CN111749120A - 粘滞阻尼系统以及包含该系统的桥梁与桥梁减震方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种粘滞阻尼系统以及包含该系统的桥梁与桥梁减震方法，以实现锁定速度可调整且易于维修更换的目的。为此，本申请实施例提供的粘滞阻尼系统，包括粘滞阻尼器、基座以及阻尼器锁定组件；阻尼器锁定组件包括锁定件、配合件、剪断销钉以及固定件；锁定件固定设置在粘滞阻尼器的外壳上，配合件设置在锁定件与固定件之间，并且通过滑轨与基座连接，固定件与基座固定连接；剪断销钉的一端垂直固定安装在活塞杆上，另一端与配合件上的预拉弹性元件连接，配合件与固定件之间连接有预压弹性元件；锁定件上设有锁止卡槽，配合件上设有与锁止卡槽相配合的锁止卡块，滑轨的延伸方向与活塞杆的轴线方向垂直。
Description
技术领域
本发明属于减震技术领域，尤其涉及一种粘滞阻尼系统以及包含该系统的桥梁与桥梁减震方法。
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。但是对于连续梁桥来说，为了有效抵抗各种动力荷载的作用，在正常使用荷载及小地震的作用下，期望由粘滞阻尼器工作耗能，以达到减震的目的；而在大地震作用下，期望粘滞阻尼器能够锁定，使活动墩变为固定墩，从而使多个桥墩共同分配承担地震作用。
为使得粘滞阻尼器在大地震作用下能够被锁定，现有研究主要集中于在粘滞阻尼器内部设置相关组件从而实现锁定和耗能的一体化。中铁大桥勘测设计院集团有限公司徐恭义等人的发明专利(中国专利公开号：CN105546027A；发明专利名称：设有泄压装置的粘滞阻尼器)通过在粘滞阻尼器内部设置泄压阀以实现锁定装置和粘滞阻尼器的功能。ITT制造企业有限责任公司舒宾·鲁安在审发明专利(中国专利申请号：CN201680065458.2；发明专利名称：具有锁定功能的粘性阻尼器组件)通过在阻尼孔处设置锁定销，且锁定销被配置为选择性地堵塞孔口，以实现锁定功能。中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司刘高等人的实用新型专利(中国专利公开号：CN209741644U；实用新型专利名称：用于控制大跨径缆索桥梁梁端纵向位移的多功能阻尼器)通过在阻尼器内部设置速度敏感活塞以及与其相连的限位弹簧以实现锁定功能。
目前已有的带有锁定功能的粘滞阻尼器存在以下缺点：(1)由于现有研究实现锁定的组件均设置在阻尼器内部，因此粘滞阻尼器密封以后锁定速度便无法进行修改。(2)由于粘滞阻尼器需要密封工作，一旦内部组件遭到损坏，则无法维修，必须废弃整个阻尼器。(3)由于内部锁定后，阻尼器的出力仍由内部压力提供，即和正常工作情况相同，因此即使锁定后粘滞阻尼器不再耗能，其出力却不可忽略，锁定后达到的最大力即为粘滞阻尼器吨位，这种锁定方式会极大地增加不必要的吨位。
综上，亟待开发一种锁定速度可调整且易于维修更换的锁定装置。
发明内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请实施例的目的之一在于提供锁定速度可调整且易于维修更换的粘滞阻尼系统以及包含该系统的桥梁与桥梁减震方法。
为此，本申请实施例一方面提供一种粘滞阻尼系统，包括粘滞阻尼器、基座以及设置在所述粘滞阻尼器与所述基座之间的阻尼器锁定组件；
所述阻尼器锁定组件包括锁定件、配合件、剪断销钉以及固定件；
所述锁定件固定设置在所述粘滞阻尼器的外壳上，所述配合件设置在所述锁定件与所述固定件之间，并且通过滑轨与所述基座连接，所述固定件与所述基座固定连接；
所述剪断销钉的一端垂直固定安装在所述粘滞阻尼器的活塞杆上，另一端安装在所述固定件上的安装通孔中并与所述配合件上的预拉弹性元件连接，所述配合件与所述固定件之间连接有预压弹性元件；其中，
所述锁定件上设有锁止卡槽，所述配合件上设有与所述锁止卡槽相配合的锁止卡块，所述滑轨的延伸方向与所述活塞杆的轴线方向垂直；
当所述粘滞阻尼器的活塞杆将所述剪断销钉剪断时，所述配合件在所述预拉弹性元件的弹性力作用下在所述滑轨上朝所述锁止件运动，将所述锁止卡块插入所述锁止卡槽中。
在一些实施方式中，所述锁止卡槽在所述锁定件上沿着所述活塞杆轴线方向并排设置多组；
所述锁止卡块在所述配合件上沿着所述活塞杆轴线方向并排设置多组。
在一些实施方式中，所述剪断销钉位于所述固定件与所述活塞杆之间的部分上设有应力薄弱部。
在一些实施方式中，所述滑轨包括设置在所述基座上的滑槽以及滑动安装在所述滑槽中的滑块。
在一些实施方式中，所述预拉弹性元件和预压弹性元件均为弹簧。
在一些实施方式中，所述阻尼器锁定组件在所述活塞杆的两侧对称设置两组。
在一些实施方式中，两组所述固定件之间形成供所述活塞杆匹配穿插的通道，所述活塞杆滑动安装在所述通道中。
在一些实施方式中，所述锁定件为一圆弧形外板；
所述圆弧形外板的中心轴线与所述活塞杆同轴；
所述锁止卡槽呈弧形的布置在所述圆弧形外板的内侧壁上。
在一些实施方式中，所述配合件为一与所述圆弧形外板适配的圆弧形内板；
所述锁止卡块呈弧形的布置在所述圆弧形内板的外侧壁上。
本申请实施例另一方面提供一种桥梁，该桥梁包括上述实施例的粘滞阻尼系统，所述粘滞阻尼器远离所述基座的一端与所述桥梁的主梁连接，所述基座与所述桥梁的桥墩连接。
本申请实施例另一方面提供一种桥梁减震方法，采用上述粘滞阻尼系统，将所述粘滞阻尼器远离所述基座的一端与所述桥梁的主梁连接，所述基座与所述桥梁的桥墩连接；
当桥梁在正常使用荷载范围及小地震作用下，安装在桥梁的主梁与桥墩之间的粘滞阻尼器可以正常工作并耗能，从而达到减震的目的；而在受到大地震或超过桥梁正常载荷范围时，阻尼器锁定组件的剪抗剪销钉将会被粘滞阻尼器的活塞杆顶断，阻尼器锁定组件将粘滞阻尼器锁定，使得粘滞阻尼器相当于一将主梁与桥墩固结的刚性连杆，从而使多个桥墩共同分配承担地震作用，可以能满足同时应对不同动力荷载作用下桥梁的纵向减震要求。
与现有技术相比，本申请至少一个实施例具有如下有益效果：
该粘滞阻尼系统在粘滞阻尼器出力小于剪断销钉的剪断力时，粘滞阻尼器可以正常工作；在粘滞阻尼器出力大于剪断销钉的剪断力时，剪断销钉将被剪断，阻尼器锁定组件的配合件上的锁止卡块将卡入锁定件的锁止卡槽中，与粘滞阻尼器外壳形成刚性连杆，由于粘滞阻尼系统通过外部的纯机械实现熔断和锁定，本申请实施例粘滞阻尼系统不仅具有锁定和耗能功能，而且锁定速度可以通过改变剪断销钉的材料以及大小得以实现；此外，损坏后仅更换剪断销钉即可，粘滞阻尼器可以重复利用；同时，在粘滞阻尼器外部设置锁定装置可以实现在不额外增大粘滞阻尼器吨位的前提下实现锁定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的带有粘滞阻尼系统的桥梁的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的粘滞阻尼系统处于耗能状态的示意图；
图3是本申请实施例提供的粘滞阻尼系统处于锁止状态的示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供一种粘滞阻尼系统以及包含该系统的桥梁，以实现粘滞阻尼系统在满足同时满足耗能和锁定功能的同时，具备锁定速度可调整且易于维修更换的优点。
参见图1-图3，本申请实施例提供的粘滞阻尼系统，包括常规的粘滞阻尼器1、基座2以及设置在粘滞阻尼器1与基座2之间的阻尼器锁定组件。
具体的，阻尼器锁定组件包括锁定件3、配合件4、剪断销钉5以及固定件6，锁定件3固定设置在粘滞阻尼器1的外壳101上，配合件4设置在锁定件3与固定件6之间，并且通过滑轨与基座2连接，固定件6与基座2固定连接，配合件4与固定件6之间连接有预压弹性元件7，剪断销钉5的一端垂直固定安装在粘滞阻尼器1的活塞杆上，另一端滑动安装在固定件6上的安装通孔17中并与配合件4上的预拉弹性元件14连接，从而将固定件6与配合件4相对位置固定，固定件6与配合件4相对位置固定时，预拉弹性元件14呈拉伸状态，而预压弹性元件7呈压缩状态。其中，锁定件3上设有锁止卡槽8，配合件4上设有与锁止卡槽8相配合的锁止卡块9，而滑轨的延伸方向则与活塞杆102的轴线方向垂直。
参见图2和图3，在本申请实施例中，当粘滞阻尼器1上的活塞杆102在粘滞阻尼器1的外壳101内向外移动时，粘滞阻尼器1将出力，粘滞阻尼器1的活塞杆102将剪断销钉5一个剪切力，当粘滞阻尼器1出力小于剪断销钉5的剪断力时，粘滞阻尼器1可以正常工作，粘滞阻尼器1工作耗能；当粘滞阻尼器1出力大于剪断销钉5的剪断力时，剪断销钉5将被剪断，配合件4因剪断销钉5被剪断，因此在预压弹性元件7提供的弹性回复力作用下，在滑轨上朝锁定件运动，将锁止卡块9插入锁止卡槽8中，与粘滞阻尼器1外壳101形成刚性连杆，与此同时预拉弹性元件14将带动位于固定件6上的剪断销钉5在安装通孔17中移动。由于粘滞阻尼系统通过外部的纯机械实现熔断和锁定。
本申请实施例粘滞阻尼系统不仅具有锁定和耗能功能，而且锁定速度可以通过改变剪断销钉5的材料以及大小得以实现。此外，损坏后仅更换剪断销钉5即可，粘滞阻尼器1可以重复利用。
参见图2和图3，在一些可能实施的方案中，为提高锁止的可靠性，阻尼器锁定组件在活塞杆102的两侧对称设置两组。
具体的，在实际应用中，两组固定件6之间形成供活塞杆102匹配穿插的通道10，活塞杆102滑动安装在通道10中，而锁定件3可以为一圆弧形外板，圆弧形外板的中心轴线与活塞杆102同轴，锁止卡槽8呈弧形的布置在圆弧形外板的内侧壁上。同样的，配合件4可以为一与圆弧形外板适配的圆弧形内板，锁止卡块9呈弧形的布置在圆弧形内板的外侧壁上。
在本申请实施例中，锁定件3和配合件4均为弧形的板体结构，对应的，锁止卡槽8和锁止卡块9也设计成弧形，可以进一步提高锁定件3和配合件4卡合时的结合强度，保证锁止的可靠性。
需要解释说明的是，锁止卡槽8在锁定件3上沿着活塞杆102轴线方向并排设置多组，相应的，锁止卡块9在配合件4上沿着活塞杆102轴线方向也并排设置多组。在本申请实施例中，锁止卡槽8以及与其相配合的锁止卡块9均并排设置对组，可以保证锁定件3和配合件4结合后，具有足够的连接强度。
在实际应用中，剪断销钉5位于固定件6与活塞杆102之间的部分上设有应力薄弱部11，剪断销钉5的应力薄弱部11处剪切强度最低，从可以保证剪断销钉5破坏位置始终在固定件6与活塞杆102之间，应力薄弱部11的可以为设置在剪断销钉5上设有环形凹槽或设置切口等结构。
具体的，滑轨包括设置在基座2上的滑槽12以及滑动安装在滑槽12中的滑块13，滑块13固定安装在配合件4上，当锁止卡块9插入锁止卡槽8中，将锁定件3和配合件4锁止时，滑块13正好滑行至滑槽12其中一封闭端处。而预拉弹性元件14和预压弹性元件7可以采用螺旋弹簧、气体弹簧或橡胶弹簧等。
本申请实施例另一方面提供一种包括上述实施例的粘滞阻尼系统的桥梁，该粘滞阻尼系统沿桥梁的纵向安装在桥梁的主梁支座15与桥墩支座16之间。
具体的，该粘滞阻尼系统包括粘滞阻尼器1、基座2以及设置在粘滞阻尼器1与基座2之间的阻尼器锁定组件。而粘滞阻尼器1远离基座2的一端与桥梁的主座15铰接，基座2与桥梁的桥墩16固定连接。
其中，阻尼器锁定组件包括锁定件3、配合件4、剪断销钉5以及固定件6，锁定件3固定设置在粘滞阻尼器1的外壳101上，配合件4设置在锁定件3与固定件6之间，并且通过滑轨与基座2连接，固定件6与基座2固定连接。
配合件4与固定件6之间连接有预压弹性元件7，剪断销钉5的一端垂直固定安装在活塞杆102上，另一端滑动安装在固定件6上的安装通孔17中并与配合件4上的预拉弹性元件14连接，从而将固定件6与配合件4相对位置固定，固定件6与配合件4相对位置固定时，预拉弹性元件14呈拉伸状态，而预压弹性元件7呈压缩状态。
其中，锁定件3上设有锁止卡槽8，配合件4上设有与锁止卡槽8相配合的锁止卡块9，而滑轨的延伸方向则与活塞杆102的轴线方向垂直。
在本申请实施例中，粘滞阻尼器1的阻尼力可以通过剪断销钉5传至固定件6，再通过固定件6传至基座2，最终传至桥墩。当活塞杆102出力较小时，剪断销钉5所受到的力也较小，剪断销钉5上位于固定件6与活塞杆102之间的部位设置有应力薄弱部11，此时受到的力小于应力薄弱部11的抗剪强度，因此剪断销钉5未破坏。
剪断销钉5与配合件4之间设有预拉弹性元件14，配合件4与固定件6之间设有预压弹性元件7，剪断销钉5未破坏时，预拉弹性元件14和预压弹性元件7均正常工作，二者对配合件4产生的拉力和推力相平衡，因此配合件4处于平衡状态，滑块13不会在滑槽12内移动。当连续梁桥受到地震作用，产生较大的纵向响应时，此时粘滞阻尼器1运动较为迅速，出力较大，一旦活塞杆102传递到剪断销钉5上的力大于应力薄弱部11的抗剪强度，则剪断销钉5被剪断，剪断销钉5破坏后，连接在剪断销钉5上的预拉弹性元件14失去受力点，因此失去作用，此时配合件4仅受到预压弹性元件7的推力，在该推力作用下，配合件4的滑块13在滑槽12内滑动，被推向外侧，配合件4的锁止卡槽8嵌入锁定件3的锁止卡槽8中，并在预压弹性元件7的推力作用下固定于锁止卡槽8中，不会脱出。此时整个粘滞阻尼器1的外壳101、锁定件3和配合件4相当于一个刚性连杆，将主梁支座15与桥墩支座16相连，即相当于将主梁支座15与桥墩支座16固结。此时使活动桥墩为固定桥墩，从而使多个桥墩共同分配承担地震作用，达到抗震的目的。
本申请实施例提供的桥梁，在正常使用荷载范围及小地震作用下，安装在桥梁的主梁15与桥墩16之间的粘滞阻尼器1可以正常工作并耗能，从而达到减震的目的；而在受到大地震或超过桥梁正常载荷范围时，阻尼器锁定组件的剪抗剪销钉将会被粘滞阻尼器1的活塞杆102顶断，阻尼器锁定组件将粘滞阻尼器1锁定，使得粘滞阻尼器1相当于刚性连杆将主梁与桥墩固结，从而使多个桥墩共同分配承担地震作用，可以能满足同时应对不同动力荷载作用下桥梁的纵向减震要求。此外，在大的荷载范围时，粘滞阻尼系统锁定后通过强度极高的阻尼器外壳101传递力，而非通过活塞两侧压力产生力，因此还可以所采用的减小粘滞阻尼器1的吨位。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.粘滞阻尼系统，其特征在于：包括粘滞阻尼器、基座以及设置在所述粘滞阻尼器与所述基座之间的阻尼器锁定组件；
所述阻尼器锁定组件包括锁定件、配合件、剪断销钉以及固定件；
所述锁定件固定设置在所述粘滞阻尼器的外壳上，所述配合件设置在所述锁定件与所述固定件之间，并且通过滑轨与所述基座连接，所述固定件与所述基座固定连接；
所述剪断销钉的一端垂直固定安装在所述粘滞阻尼器的活塞杆上，另一端滑动安装在所述固定件上的安装通孔中并与所述配合件上的预拉弹性元件连接，所述配合件与所述固定件之间连接有预压弹性元件；其中，
所述锁定件上设有锁止卡槽，所述配合件上设有与所述锁止卡槽相配合的锁止卡块，所述滑轨的延伸方向与所述活塞杆的轴线方向垂直；
当所述粘滞阻尼器的活塞杆将所述剪断销钉剪断时，所述配合件在所述预拉弹性元件的弹性力作用下在所述滑轨上朝所述锁止件运动，将所述锁止卡块插入所述锁止卡槽中。
2.根据权利要求1所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述锁止卡槽在所述锁定件上沿着所述活塞杆轴线方向并排设置多组；
所述锁止卡块在所述配合件上沿着所述活塞杆轴线方向并排设置多组。
3.根据权利要求1所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述剪断销钉位于所述固定件与所述活塞杆之间的部分上设有应力薄弱部。
4.根据权利要求1所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述滑轨包括设置在所述基座上的滑槽以及滑动安装在所述滑槽中的滑块。
5.根据权利要求1所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述预拉弹性元件和预压弹性元件均为弹簧。
6.根据权利要求1-5任一项所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述阻尼器锁定组件在所述活塞杆的两侧对称设置两组。
7.根据权利要求6所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：两组所述固定件之间形成有供所述活塞杆匹配穿插的通道，所述活塞杆滑动安装在所述通道中。
8.根据权利要求7所述的粘滞阻尼系统，其特征在于：所述锁定件为一圆弧形外板；
所述圆弧形外板的中心轴线与所述活塞杆同轴；
所述锁止卡槽呈弧形的布置在所述圆弧形外板的内侧壁上；
所述配合件为一与所述圆弧形外板适配的圆弧形内板；
所述锁止卡块呈弧形的布置在所述圆弧形内板的外侧壁上。
9.包含权利要求1-8任一项所述的粘滞阻尼系统的桥梁，其特征在于：所述粘滞阻尼器远离所述基座的一端与所述桥梁的主梁连接，所述基座与所述桥梁的桥墩连接。
10.桥梁减震方法，其特征在于：采用权利要求1-8任一项所述的粘滞阻尼系统，将所述粘滞阻尼器远离所述基座的一端与所述桥梁的主梁连接，所述基座与所述桥梁的桥墩连接；
当桥梁在正常使用荷载范围及小地震作用下，安装在桥梁的主梁与桥墩之间的粘滞阻尼器可以正常工作并耗能，从而达到减震的目的；而在受到大地震或超过桥梁正常载荷范围时，阻尼器锁定组件的剪抗剪销钉将会被粘滞阻尼器的活塞杆顶断，阻尼器锁定组件将粘滞阻尼器锁定，使得粘滞阻尼器相当于一将主梁与桥墩固结的刚性连杆，从而使多个桥墩共同分配承担地震作用，可以能满足同时应对不同动力荷载作用下桥梁的纵向减震要求。
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