CN113356034A - 一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统及实现方法，属于结构振动控制技术领域。本发明包括形变位移转换放大装置和阻尼器，阻尼器两端均通过形变位移转换放大装置与桥梁主梁建立连接，当桥梁主梁发生弯曲振动时，形变位移转换放大装置将弯曲振动产生的转角位移放大并转换成水平位移，利用相对转角位移转换放大形成的水平位移差，带动阻尼器活塞运动，阻尼器反向拉伸输出阻尼力作用于桥梁主梁，从而抑制桥梁主梁的竖向弯曲振动。本发明研发目的是为了解决现有抑制主梁竖向振动的阻尼力不易施加、抑制效果不稳定的问题，本发明的构造简单、设计巧妙、易安装、成本较低，可以在桥梁主梁上通过设置多组水平放置的阻尼装置来增加桥梁竖向阻尼，以达到更好的控制大跨度桥梁竖向振动的效果。

Description

一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种抑制桥梁振动的减振系统，属于结构振动控制技术领域。

背景技术

近年来，桥梁设计向大跨径、轻柔化、新造型方向发展，桥梁振动引起了人们的关注。结构振动控制是通过在结构上安装控制装置来减轻或抑制结构由于动力荷载作用引起的反应，研究证明，结构振动控制可以有效减轻结构在动荷载作用下引起的反应和损伤，保障重大工程结构使用安全。

涡振是气流流经钝体结构时产生旋涡脱落，使结构两侧表面受到交替变化的正负压力而激励起结构横风向的限幅振动。当旋涡脱落频率和结构的某阶固有频率相等时，涡激共振将发生。一旦结构阻尼和质量均较小，涡激振动的振幅就会很大。涡振的起振风速往往较低，发生的概率大，频繁发生的涡激振动会影响行车舒适性，甚至引起局部构件的疲劳破坏。

目前，抑制主梁涡激振动的常用方法有两种：机械措施和气动措施。机械措施是在结构上安装被动或者主动耗能减振装置达到振动控制的目的。采用安装TMDTuned MassDamper，调谐质量阻尼器也有一些限制因素，TMD适用于结构单个模态的振动控制，而且质量块过重对主结构本身动力性能有影响，还需控制TMD的行程不能过大。气动措施存在很多不确定因素，安装的导流板在有些攻角时可能起到放大涡振的作用，必须通过风洞试验仔细研究。

由于桥梁涡激振动或其他异常振动主要受结构附加阻尼影响，为控制桥梁的竖向振动，则需要发明一种能够为桥梁竖向振动提供附加阻尼的方法，而对于大跨度桥梁来讲，目前尚未发现能够给桥梁有效附加竖向振动阻尼的方法。因此，亟需提出一种新型的抑制桥梁振动的减振系统及竖向附加阻尼的实现方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明研发目的是为了解决现有抑制主梁竖向振动的阻尼力不易施加、抑制效果不稳定的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，包括形变位移转换放大装置和阻尼器，阻尼器两端均通过形变位移转换放大装置与桥梁主梁建立连接，当桥梁主梁发生弯曲振动时，形变位移转换放大装置将竖向弯曲振动产生的转角位移转换放大成水平位移差，并传递给阻尼器，阻尼器反向拉伸牵引桥梁主梁，抑制桥梁主梁的竖向弯曲振动。

优选的：所述阻尼器包括外壳体、活塞杆、活塞、复位弹簧和分隔板，外壳体内部通过分隔板分隔为活塞室和复位室，复位弹簧设置在复位室内，活塞杆一端贯穿外壳体左侧与形变位移转换放大装置通过球形轴承建立连接，活塞杆另一端穿过分隔板与复位弹簧建立连接，外壳体右侧与形变位移转换放大装置通过球形轴承建立连接，活塞杆上安装有活塞，活塞外侧与活塞室内侧壁滑动接触，活塞室内充满粘滞液体。

一种抑制桥梁振动的阻尼器减振实现方法，是基于一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统实现的：

当桥梁主梁发生弯曲振动时，第一刚性杆所在的桥梁主梁截面发生转动使得第一刚性杆下端发生水平运动，从而第一刚性杆带动连杆运动；

连杆带动输入滑轴运动，输入滑轴上的第一齿条带动第一双齿轮的小齿轮端顺时针转动，同时第一双齿轮的大齿轮端顺时针转动，从而使输出滑轴水平运动；

输出滑轴带动活塞杆水平运动，使复位弹簧伸长，活塞两侧产生油压，迫使一侧粘滞液体通过阻尼间隙并带有一定速度地流向另一侧而产生阻尼力，从而耗散结构振动的能量；

当输出滑轴下端恢复到初始位置时，复位弹簧恢复到原长度，使得活塞恢复至初始位置，实现阻尼器自复位功能；

当下个周期左放大装置和右放大装置彼此远离时，阻尼器两端相对运动耗能，左放大装置和右放大装置彼此靠近时，复位弹簧恢复到原长度，如此循环往复，以抑制桥梁的振动。

本发明为了解决放大桥梁主梁振动时产生弯曲形变的问题，提出本发明的技术方案为：

一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，包括形变位移转换放大装置和阻尼器，阻尼器两端均通过形变位移转换放大装置与桥梁主梁建立连接，当桥梁主梁发生弯曲振动时，形变位移转换放大装置将竖向弯曲振动产生的转角位移转换放大成水平位移差，并传递给阻尼器，阻尼器反向拉伸牵引桥梁主梁，抑制桥梁主梁的竖向弯曲振动。

优选的：所述阻尼器包括外壳体、活塞杆、活塞、复位弹簧和分隔板，外壳体内部通过分隔板分隔为活塞室和复位室，复位弹簧设置在复位室内，活塞杆一端贯穿外壳体左侧与形变位移转换放大装置通过球形轴承建立连接，活塞杆另一端穿过分隔板与复位弹簧建立连接，外壳体右侧与形变位移转换放大装置通过球形轴承建立连接，活塞杆上安装有活塞，活塞外侧与活塞室内侧壁滑动接触，活塞室内充满粘滞液体。

优选的：所述形变位移转换放大装置包括固定箱体、左放大装置和右放大装置，固定箱体固定安装在桥梁主梁底部，左放大装置和右放大装置均设置在固定箱体内，左放大装置一端穿过固定箱体与桥梁主梁底部建立连接，左放大装置另一端与活塞杆通过球形轴承建立连接，右放大装置一端穿过固定箱体与桥梁主梁底部建立连接，右放大装置另一端与外壳体右侧通过球形轴承建立连接。

优选的：所述左放大装置和右放大装置为相同的镜像结构。

优选的：所述左放大装置包括第一刚性杆、连杆、第一双齿轮、输入滑轴、第一齿条、第二齿条、套筒和输出滑轴，第一双齿轮转动配合安装在固定箱体内，固定箱体左右两侧均加工有导向孔，第一刚性杆上端固定安装在桥梁主梁底部，第一刚性杆下端与连杆一端铰接，连杆另一端与输入滑轴一端铰接，输入滑轴滑动安装在导向孔内，输入滑轴上安装有第一齿条，第一齿条与第一双齿轮的小齿轮端啮合，输出滑轴上安装有第二齿条，第二齿条与第一双齿轮的大齿轮端啮合，输出滑轴通过套筒与固定箱体建立相对滑动连接，输出滑轴端部与活塞杆通过球形轴承建立连接。

优选的：所述形变位移转换放大装置和阻尼器在桥梁主梁底部多组线性布置。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明的一种用于抑制桥梁振动的阻尼减振系统，可以为主梁提供有效的附加阻尼比，能够用于抑制桥梁的振动；

2.本发明的一种用于抑制桥梁振动的阻尼减振系统，当桥梁主梁发生弯曲振动时，利用主梁上两个截面相对转角使阻尼器两端产生相对位移，有着较好的耗能能力。当主梁两个截面恢复原位时，通过设置复位弹簧使阻尼器两端恢复到原来位置，实现阻尼器自复位功能；

3.本发明的一种用于抑制桥梁振动的阻尼减振系统，通过设置齿轮传动装置，将第一刚性杆下端的相对速度经齿轮放大后传递到自复位阻尼器两端，使阻尼器能更好地耗散能量；

4.本发明的一种用于抑制桥梁振动的阻尼减振系统，构造简单、设计巧妙、易安装、成本较低，可以在桥梁主梁上设置多组阻尼装置，以达到更好的控制振动的效果。

附图说明

图1是一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统的安装位置示意图；

图2是一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统的布置图；

图3是一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统阻尼器的结构示意图；

图4是一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统的结构示意图；

图5是一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统的工作机制示意图；

图中0-桥梁主梁，1-形变位移转换放大装置，2-阻尼器，11-固定箱体，12-左放大装置，13-右放大装置，21-外壳体，22-活塞杆，23-活塞，24-复位弹簧，25-分隔板，26-球形轴承，2-1-活塞室，2-2-复位室，111-导向孔，121-第一刚性杆，122-连杆，123-第一双齿轮，124-输入滑轴，125-第一齿条，126-第二齿条，127-套筒，128-输出滑轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1、2和4说明本实施方式，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，包括形变位移转换放大装置1和阻尼器2，阻尼器2两端均通过形变位移转换放大装置1与桥梁主梁0建立连接，当桥梁主梁0发生弯曲振动时，形变位移转换放大装置1将竖向弯曲振动产生的转角位移转换放大成水平位移差，并传递给阻尼器2，阻尼器2反向拉伸牵引桥梁主梁0，抑制桥梁主梁0的竖向弯曲振动，当桥梁主梁0发生振动形变时，形变位移转换放大装置1将桥梁主梁0的振动形变放大，传递给阻尼器2，阻尼器2工作，牵引抑制桥梁主梁0的振动。

具体实施方式二：结合图1-图5说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，所述阻尼器2包括外壳体21、活塞杆22、活塞23、复位弹簧24和分隔板25，外壳体21内部通过分隔板25分隔为活塞室2-1和复位室2-2，复位弹簧24设置在复位室2-2内，活塞杆22一端贯穿外壳体21左侧与形变位移转换放大装置1通过球形轴承26建立连接，活塞杆22另一端穿过分隔板25与复位弹簧24建立连接，外壳体21右侧与形变位移转换放大装置1通过球形轴承26建立连接，活塞杆22上安装有活塞23，活塞23外侧与活塞室2-1内侧壁滑动接触，活塞室2-1内充满粘滞液体。

具体实施方式三：结合图1-图5说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，所述形变位移转换放大装置1包括固定箱体11、左放大装置12和右放大装置13，固定箱体11固定安装在桥梁主梁0底部，左放大装置12和右放大装置13均设置在固定箱体11内，左放大装置12一端穿过固定箱体11与桥梁主梁0底部建立连接，左放大装置12另一端与活塞杆22通过球形轴承26建立连接，右放大装置13一端穿过固定箱体11与桥梁主梁0底部建立连接，右放大装置13另一端与外壳体21右侧通过球形轴承26建立连接。

具体实施方式四：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，所述左放大装置12和右放大装置13为相同的镜像结构，目的是为了获取桥梁主梁0的弯曲形变。

具体实施方式五：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，所述左放大装置12包括第一刚性杆121、连杆122、第一双齿轮123、输入滑轴124、第一齿条125、第二齿条126、套筒127和输出滑轴128，第一双齿轮123转动配合安装在固定箱体11内，固定箱体11左右两侧均加工有导向孔111，第一刚性杆121上端固定安装在桥梁主梁0底部，第一刚性杆121下端与连杆122一端铰接，连杆122另一端与输入滑轴124一端铰接，输入滑轴124滑动安装在导向孔111内，输入滑轴124上安装有第一齿条125，第一齿条125与第一双齿轮123的小齿轮端啮合，输出滑轴128上安装有第二齿条126，第二齿条126与第一双齿轮123的大齿轮端啮合，输出滑轴128通过套筒127与固定箱体11建立相对滑动连接，输出滑轴128端部与活塞杆22通过球形轴承26建立连接，所述连杆122沿桥梁主梁0纵向设置。

具体实施方式六：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，所述形变位移转换放大装置1和阻尼器2在桥梁主梁0底部多组线性布置，目的是加强减振效果。

具体实施方式七：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振实现方法，当桥梁主梁发生弯曲振动时，第一刚性杆121所在的桥梁主梁0截面发生转动使得第一刚性杆121下端发生水平运动，从而第一刚性杆121带动连杆122运动；

连杆122带动输入滑轴124运动，输入滑轴124上的第一齿条125带动第一双齿轮123的小齿轮端顺时针转动，同时第一双齿轮123的大齿轮端顺时针转动，从而使输出滑轴128水平运动；

输出滑轴128带动活塞杆22水平运动，使复位弹簧24伸长，活塞23两侧产生油压，迫使一侧粘滞液体通过阻尼间隙并带有一定速度地流向另一侧而产生阻尼力，从而耗散结构振动的能量；

当输出滑轴128下端恢复到初始位置时，复位弹簧24恢复到原长度，使得活塞23恢复至初始位置，实现阻尼器2自复位功能；

当下个周期左放大装置12和右放大装置13彼此远离时，阻尼器2两端相对运动耗能，左放大装置12和右放大装置13彼此靠近时，复位弹簧24恢复到原长度，如此循环往复，以抑制桥梁的振动。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：包括形变位移转换放大装置(1)和阻尼器(2)，阻尼器(2)两端均通过形变位移转换放大装置(1)与桥梁主梁(0)建立连接，当桥梁主梁(0)发生弯曲振动时，形变位移转换放大装置(1)将竖向弯曲振动产生的转角位移转换放大成水平位移差，并传递给阻尼器(2)，阻尼器(2)反向拉伸牵引桥梁主梁(0)，抑制桥梁主梁(0)的竖向弯曲振动。

2.根据权利要求1所述的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：所述阻尼器(2)包括外壳体(21)、活塞杆(22)、活塞(23)、复位弹簧(24)和分隔板(25)，外壳体(21)内部通过分隔板(25)分隔为活塞室(2-1)和复位室(2-2)，复位弹簧(24)设置在复位室(2-2)内，活塞杆(22)一端贯穿外壳体(21)左侧与形变位移转换放大装置(1)通过球形轴承(26)建立连接，活塞杆(22)另一端穿过分隔板(25)与复位弹簧(24)建立连接，外壳体(21)右侧与形变位移转换放大装置(1)通过球形轴承(26)建立连接，活塞杆(22)上安装有活塞(23)，活塞(23)外侧与活塞室(2-1)内侧壁滑动接触，活塞室(2-1)内充满粘滞液体。

3.根据权利要求2所述的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：所述形变位移转换放大装置(1)包括固定箱体(11)、左放大装置(12)和右放大装置(13)，固定箱体(11)固定安装在桥梁主梁(0)底部，左放大装置(12)和右放大装置(13)均设置在固定箱体(11)内，左放大装置(12)一端穿过固定箱体(11)与桥梁主梁(0)底部建立连接，左放大装置(12)另一端与活塞杆(22)通过球形轴承(26)建立连接，右放大装置(13)一端穿过固定箱体(11)与桥梁主梁(0)底部建立连接，右放大装置(13)另一端与外壳体(21)右侧通过球形轴承(26)建立连接。

4.根据权利要求3所述的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：所述左放大装置(12)和右放大装置(13)为相同的镜像结构。

5.根据权利要求4所述的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：所述左放大装置(12)包括第一刚性杆(121)、连杆(122)、第一双齿轮(123)、输入滑轴(124)、第一齿条(125)、第二齿条(126)、套筒(127)和输出滑轴(128)，第一双齿轮(123)转动配合安装在固定箱体(11)内，固定箱体(11)左右两侧均加工有导向孔(111)，第一刚性杆(121)上端固定安装在桥梁主梁(0)底部，第一刚性杆(121)下端与连杆(122)一端铰接，连杆(122)另一端与输入滑轴(124)一端铰接，输入滑轴(124)滑动安装在导向孔(111)内，输入滑轴(124)上安装有第一齿条(125)，第一齿条(125)与第一双齿轮(123)的小齿轮端啮合，输出滑轴(128)上安装有第二齿条(126)，第二齿条(126)与第一双齿轮(123)的大齿轮端啮合，输出滑轴(128)通过套筒(127)与固定箱体(11)建立相对滑动连接，输出滑轴(128)端部与活塞杆(22)通过球形轴承(26)建立连接。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统，其特征在于：所述形变位移转换放大装置(1)和阻尼器(2)在桥梁主梁(0)底部多组线性布置。

7.一种抑制桥梁振动的阻尼器减振实现方法，是基于一种抑制桥梁振动的阻尼器减振系统实现的，其特征在于：

当桥梁主梁发生弯曲振动时，第一刚性杆(121)所在的桥梁主梁(0)截面发生转动使得第一刚性杆(121)下端发生水平运动，从而第一刚性杆(121)带动连杆(122)运动；

连杆(122)带动输入滑轴(124)运动，输入滑轴(124)上的第一齿条(125)带动第一双齿轮(123)的小齿轮端顺时针转动，同时第一双齿轮(123)的大齿轮端顺时针转动，从而使输出滑轴(128)水平运动；

输出滑轴(128)带动活塞杆(22)水平运动，使复位弹簧(24)伸长，活塞(23)两侧产生油压，迫使一侧粘滞液体通过阻尼间隙并带有一定速度地流向另一侧而产生阻尼力，从而耗散结构振动的能量；

当输出滑轴(128)下端恢复到初始位置时，复位弹簧(24)恢复到原长度，使得活塞(23)恢复至初始位置，实现阻尼器(2)自复位功能；

当下个周期左放大装置(12)和右放大装置(13)彼此远离时，阻尼器(2)两端相对运动耗能，左放大装置(12)和右放大装置(13)彼此靠近时，复位弹簧(24)恢复到原长度，如此循环往复，以抑制桥梁的振动。

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