销一端脱离刚性支座，中部位于第一插销孔中，另一端位于第二插销孔中，此为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

作为优选方案，插销上位于刚性支座与活塞杆之间的部位设置有应力薄弱部。进一步地，应力薄弱部相对于插销的其余部位截面更小。相对于薄弱部位的其他部位，可以拥有相对更强的抗剪力，以提高连接的稳定性；而薄弱部位的抗剪力相对较弱，保证切换装置的触发灵敏度。

作为优选方案，弹性部件为预压弹簧，内筒上设置有第一支撑部，插销上设置有第二支撑部，预压弹簧位于第一支撑部与第二支撑部之间。

本发明还提供一种桥梁纵向减震的速度型与位移型阻尼器切换方法，将上述的组合系统安装至桥梁后，粘滞阻尼器的缸筒与第一桥梁结构连接，刚性支座及软钢阻尼器与第二桥梁结构连接，粘滞阻尼器与软钢阻尼器的减震方向沿桥梁纵向布置；第一桥梁结构与第二桥梁结构之间开始发生纵向震动时，活塞杆与刚性支座连接，为粘滞阻尼器工作状态；当第一桥梁结构与第二桥梁结构之间的纵向位移或速度超出粘滞阻尼器的承受力以后，切换装置启动，断开活塞杆与刚性支座连接，并使缸筒与软钢阻尼器连接，切换为软钢阻尼器工作状态。

作为优选方案，粘滞阻尼器工作状态下，活塞杆与刚性支座通过插销连接；当粘滞阻尼器的承受力大于插销的抗剪力以后，插销被活塞杆与刚性支座剪断，即启动切换装置，插销移动至第一插销孔与第二插销孔中，缸筒与软钢阻尼器通过插销连接，即为软钢阻尼器工作状态。

综上所述，由于采用了上述技术方案，相比于现有技术，本发明的有益效果是：本发明提供了一种速度型粘滞阻尼器与位移型软钢阻尼器组合减震系统，在中小地震时桥梁结构在粘滞阻尼器作用下耗能，软钢阻尼器处于切断工作状态，弥补了软钢阻尼器中小地震时无法响应的缺点；并采用一种带有插销的切换装置，粘滞阻尼器在大震情况下得以切断工作，并切换至软钢阻尼器发挥耗能作用，避免了粘滞阻尼器在较大速度运行时可能发生的损坏与失效。从而，解决了粘滞阻尼器与软钢阻尼器分别应对桥梁减震时不能全时工作的缺陷，实现了不同震级地震下组合减震系统的全时阻尼耗能。

附图说明

图1是实施例的结构示意图。

图2是实施例的粘滞阻尼器工作状态的结构示意图。

图3是实施例的软钢阻尼器工作状态的结构示意图。

附图中部件所对应的标记：1-粘滞阻尼器、11-缸筒、12-活塞、13-活塞杆、14-插销安装孔、15-缸筒安装件、16-第一桥梁结构安装件、2-软钢阻尼器、21-软钢阻尼器安装件、3-刚性支座、31-刚性支座墩、32-第三插销孔、4-切换装置、401-外筒、402-内筒、403-内筒安装件、404-第一插销孔、405-第二插销孔、406-缺口、407-插销、408-应力薄弱部、409-预压弹簧、410-第一支撑部、411-第二支撑部、A-第一桥梁结构、B-第二桥梁结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供了一种速度型粘滞阻尼器与位移型软钢阻尼器组合减震系统，在中小地震时桥梁结构在粘滞阻尼器作用下耗能，软钢阻尼器处于切断工作状态，弥补了软钢阻尼器中小地震时无法响应的缺点；并采用一种带有插销的切换装置，粘滞阻尼器在大震情况下得以切断工作，并切换至软钢阻尼器发挥耗能作用，避免了粘滞阻尼器在较大速度运行时可能发生的损坏与失效。从而，解决了粘滞阻尼器与软钢阻尼器分别应对桥梁减震时不能全时工作的缺陷，实现了不同震级地震下组合减震系统的全时阻尼耗能。

为此，本实施例提供了如下技术方案，如图1-3所示，该组合减震系统包括减震方向用于沿桥梁纵向布置的粘滞阻尼器与软钢阻尼器，粘滞阻尼器由缸筒、活塞、活塞杆组成。还包括刚性支座，粘滞阻尼器的缸筒用于与第一桥梁结构连接，活塞杆与刚性支座连接，缸筒还与软钢阻尼器连接，刚性支座及软钢阻尼器用于与第二桥梁结构连接；还包括切换装置，切换装置用于将“活塞杆与刚性支座连接”状态切换为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

具体优选地，如图1所示，本实施例中的第一桥梁结构可为主梁，而第二桥梁结构可为桥塔，软钢阻尼器和粘滞阻尼器的减震方向沿桥梁纵向布置，以提供桥梁纵向的减震作用。第一桥梁结构底部垂直地安装有第一桥梁结构安装件，缸筒上水平地设置有缸筒安装件，第一桥梁安装件与缸筒安装件上设置有相匹配的通孔，可通过螺栓相互连接。软钢阻尼器通过螺栓竖直设置在第二桥梁结构上，软钢阻尼安装件通过螺栓竖直设置在软钢阻尼器上，内筒安装件水平设置在内筒上，软钢阻尼器安装件与内筒安装件通过上设置有相匹配的通孔，可通过螺栓相互连接。刚性支座通过刚性支座墩安装字第二桥梁结构上，刚性支座通过螺栓安装在刚性支座墩上，刚性支座在活塞杆的两侧对称地设置有两个。

具体优选地，如图1-3所示，缸筒与软钢阻尼器之间通过外筒与内筒相互连接，外筒连接在缸筒上，外筒从粘滞阻尼器缸筒延伸而出，内筒从内筒安装件上延伸而出，内筒连接在软钢阻尼器上，内筒嵌入外筒并间隙装配；活塞杆位于内筒中，外筒与内筒上设置有容纳刚性支座的缺口，刚性支座穿过缺口与活塞杆连接。

具体优选地，如图1-3所示，切换装置包括插销，活塞杆端部设置有插销安装孔，插销一端固定在活塞杆上的插销安装孔内，两者采用螺纹连接。刚性支座上设置有第三插销孔，插销中部穿过刚性支座的第三插销孔，此为“活塞杆与刚性支座连接”状态；内筒上设置有第一插销孔，外筒上设置有若干个与第一插销孔位置相对的第二插销孔，第二插销孔在外筒两侧均匀布置有一排；内筒上还设置有弹性部件，用于对插销施加向外侧移动的力；插销被活塞杆与刚性支座剪断后受弹性部件推力向外侧移动，使插销一端脱离刚性支座，中部位于第一插销孔中，另一端位于第二插销孔中，此为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

具体优选地，如图1-3所示，插销上位于刚性支座与活塞杆之间的部位设置有应力薄弱部。应力薄弱部相对于插销的其余部位截面更小。切换速度可通过改变插销中间薄弱部位的直径粗细来调节。

具体优选地，如图2-3所示，弹性部件为预压弹簧，内筒上设置有第一支撑部，插销上设置有第二支撑部，预压弹簧位于第一支撑部与第二支撑部之间，为插销提供弹性力。

本实施例还公开了一种桥梁纵向减震的速度型与位移型阻尼器切换方法，如图1-3所示，将上述的组合系统安装至桥梁后，粘滞阻尼器的缸筒与第一桥梁结构连接，刚性支座及软钢阻尼器与第二桥梁结构连接，粘滞阻尼器与软钢阻尼器的减震方向沿桥梁纵向布置。

当桥梁结构受到中小地震作用时，如图2所示，第一桥梁结构与第二桥梁结构之间开始发生纵向震动，两者之间的相对速度较小，活塞杆与刚性支座连接，具体优选地，活塞杆与刚性支座通过插销连接，粘滞阻尼器所提供的阻尼力小于插销上薄弱部位的抗剪力，此时为粘滞阻尼器正常工作状态。阻尼力由第一桥梁结构通过粘滞阻尼器活塞杆-插销-刚性支座-刚性支座墩传递到第二桥梁结构上，而软钢阻尼器并不工作。

当桥梁结构受到大地震作用时，如图3所示，第一桥梁结构与第二桥梁结构之间的相对速度和位移较大，直至纵向位移或速度超出粘滞阻尼器的承受力，粘滞阻尼器的承受力大于插销薄弱部位的抗剪力以后，切换装置启动，具体优选地，此时插销薄弱部位被活塞杆与刚性支座剪断，即启动切换装置，而后插销在预压弹簧的作用下，移动至第一插销孔与第二插销孔中，断开活塞杆与刚性支座连接，粘滞阻尼器不再产生阻尼力并退出工作，并使外筒与内筒通过销接一体受力，从而使缸筒与软钢阻尼器连接，切换为软钢阻尼器工作状态，对较大相对位移运动进行塑形耗能。阻尼力由第一桥梁结构通过粘滞阻尼器缸筒-外筒-插销-内筒-软钢阻尼器传递到第二桥梁结构上，而粘滞阻尼器并不工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.大跨度桥梁纵向减振/震的速度型与位移型阻尼器组合系统，包括减震方向用于沿桥梁纵向布置的粘滞阻尼器与软钢阻尼器；其特征在于：还包括刚性支座，粘滞阻尼器的缸筒用于与第一桥梁结构连接，活塞杆与刚性支座连接，缸筒还与软钢阻尼器连接，刚性支座及软钢阻尼器用于与第二桥梁结构连接；还包括切换装置，切换装置用于将“活塞杆与刚性支座连接”状态切换为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态；缸筒与软钢阻尼器之间通过外筒与内筒相互连接，外筒连接在缸筒上，内筒连接在软钢阻尼器上，内筒嵌入外筒；活塞杆位于内筒中，外筒与内筒上设置有容纳刚性支座的缺口，刚性支座穿过缺口与活塞杆连接；切换装置包括插销，插销一端固定在活塞杆上，插销中部穿过刚性支座，此为“活塞杆与刚性支座连接”状态；内筒上设置有第一插销孔，外筒上设置有若干个与第一插销孔位置相对的第二插销孔；内筒上还设置有弹性部件，用于对插销施加向外侧移动的力；插销被活塞杆与刚性支座剪断后受弹性部件推力向外侧移动，使插销一端脱离刚性支座，中部位于第一插销孔中，另一端位于第二插销孔中，此为“缸筒与软钢阻尼器连接”状态。

2.根据权利要求1所述的组合系统，其特征在于：插销上位于刚性支座与活塞杆之间的部位设置有应力薄弱部。

3.根据权利要求2所述的组合系统，其特征在于：应力薄弱部相对于插销的其余部位截面更小。

4.根据权利要求1所述的组合系统，其特征在于：弹性部件为预压弹簧，内筒上设置有第一支撑部，插销上设置有第二支撑部，预压弹簧位于第一支撑部与第二支撑部之间。

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