CN111981082A - 一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，包括桥梁墩塔和桥梁主梁，还包括连接于桥梁墩塔上的扭转型阻尼器，扭转型阻尼器连接有用于带动所述扭转型阻尼器输出阻尼力的转动轴，所述转动轴上连接有连杆一，且所述转动轴能够与所述连杆一一起转动，所述连杆一远离所述转动轴的一端铰接有连杆二，所述连杆二与所述桥梁主梁相铰接，所述连杆一沿所述桥梁主梁纵向设置。本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，能够用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制，且能够适应加劲梁的纵向变形和扭转运动。

Description

一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统

技术领域

本发明属于振动控制领域，具体涉及一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统。

背景技术

目前，大跨度悬索桥竖弯模态密集，固有阻尼比低，固有频率为0.1～0.7Hz的竖弯模态都可能发生竖向涡振,相应起振风速为3.5～23m/s。随风速的增加，加劲梁相继有多个模态出现涡振，一个特定风速对应一个模态的涡振，称为多阶涡振现象。例如，2020年上半年我国的武汉鹦鹉洲大桥、广东虎门大桥和舟山西堠门大桥先后出现振幅较大的多阶模态涡振，对桥梁正常运营造成影响，引起广泛地社会关注。悬索桥高阶模态涡振的振幅一般不会小于低阶模态，故其振动加速度更大，危害也更大，其涡振控制必须同时减小多个竖弯模态的涡振响应。

大跨度悬索桥多阶模态涡振的病害治理是一项极具挑战的工程技术难题，目前常用的减振控制包括气动措施和TMD(Tuned Mass Damper，调谐质量阻尼器)。气动措施是桥梁初步设计阶段的优选涡振措施，也有一些局限性，首先，对于某些颤振要求很高的桥梁，附加涡振措施可能影响桥梁的颤振性能。其次，在既有桥梁上追加气动措施在技术、管理和社会影响等方面都有难度和风险。采用TMD控制大跨度悬索桥涡振也面临难题：TMD的参数优化设计主要针对单一模态，多个模态控制需要安装多套TMD，多阶模态涡振控制所需的TMD有效质量达数百吨，可能导致控制成本高、桥面荷载增加过多。此外，用于低频竖向涡振控制的TMD弹簧静伸长往往大于扁平钢箱梁高度，安装实施难度也非常大。

针对大跨度悬索桥多阶模态涡振的病害治理，华旭刚等在发明专利“CN108978441B”中提出了一种半主动控制方法及系统，他利用沿竖向出力的半主动耗能减振单元与漂浮主梁之间的竖向相对位移来控制悬索桥的多阶模态涡振。但是该发明只适用于漂浮体系悬索桥，同时也没有给出沿竖向出力的半主动耗能减振单元与加劲梁之间位移相容要求的解决方案。而且，加劲梁除了发生竖向涡振外，平时在温度变化、车辆荷载和风荷载作用下还会发送纵向位移和扭转运动。

因此，用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制的耗能装置必须要能适应加劲梁的纵向变形和扭转运动。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制的耗能装置不能适应加劲梁的纵向变形和扭转运动的问题，提供一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，包括桥梁墩塔和桥梁主梁，还包括连接于桥梁墩塔上的扭转型阻尼器，扭转型阻尼器连接有用于带动所述扭转型阻尼器输出阻尼力的转动轴，所述转动轴上连接有连杆一，且所述转动轴能够与所述连杆一一起转动，所述连杆一远离所述转动轴的一端铰接有连杆二，所述连杆二与所述桥梁主梁相铰接，所述连杆一沿所述桥梁主梁纵向设置。

扭转型阻尼器为能够通过内部构件的相对转动来耗能的阻尼器。

所述连杆一沿所述桥梁主梁纵向设置，为连杆一沿桥梁主梁长度方向设置，连杆一与桥梁主梁之间允许存在呈锐角的偏角或误差角度。

本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，在桥梁主梁与桥梁墩塔之间安装扭转型阻尼器，所述扭转型阻尼器固定在桥梁墩塔上，当所述桥梁主梁发生竖向振动时，其振动依次通过连杆二和连杆一驱动转动轴做旋转运动，转动轴带动扭转型阻尼器对桥梁主梁输出阻尼力，以耗散其振动能量，从而达到减小桥梁主梁竖向振动的目的，进而满足适用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制的目的。

同时，本发明采用的扭转型阻尼器通过所述转动轴与所述连杆一一起转动连接，所述连杆一远离所述转动轴的一端铰接有连杆二，所述连杆二与所述桥梁主梁(加劲梁)相铰接，且所述连杆一沿所述桥梁主梁纵向设置，使得连杆二分别与连杆一和桥梁主梁能够相互转动，以使得本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，能够适应桥梁主梁作为加劲梁的纵向变形和扭转运动位移相容要求。

综上所述，本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，，能够用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制，且能够适应加劲梁的纵向变形和扭转运动。

优选地，所述连杆一沿桥纵向水平设置。

优选地，所述连杆二竖向设置。

优选地，所述桥梁墩塔的一侧连接有支撑平台，所述扭转型阻尼器安装于所述支撑平台上。

优选地，所述支撑平台位于桥梁主梁下方。

优选地，所述支撑平台包括牛腿结构，所述牛腿结构与所述桥梁墩塔相连，且所述扭转型阻尼器安装于所述牛腿结构上。

优选地，所述支撑平台位于桥梁主梁上方。

优选地，所述支撑平台包括桁架结构，所述桁架结构与所述桥梁墩塔相连，且所述扭转型阻尼器安装于所述桁架结构上。

优选地，所述支撑平台位于桥梁主梁下方，所述支撑平台包括牛腿结构，所述牛腿结构与所述桥梁墩塔相连，且所述扭转型阻尼器安装于所述牛腿结构上。

优选地，所述支撑平台位于桥梁主梁上方，所述支撑平台包括桁架结构，所述桁架结构与所述桥梁墩塔相连，且所述扭转型阻尼器安装于所述桁架结构上。

优选地，同一所述桥梁墩塔上连接有至少两个所述扭转型阻尼器，所述沿所述桥梁主梁的横桥向间隔设置。

优选地，所述连杆一与所述转动轴通过花键相连接。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，，能够用于悬索桥加劲梁竖向涡振控制，且能够适应加劲梁的纵向变形和扭转运动。

2、本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，可以为所有类型悬索桥的主要竖向涡振模态提供足够的附加阻尼比，不仅达到显著降低悬索桥多阶涡振响应的目的，还有利于减小悬索桥在车辆，人群等其他荷载作用下的竖向振动。与TMD(TunedMass Damper，调谐质量阻尼器)相比，本技术方案施工难度小、经济性好、可靠度高。

3、本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，本发明采用的扭转型阻尼器通过铰接的连杆一和连杆二与加劲梁相连，通过连杆之间，以及连杆一和连杆二与扭转型阻尼器之间的相互转动就可以满足位移相容要求，解决了实际工程中加劲梁发生纵向或扭转位移时对减振装置的位移相容要求。

4、本发明的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，对其他原因引起的竖向振动，本发明也有抑制作用。

附图说明

图1为本发明的阻尼器减振系统在简支悬索桥上的立面布置示意图。

图2为本发明的附图1的局部放大图。

图3为本发明的阻尼器减振系统在简支悬索桥横桥向的布置示意图。

图4为本发明的支撑平台在简支悬索桥位置的俯视图。

图标:18-扭转型阻尼器；19-支撑平台；20-连杆一；21-连杆二；22-桥梁主梁；23-桥梁墩塔；24-转动轴。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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。

实施例1

如图1-4所示，本实施例所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，包括桥梁墩塔23和桥梁主梁22，还包括连接于桥梁墩塔23上的扭转型阻尼器18，扭转型阻尼器18连接有用于带动所述扭转型阻尼器18输出阻尼力的转动轴24，所述转动轴24上连接有连杆一20，且所述转动轴24能够与所述连杆一20一起转动，所述连杆一20远离所述转动轴24的一端铰接有连杆二21，所述连杆二21与所述桥梁主梁22相铰接。

其还包括支撑平台19，所述支撑平台19一端固定连接(可以一体浇筑连接，也可以用螺栓等连接件可拆卸的固定连接)在桥梁墩塔23上，另一端沿桥梁主跨方向延伸一定距离，所述扭转型阻尼器18的底座固定在所述支撑平台19上；

所述扭转型阻尼器18通过内部构件的相对转动速度来耗散能量；

在上述基础上，进一步优选的方式，所述连杆一20沿桥纵向水平方向设置，安装所述连杆一20与所述转动轴24通过花键9相连接。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述连杆二21沿竖直方向安装。

所述支撑平台19布置在桥梁主梁22下方，支撑平台19主要承受压弯载荷，优选采用牛腿结构；

所述支撑平台19布置在桥梁主梁22上方，支撑平台19主要承受拉弯载荷，优选采用桁架结构。

在上述基础上，进一步优选的方式，同一所述桥梁墩塔23上连接有至少两个所述扭转型阻尼器18，所述沿所述桥梁主梁22的横桥向间隔设置。

上述方案中的扭转型阻尼器18可以选用现有技术中能够通过内部构件的相对转动来耗能的阻尼器，如发明专利“具有独立旋转的惯性质量的扭转阻尼器及其曲柄轴(申请号：201610041636.X)”所公开的扭转阻尼器，也可以选用如实用新型专利“一种旋转式粘滞流体阻尼器(申请号：201220206988.3)”。

本实施例所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，对其他原因引起的竖向振动，本发明也有抑制作用。

本实施例的有益效果：本实施例所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，在桥梁主梁22与桥梁墩塔23之间安装扭转型阻尼器18，所述扭转型阻尼器18通过支撑平台19固定在桥梁墩塔23上，当所述桥梁主梁22发生竖向涡振时，依次通过竖直方向的连杆二21和水平方向的连杆一20驱动扭转型阻尼器18的转动轴24做旋转运动，于是扭转型阻尼器18对桥梁主梁22输出阻尼力，并耗散其振动能量，从而达到减小桥梁主梁22竖向涡振的目的。

运用本实施例所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，可以为所有类型悬索桥的主要竖向涡振模态提供足够的附加阻尼比，不仅达到显著降低悬索桥多阶涡振响应的目的，还有利于减小悬索桥在车辆，人群等其他荷载作用下的竖向振动。与TMD相比，本技术方案施工难度小、经济性好、可靠度高。

本实施例所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，解决了实际工程中加劲梁发生纵向或扭转位移时对减振装置的位移相容要求。悬索桥加劲梁在温度、车辆等静、动力荷载作用下会不可避免地发生除竖向以外其他方向的位移，用如果于竖向涡振控制的减振装置不能适应这种纵向和扭转位移，就可能因过度拉伸或压缩而破坏。本发明采用的扭转型阻尼器18通过铰接的连杆一20和连杆二21与加劲梁相连，通过连杆之间，以及连杆一20和连杆二21与扭转型阻尼器18之间的相互转动就可以满足位移相容要求。

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 (10)

1.一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，包括桥梁墩塔(23)和桥梁主梁(22)，其特征在于，还包括连接于桥梁墩塔(23)上的扭转型阻尼器(18)，扭转型阻尼器(18)连接有用于带动所述扭转型阻尼器(18)输出阻尼力的转动轴(24)，所述转动轴(24)上连接有连杆一(20)，且所述转动轴(24)能够与所述连杆一(20)一起转动，所述连杆一(20)远离所述转动轴(24)的一端铰接有连杆二(21)，所述连杆二(21)与所述桥梁主梁(22)相铰接，所述连杆一(20)沿所述桥梁主梁(22)纵向设置。

2.根据权利要求1所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述连杆一(20)沿桥纵向水平设置。

3.根据权利要求1所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述连杆二(21)竖向设置。

4.根据权利要求1所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述桥梁墩塔(23)的一侧连接有支撑平台(19)，所述扭转型阻尼器(18)安装于所述支撑平台(19)上。

5.根据权利要求4所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述支撑平台(19)位于桥梁主梁(22)下方。

6.根据权利要求5所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述支撑平台(19)包括牛腿结构，所述牛腿结构与所述桥梁墩塔(23)相连，且所述扭转型阻尼器(18)安装于所述牛腿结构上。

7.根据权利要求4所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述支撑平台(19)位于桥梁主梁(22)上方。

8.根据权利要求7所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述支撑平台(19)包括桁架结构，所述桁架结构与所述桥梁墩塔(23)相连，且所述扭转型阻尼器(18)安装于所述桁架结构上。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，同一所述桥梁墩塔(23)上连接有至少两个所述扭转型阻尼器(18)，所述沿所述桥梁主梁(22)的横桥向间隔设置。

10.根据权利要求1-8任意一项所述的一种用于抑制桥梁主梁竖向振动的阻尼器减振系统，其特征在于，所述连杆一(20)与所述转动轴(24)通过花键相连接。

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