CN114351570A - 一种横向等效tmd减震控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于抗震技术领域，特别是涉及一种横向等效TMD减震控制系统。现有减震装置的对于上承式劲性混凝土骨架拱桥主拱圈为箱型截面的整体拱圈而言，耗能支撑的安装存在不便。本申请提供了一种横向等效TMD减震控制系统，包括惯性质量、若干刚度元件和若干阻尼元件，将所述减震控制系统应用于大跨度上承式拱桥，所述惯性质量为主梁，所述主梁通过支座与主拱连接，所述刚度元件一端与所述主梁连接，所述刚度元件另一端与支承挡块连接，所述阻尼元件一端与所述主梁连接，所述阻尼元件另一端与所述支承挡块连接，所述支承挡块设置于所述主拱上。能够适用于处在不同抗震设防烈度下，不同设计需求的大跨度上承式拱桥减震控制。

Description

一种横向等效TMD减震控制系统

技术领域

本申请属于抗震技术领域，特别是涉及一种横向等效TMD减震控制系统。

背景技术

对于上承式拱桥，主拱圈由于轴压大、延性差，难以利用其延性进行抗震，往往需要采用合适的减隔震措施。已有研究表明，对于大跨度上承式拱桥，其横向刚度往往远小于纵向刚度和竖向刚度，故而在地震作用下横向位移较为突出，因而对大跨度上承式拱桥进行抗震分析时，应着重对横向位移进行控制。

现有上承式拱桥常用横向减震措施多为安装耗能支撑或防屈曲支撑，这些耗能装置一般应用于肋拱桥的减震控制，但是对于上承式劲性混凝土骨架拱桥这种主拱圈为箱型截面的整体拱圈而言，耗能支撑的安装存在不便。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于当前的减震措施对于上承式拱桥而言显然存在有不便与缺陷的问题，本申请提供了一种横向等效TMD减震控制系统。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种横向等效TMD减震控制系统，包括惯性质量、若干刚度元件和若干阻尼元件，将所述减震控制系统应用于大跨度上承式拱桥，所述惯性质量为主梁，所述主梁通过支座与主拱连接，所述刚度元件一端与所述主梁连接，所述刚度元件另一端与支承挡块连接，所述阻尼元件一端与所述主梁连接，所述阻尼元件另一端与所述支承挡块连接，所述支承挡块设置于所述主拱上。

本申请提供的另一种实施方式为：所述支承挡块与所述主梁之间设置有限位弹性支承。

本申请提供的另一种实施方式为：所述限位弹性支承一端设置于所述支承挡块上或者所述主梁上，所述限位弹性支承另一端自由设置。

本申请提供的另一种实施方式为：所述支承挡块与所述主梁之间设置有保险机构，所述保险机构一端与所述主梁连接，所述保险机构另一端与所述支承挡块连接。

本申请提供的另一种实施方式为：所述保险机构包括相互连接的保险组件，所述保险组件截面为T形。

本申请提供的另一种实施方式为：所述刚度元件为弹簧，所述阻尼元件为阻尼器。

本申请提供的另一种实施方式为：所述弹簧、所述保险机构、所述限位弹性支承与所述阻尼器依次排列。

本申请提供的另一种实施方式为：所述支座、所述弹簧、所述阻尼器、所述保险机构、所述限位弹性支承及所述支承挡块数量根据实际情况确定。

本申请提供的另一种实施方式为：所述减震控制系统的惯性质量、刚度、阻尼系数和保险剪切刚度能够根据实桥的抗震设防烈度及需要控制的实桥自振频率确定。

本申请提供的另一种实施方式为：所述支座为横向滑动支座。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的横向等效TMD减震控制系统的有益效果在于：

本申请提供的横向等效TMD减震控制系统，利用拱桥的一跨主梁作为横向等效TMD减震控制系统的质量块，无需外加大质量，克服了采用一般TMD减震附加集中质量块对拱桥的静力受力产生的不利影响。

本申请提供的横向等效TMD减震控制系统，TMD质量块质量、刚度、阻尼系数可根据实际工程情况来调整，能够适用于处在不同抗震设防烈度下，不同设计需求的大跨度上承式拱桥减震控制。

本申请提供的横向等效TMD减震控制系统，既解决了耗能装置安装存在不便的问题，同时无需外加大质量，克服了一般TMD减震所采用的附加集中质量块对拱桥的静力受力产生的不利影响。

附图说明

图1是本申请的横向等效TMD减震控制系统截面布置示意图；

图2是本申请的横向等效TMD减震控制系统整体布置示意图；

图3是本申请的横向等效TMD减震控制系统整体布置俯视示意图；

图4是本申请的横向等效TMD减震控制系统局部结构示意图；

图5是本申请的保险机构结构示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

参见图1～5，本申请提供一种横向等效TMD减震控制系统，包括惯性质量、若干刚度元件和若干阻尼元件，将所述减震控制系统应用于大跨度上承式拱桥，所述惯性质量为主梁1，所述主梁1通过支座2与主拱8连接，所述刚度元件一端与所述主梁1连接，所述刚度元件另一端与支承挡块7连接，所述阻尼元件一端与所述主梁1连接，所述阻尼元件另一端与所述支承挡块7连接，所述支承挡块7设置于所述主拱8上。所述支承挡块7沿顺桥向对称布置于所述主拱8的两侧。主梁1在设置时其下标高贴近主拱8。

在确定大跨度上承式拱桥的受控模态后，以主拱横向位移为控制目标，对横向等效TMD减震控制系统的横向等效TMD质量块的质量、刚度、阻尼系数进行优化计算分析。通过调整横向TMD质量比，对比不同横向TMD质量比下的减震控制效果，确定最优横向TMD质量比，进而得到所述横向等效TMD减震控制系统的最优的横向等效TMD质量块(主梁)质量。在确定所述横向等效TMD减震控制系统的最优横向等效TMD质量块质量后，通过调整所述横向等效TMD减震控制系统的刚度，对比不同刚度下的减震控制效果，确定所述横向等效TMD减震控制系统的最优刚度，在确定所述横向等效TMD减震控制系统的最优横向等效TMD质量块质量和最优刚度后，通过调整所述阻尼器4的阻尼系数，对比不同阻尼系数下的减震控制效果，确定所述横向等效TMD减震控制系统的最优阻尼系数。

将现有的大跨度上承式拱桥主拱拱顶上的一跨主梁作为横向等效TMD质量块，是对主梁的再次有效利用，同时解决了大跨度上承式拱桥无耗能装置安装不便的问题，既节约成本又利于推广。为了使该横向等效TMD减震控制系统能够适用性更广，应确定该横向等效TMD控制系统的在不同条件下的最优参数。

进一步地，所述支承挡块7与所述主梁1之间设置有限位弹性支承6。所述限位弹性支承6一端设置于所述支承挡块7上或者所述主梁1上，所述限位弹性支承6另一端自由设置。当然，这里的限位弹性支承也可以有其他设置方式，只要能实现限制所述横向等效TMD质量块的横向位移，防止主梁横向脱落即可。

所述限位弹性支承6固定于所述支承挡块7的表面，但不与所述横向等效TMD质量块连接，或者所述限位弹性支承6固定于所述主梁1的表面，但不与所述支承挡块7连接，用于限制所述横向等效TMD质量块的横向位移，防止主梁横向脱落。所述限位弹性支承6设置间距可根据所述横向等效TMD质量块的横向振动幅值进行调整。

进一步地，所述支承挡块7与所述主梁1之间设置有保险机构5，所述保险机构5一端与所述主梁1连接，所述保险机构5另一端与所述支承挡块7连接。

进一步地，所述保险机构5包括相互连接的保险组件，所述保险组件截面为T形。还包括螺栓9，所述螺栓9用于连接所述截面为T型的保险组件，提供正常使用情况下的刚度。

所述保险机构5的剪切强度可根据所需抵抗的地震加速度峰值确定，当地震加速度峰值超过所述所需抵抗的加速度峰值后，所述保险机构5剪断，约束失效，所述横向等效TMD控制系统进入工作状态。

进一步地，所述刚度元件为弹簧3，所述阻尼元件为阻尼器4。

进一步地，所述弹簧3、所述保险机构3、所述限位弹性支承6与所述阻尼器4依次排列。

进一步地，所述支座2、所述弹簧3、所述阻尼器4、所述保险机构5、所述限位弹性支承6及所述支承挡块7均为6个。

进一步地，所述减震控制系统的惯性质量、刚度、阻尼系数和保险剪切刚度能够根据实桥的抗震设防烈度及需要控制的实桥自振频率确定。TMD质量块质量、刚度、阻尼系数可根据实际工程情况来调整。

通过对不同抗震设防烈度、不同设计需求的大跨度上承式拱桥的横向等效TMD系统各组成部分赋予不同的参数，从而达到不同的减震效果，实现不同条件下的减震控制。

进一步地，所述支座2为横向滑动支座。所述横向滑动支座用于连接所述横向等效TMD质量块(主梁1)和主拱8，所述横向滑动支座沿顺桥向对称布置于所述横向等效TMD质量块与所述主拱8之间的两侧。

具体的，为得到横向等效TMD减震控制系统的最优横向等效TMD质量块(惯性质量)的质量，考虑在不同横向TMD质量比下(此处横向TMD质量比定义为TMD质量比上受控结构质量)，进行横向加载计算，比较不同横向TMD质量比情况下的主拱横向关键位移(3/8计算跨径处、7/16计算跨径处和拱顶处，下同)、主拱关键加速度((3/8计算跨径处、7/16计算跨径处和拱顶处，下同)和TMD相对位移(横向等效TMD质量块1和主拱8的相对位移，下同)的响应大小，得到最优的TMD横向质量比，进而得到最优的横向等效TMD质量块的质量。

为了得到横向等效TMD减震控制系统的最优刚度，在已得到最优横向TMD质量比的条件下，设定不同的刚度，进行横向加载计算，比较不同刚度情况下的主拱横向关键位移、主拱关键加速度和TMD相对位移的响应大小，得到横向等效TMD减震控制系统的最优刚度。

为了得到横向等效TMD减震控制系统的最优阻尼系数，在已得到最优横向TMD质量比、最优刚度的条件下，设定不同的阻尼系数，进行横向加载计算，比较不同阻尼系数情况下的主拱横向关键位移、主拱关键加速度和TMD相对位移的响应大小，得到最优的阻尼系数。

综合前述得到各参数的最优值，与未设置该横向等效TMD减震控制系统的大跨度上承式拱桥的地震响应进行对比，校验该系统的减震效果。

参照附图5可见，保险机构5由两个截面为T形的保险组件通过螺栓9连接构成，在正常使用情况下提供刚度，当地震加速度超过限值时，螺栓9断开，约束失效，横向等效TMD减震控制系统进入工作状态。

本申请的横向等效TMD减震控制系统会随着受控结构的运动而发生相对运动，横向等效TMD减震控制系统反作用一个力于受控结构，达到抑制受控结构运动的作用。当横向等效TMD减震控制系统的频率与受控结构受控频率一致时，横向等效TMD减震控制系统与受控结构发生共振，受控结构所受地震能量能很好的转移到横向等效TMD减震控制系统，并通过阻尼器4耗散。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种横向等效TMD减震控制系统，包括惯性质量、若干刚度元件和若干阻尼元件，其特征在于：将所述减震控制系统应用于大跨度上承式拱桥，所述惯性质量为主梁，所述主梁通过支座与主拱连接，所述刚度元件一端与所述主梁连接，所述刚度元件另一端与支承挡块连接，所述阻尼元件一端与所述主梁连接，所述阻尼元件另一端与所述支承挡块连接，所述支承挡块设置于所述主拱上。

2.如权利要求1所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述支承挡块与所述主梁之间设置有限位弹性支承。

3.如权利要求2所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述限位弹性支承一端设置于所述支承挡块上或者所述主梁上，所述限位弹性支承另一端自由设置。

4.如权利要求1所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述支承挡块与所述主梁之间设置有保险机构，所述保险机构一端与所述主梁连接，所述保险机构另一端与所述支承挡块连接。

5.如权利要求4所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述保险机构包括相互连接的保险组件，所述保险组件截面为T形。

6.如权利要求5所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述刚度元件为弹簧，所述阻尼元件为阻尼器。

7.如权利要求6所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述弹簧、所述保险机构、所述限位弹性支承与所述阻尼器依次排列。

8.如权利要求7所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述支座、所述弹簧、所述阻尼器、所述保险机构、所述限位弹性支承及所述支承挡块均为6个。

9.如权利要求8所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述减震控制系统的惯性质量、刚度、阻尼系数和保险剪切刚度能够根据实桥的抗震设防烈度及需要控制的实桥自振频率确定。

10.如权利要求1～9中任一项所述的横向等效TMD减震控制系统，其特征在于：所述支座为横向滑动支座。

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