CN113551000B - 一种下挂结构隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种下挂结构隔振装置，用于主桥和下挂结构的连接，其包括基座、外筒、活塞式导杆、弹性元件一、弹性元件二、导向板、阻尼材料和耳板；基座固定在主桥上，外筒安装在基座上，导向板固定在外筒内壁；活塞式导杆上端为宽柱体，其最外侧表面与导向板贴合；活塞式导杆下端伸出外筒且与耳板连接；耳板用于连接下挂结构伸出的吊杆；弹性元件一安装在导杆宽柱体下侧和外筒内部的底面之间；弹性元件二安装在活塞式导杆上端宽柱体和导向板之间；阻尼材料填充在外筒的底面、导向板的内侧面和导杆围成的空腔里。本发明能够有效减小机非分层桥梁中主桥对下挂结构的强迫振动，提高人非系统的舒适性，同时对于全结构能够减振吸能。

Description

一种下挂结构隔振装置
技术领域
本发明涉及桥梁工程振动控制领域，具体涉及一种下挂结构隔振装置。
背景技术
机非分层桥梁是近年来发展起来的为缓解非机动车上桥长距离爬坡问题、机非混行问题的一类新型的多用途桥梁，通常采用在车行主桥下方布置下挂式人非系统的结构形式。不同于一般人非系统，机非分层桥梁下挂结构受到人行荷载和主桥强迫振动双重激励。既有研究表明，主桥传递的车致竖向振动加速度峰值可达到仅人行荷载激励引起的竖向加速度峰值的50％以上，两者叠加后，一部分机非分层桥梁下挂结构振动响应会超过现有标准中设定的人行桥舒适性阈值，从而带来舒适性问题。
发明内容
为了减小机非分层桥梁中下挂结构受主桥的强迫振动，提高人非系统的舒适性，本发明提供一种下挂结构隔振装置，具体技术方案如下：
一种下挂结构隔振装置，用于主桥和下挂结构的连接，该装置包括基座、外筒、活塞式导杆、弹性元件一、弹性元件二、导向板、阻尼材料和耳板；
所述基座固定在所述主桥上，所述外筒安装在所述基座上，所述导向板固定在所述外筒内壁；所述活塞式导杆上端为宽柱体，其最外侧表面与导向板贴合；所述活塞式导杆下端伸出所述外筒且与所述耳板连接；所述耳板用于连接下挂结构伸出的吊杆；所述弹性元件一安装在所述导杆宽柱体下侧和所述外筒内部的底面之间，用于支撑导杆传递的下挂结构荷载；所述弹性元件二安装在所述活塞式导杆上端宽柱体和所述导向板之间；所述阻尼材料填充在外筒的底面、导向板的内侧面和导杆围成的空腔里，为结构提供吸振阻尼。
进一步地，所述弹性元件一为螺旋弹簧，所述弹性元件二为碟形弹簧，所述弹性元件一和弹性元件二并联组成准零刚度系统，且在结构静力平衡位置达到零切向刚度。
进一步地，导向板和导杆上端宽柱体上均开设有用于安装弹性元件二的环形卡槽。
进一步地，所述环形卡槽与所述碟形弹簧的支撑点设计有圆弧面，以适应碟形弹簧的反转变形。
进一步地，碟形弹簧高厚比大于1.5。
进一步地，所述阻尼材料优选泡沫塑料。
一种使用上述的下挂结构隔振装置的机非分层桥梁，该桥梁包括主桥、下挂桥面、竖吊杆和斜吊杆，所述下挂桥面，所述竖吊杆和斜吊杆的一端与所述下挂桥面刚性连接，所述竖吊杆和斜吊杆的另一端通过所述下挂结构隔振装置与所述主桥的下表面连接。
本发明的有益效果如下：
(1)通过弹性元件一和弹性元件二组合形成准零刚度系统，使隔振装置兼具较高的静态刚度和较小的动态刚度，同时达到保障人非系统正常通行以及阻隔强迫振动的目的。
(2)利用准零刚度系统中被隔振对象振动的滞后性，使下挂结构和主桥形成一定的错相振动，从而间接达到吸振耗能、抑制结构振动的效果。
(3)通过隔振器内部构造设计，将缓冲弹簧设计为吊挂结构的支撑件，即弹簧处于受压状态，抗疲劳性能较好，相比于采用受拉弹簧的隔振装置有更高的安全系数。
附图说明
图1为本发明实施例的隔振装置X的剖面示意图；
图2为本发明实施例的隔振装置X应用在桥梁结构的断面示意图；
图3为应用隔振装置X的桥梁结构的有限元计算模型图；
图4为桥梁结构的隔振装置X的荷载-位移曲线图；
图5为应用隔振装置X的桥梁结构的下挂桥面跨中加速度时程图；
图6为应用隔振装置X的桥梁结构的主桥跨中加速度时程图；
附图中编号释义：001-主桥，002-下挂桥面，003-竖吊杆，004-斜吊杆，1-基座，2-外筒，3-导杆，4-螺旋弹簧，5-碟形弹簧，6-导向板，7-阻尼材料，8-耳板，X-一种下挂结构隔振装置。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，作为其中一种实施方式，本发明的下挂结构隔振装置，用于主桥和下挂结构的连接，该装置包括基座1、外筒2、活塞式导杆3、螺旋弹簧4、碟形弹簧5、导向板6、阻尼材料7和耳板8。
基座1固定在主桥上，基座1上设置螺栓孔，通过螺栓与主桥固定连接；基座1上海加工有内螺纹孔，外筒2上端加工有外螺纹，外筒2通过外螺纹嵌入内螺纹孔固定安装在基座1上。导向板6固定在外筒2内壁；活塞式导杆3上端为宽柱体，其最外侧表面与导向板6贴合；活塞式导杆3下端伸出外筒2且与耳板8连接；耳板8用于连接下挂结构伸出的吊杆；螺旋弹簧4安装在导杆3宽柱体下侧和外筒2内部的底面之间，作为受压元件，用于支撑导杆3传递的下挂结构荷载；碟形弹簧5安装在活塞式导杆3上端宽柱体和导向板6之间；阻尼材料7填充在外筒2的底面、导向板6的内侧面和导杆3围成的空腔里，为结构提供吸振阻尼。
螺旋弹簧4和碟形弹簧5并联组成准零刚度系统，且在结构静力平衡位置达到零切向刚度。螺旋弹簧4和碟形弹簧5也可以换成其他的弹性元件。
导向板6和导杆3上端宽柱体上均开设有用于安装碟形弹簧5的环形卡槽，且环形卡槽与碟形弹簧5的支撑点设计有圆弧面，以适应碟形弹簧5的反转变形。
碟形弹簧高厚比大于1.5。
图2为将本发明的下挂结构隔振装置应用在机非分层桥梁中的示意图，如图2所示，该桥梁包括主桥001、下挂桥面002、竖吊杆003和斜吊杆004，所述下挂桥面002，所述竖吊杆003和斜吊杆004的一端与所述下挂桥面002刚性连接，竖吊杆003和斜吊杆004的另一端通过下挂结构隔振装置与主桥001的下表面沿横桥向铰接，从而使得下挂桥面002具有沿横桥向转动的自由度和沿竖直方向移动的自由度。
图3为安装本发明隔振装置X的桥梁结构的有限元计算模型图，桥梁全长20m，隔振装置X的力学模型简化为弹簧和阻尼的并联结构。图4为有限元模型中隔振装置X的荷载-位移曲线图，该曲线在静力平衡位置的时候切线刚度趋近于0，其等效线性刚度为8700kN·m-1，等效阻尼系数为200kN·s·m-1。
在考虑重力的情况下，在主桥上施加一个匀速移动荷载进行动力时程分析。图5和图6为计算得到的下挂桥面跨中加速度时程图以及主桥跨中加速度时程图。另外，为了说明本发明装置所具有的优势，计算了不使用隔振器以及使用普通线性弹簧隔振器(线性刚度和阻尼与隔振装置X的等效线性刚度和等效阻尼系数相同)的桥梁结构振动响应进行对比。从计算结果可以看出，使用本发明隔振装置的桥梁结构，下挂桥面的加速度峰值以及振动持续时间均有明显减小，且对主桥振动也有很好的抑制作用；相比于使用普通线性弹簧隔振器，本发明装置对桥梁结构的振动控制效果更佳。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种下挂结构隔振装置，用于主桥和下挂结构的连接，其特征在于，该装置包括基座(1)、外筒(2)、活塞式导杆(3)、弹性元件一(4)、弹性元件二(5)、导向板(6)、阻尼材料(7)和耳板(8)；
所述基座(1)固定在所述主桥上，所述外筒(2)安装在所述基座(1)上，所述导向板(6)固定在所述外筒(2)内壁；所述活塞式导杆(3)上端为宽柱体，其最外侧表面与导向板(6)贴合；所述活塞式导杆(3)下端伸出所述外筒(2)且与所述耳板(8)连接；所述耳板(8)用于连接下挂结构伸出的吊杆；所述弹性元件一(4)安装在所述活塞式导杆(3)宽柱体下侧和所述外筒(2)内部的底面之间，用于支撑活塞式导杆(3)传递的下挂结构荷载；所述弹性元件二(5)安装在所述活塞式导杆(3)上端宽柱体和所述导向板(6)之间；所述阻尼材料(7)填充在外筒(2)的底面、导向板(6)的内侧面和活塞式导杆(3)围成的空腔里，为结构提供吸振阻尼。
2.根据权利要求1所述的下挂结构隔振装置，其特征在于，所述弹性元件一(4)为螺旋弹簧，所述弹性元件二(5)为碟形弹簧，所述弹性元件一(4)和弹性元件二(5)并联组成准零刚度系统，且在结构静力平衡位置达到零切向刚度。
3.根据权利要求2所述的下挂结构隔振装置，其特征在于，导向板(6)和活塞式导杆(3)上端宽柱体上均开设有用于安装弹性元件二(5)的环形卡槽。
4.根据权利要求3所述的下挂结构隔振装置，其特征在于，所述环形卡槽与所述碟形弹簧的支撑点设计有圆弧面，以适应碟形弹簧的反转变形。
5.根据权利要求2或3或4所述的下挂结构隔振装置，其特征在于，碟形弹簧高厚比大于1.5。
6.根据权利要求2或3或4所述的下挂结构隔振装置，其特征在于，所述阻尼材料(7)泡沫塑料。
7.一种使用根据权利要求1所述的下挂结构隔振装置的机非分层桥梁，其特征在于，该桥梁包括主桥(001)、下挂桥面(002)、竖吊杆(003)和斜吊杆(004)，所述下挂桥面(002)，所述竖吊杆(003)和斜吊杆(004)的一端与所述下挂桥面(002)刚性连接，所述竖吊杆(003)和斜吊杆(004)的另一端通过所述下挂结构隔振装置与所述主桥(001)的下表面连接。
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