CN216428026U - 一种桥梁横向加固减振装置及加固桥墩 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及桥梁减振领域，具体涉及一种桥梁横向加固减振装置及加固桥墩。该桥梁横向加固减振装置包括：抱箍、至少两套减振机构和与减振机构数量对应的拉索，其中，抱箍用于套设在桥墩的上部；至少两套减振机构用于均匀间隔设置在所述桥墩周向方向的地面上，并且间隔所述桥墩设定距离，每套所述减振机构均包括杠杆结构和阻尼结构，所述杠杆结构包括阻力端和动力端，所述阻尼结构用于设在地面上，并与所述动力端连接；与所述减振机构数量对应的拉索两端分别与所述抱箍和阻力端连接。能够解决现有技术中桥墩加固无法为桥墩提供附加阻尼，可能继续出现损伤造成刚度退化影响桥梁运行安全的问题。

Description

一种桥梁横向加固减振装置及加固桥墩

技术领域

本实用新型涉及桥梁减振领域，具体涉及一种桥梁横向加固减振装置及加固桥墩。

背景技术

对于早期建设的铁路线路，随着列车速度、行车密度及车辆载重的增加，既有线铁路桥梁设计年代久远，设计标准低，经过多年的运营发展，实际运营铁路荷载接近或超过铁路桥梁设计标准，从而大大降低了桥梁运营期安全储备。有相当一部分桥梁产生了不同程度的损伤，其中大部分桥梁已不能满足使用要求，成为危桥或险桥，这将影响整条线路的运营，甚至影响铁路的发展。

在各种桥梁损伤问题中，桥梁的横向振动问题逐渐被重视，特别是轻型墩、高墩的横向刚度较小，自振频率低，横向振动就更加突出，甚至成为桥梁设计的控制因素。铁路提速的新要求对已有桥梁结构产生了一系列不利影响，桥梁墩顶横向振幅提速后超过《铁路桥梁检定规范》限值的现象非常普遍，己不满足列车运营性能的要求，桥墩结构的横向刚度不足会导致桥墙缴顶横向振幅过大，从而加剧桥梁的横向振动。己有铁路桥梁高墩多采用轻型空心墩和柔性墩，虽然减轻了结构自重，减少了污工数量，也能满足承载力要求，但其刚度较小，特别是横向刚度不满足要求，不适应目前提速重载的要求。采用经济合理的加固和减振技术，恢复和提高旧桥或危桥的承载能力和通行能力，延长桥梁的使用寿命，以满足现代铁路交通运输的需要，不仅能更好地、及时地为现代铁路交通运输服务，而且能带来巨大的经济效益和社会效益。

桥墩的加固可有效增加桥墩刚度和自振频率，但目前的加固方法仍存在一些问题，比如对桥墩进行加固改造时，采用某些加固技术要长时间中断交通；有些加固技术资金投入大，但对于桥墩的加固效果并不十分明显；针对桥墩横向刚度不足的问题，目前大多采用增大截面法进行加固，对于较高的桥墩，采用增大截面法施工难度大，施工周期长，资金投入大。此外，桥墩加固无法为桥墩提供附加阻尼，随着桥梁的使用，可能继续出现损伤造成刚度退化影响桥梁运行安全。

实用新型内容

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种桥梁横向加固减振装置及加固桥墩，能够解决现有技术中桥墩加固无法为桥墩提供附加阻尼，可能继续出现损伤造成刚度退化影响桥梁运行安全的问题。

为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：

本实用新型提供一种桥梁横向加固减振装置，包括：

抱箍，其用于套设在桥墩的上部；

至少两套减振机构，其用于均匀间隔设置在所述桥墩周向方向的地面上，并且间隔所述桥墩设定距离，每套所述减振机构均包括杠杆结构和阻尼结构，所述杠杆结构包括阻力端和动力端，所述阻尼结构用于设在地面上，并与所述动力端连接；

与所述减振机构数量对应的拉索，其两端分别与所述抱箍和阻力端连接。

在一些可选的方案中，所述杠杆结构包括：

支座，其用于固定在地面上，

第一转动铰，其设置所述支座的上方；

刚性杆，其中部与所述第一转动铰连接，所述第一转动铰将所述刚性杆分为阻力臂和动力臂。

在一些可选的方案中，所述阻尼结构包括：

质量块，其设于所述刚性杆的动力端；

阻尼器，其一端与所述质量块连接，另一端用于连接在地面上。

在一些可选的方案中，所述刚性杆水平设置，所述阻尼器垂直与所述刚性杆的轴向方向设置。

在一些可选的方案中，所述阻尼器的上端与所述质量块通过转动铰连接，所述阻尼器的下端与地面通过转动铰连接。

在一些可选的方案中，阻尼器为粘滞阻尼器、油阻尼器、油漆耦合阻尼器、电涡流阻尼器或粘滞剪切阻尼器。

在一些可选的方案中，所述拉索与刚性杆的阻力端通过第二转动铰连接。

在一些可选的方案中，所述抱箍的周向方向均匀间隔设置有与所述减振机构个数对应的第三转动铰，所述抱箍与拉索通过所述第三转动铰连接。

在一些可选的方案中，包括两套或者四套减振机构。

另一方面，本实用新型还提供一种加固桥墩，包括：

桥墩，其顶部设有承台，

抱箍，其套设在桥墩的上部，并位于所述承台的下方；

至少两套减振机构，其均匀间隔设置在所述桥墩周向方向的地面上，并且间隔所述桥墩设定距离，每套所述减振机构均包括杠杆结构和阻尼结构，所述杠杆结构包括阻力端和动力端，所述阻尼结构设在地面上，并与所述动力端连接；

与所述减振机构数量对应的拉索，其两端分别与所述抱箍和阻力端连接。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于拉索与杠杆结构的阻力端连接，阻尼结构与杠杆结构的动力端连接，拉索伸长时，会通过杠杆结构将力放大后传递到阻尼结构处，这样通过杠杆放大原理可将桥墩墩顶处的微小振动传递至阻尼结构，使阻尼结构产生作用，通过杠杆结构将阻尼结构的惯性力和阻尼力传递回拉索，为桥墩减振，可对桥墩的墩顶横向振动进行有效的宽频控制，可减小桥墩的晃动，具有很好的减振效果。另外，阻尼结构布置在地面，便于安装维护。采用预应力拉索和减振机构组成的加固减振装置，可用于桥墩的应急快速加固和减振，也可用于永久加固和减振，不影响桥梁交通运行，实用性强，预应力的施加过程可控、易行，阻尼减振措施效果优异。该装置兼具铁路桥梁加固和宽频振动控制特点，通过带有杠杆结构的减振机构对拉索施加预应力，无需设置专门的拉索地面锚固系统，拉索张拉力调整便捷。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本实用新型实施例中桥梁横向加固减振装置及加固桥墩的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中拉索应力传递示意图；

图3为本实用新型实施例中桥墩受力平衡关系示意图；

图4为本实用新型实施例中桥墩受力变化示意图；

图5为本实用新型实施例中拉索位移传递示意图；

图6为本实用新型实施例中阻尼器位移与平衡关系示意图。

图中：1、抱箍；11、第三转动铰；2、减振机构；21、杠杆结构；211、支座；212、第一转动铰；213、刚性杆；22、阻尼结构；221、质量块；222、阻尼器；3、拉索；31、第二转动铰；4、桥墩；41、承台；42、主梁；5、地面。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本实用新型桥梁横向加固减振装置及加固桥墩的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种桥梁横向加固减振装置，包括：抱箍1、至少两套减振机构2和与减振机构2数量对应的拉索3。

抱箍1用于套设在桥墩4的上部；至少两套减振机构2用于均匀间隔设置在桥墩4周向方向的地面5上，并且间隔桥墩4设定距离，每套减振机构2均包括杠杆结构21和阻尼结构22，杠杆结构21包括阻力端和动力端，阻尼结构22用于设在地面5上，并与动力端连接；与减振机构2数量对应的拉索3两端分别与抱箍1和阻力端连接。

本方案中拉索3与桥墩4和地面5组成三角形体系，具有三角稳定性，采用至少两套减振机构2沿桥墩4的周向方向均匀间隔布置，各条拉索3的初应力相等，水平方向的力可以相互抵消掉。当桥梁受到列车荷载、地震荷载或风荷载等的作用，出现横桥向晃动时，桥墩4也会晃动，一侧的拉索3伸长，另一侧拉索3收缩，两侧拉索3的力不再相等，水平分力不再平衡，拉索3在水平方向的合力为桥墩提供一个恢复力，可减小桥墩4的晃动。由于拉索3与杠杆结构21的阻力端连接，阻尼结构22与杠杆结构21的动力端连接，拉索3伸长时，会通过杠杆结构21将力放大后传递到阻尼结构22处，这样通过杠杆放大原理可将桥墩4墩顶处的微小振动传递至阻尼结构22，使阻尼结构22产生作用，通过杠杆结构21将阻尼结构22的惯性力和阻尼力传递回拉索3，为桥墩4减振，可对桥墩4的墩顶横向振动进行有效的宽频控制，可减小桥墩的晃动，具有很好的减振效果。

在一些可选的实施例中，杠杆结构21包括：支座211、第一转动铰212和刚性杆213。

其中，支座211用于固定在地面5上，第一转动铰212设置支座211的上方；刚性杆213中部与第一转动铰212连接，第一转动铰212将刚性杆213分为阻力臂和动力臂。

在本实施例中，阻力臂的端部为阻力端，动力臂的端部为动力端，刚性杆213和拉索3以及桥墩4设置在同一平面内，并且减振机构2设置在相对拉索3，靠近桥墩4的一侧。将刚性杆213中部与支座211上的第一转动铰212连接，形成杠杆结构21，并且第一转动铰212将刚性杆213分为阻力臂和动力臂，即动力臂的长度大于阻力臂的长度，使刚性杆213可以放大振动。当桥墩4发生横向振动时，会将振动通过拉索3传递给刚性杆213的阻力端，杠杆结构21将阻力端接收到的振动传递到刚性杆213的动力端，动力端设有阻尼结构22，这样通过杠杆放大原理可将桥墩4墩顶处的微小振动传递至阻尼结构22，使阻尼结构22产生作用，通过杠杆结构21将阻尼结构22的惯性力和阻尼力传递回拉索3，为桥墩4减。

在一些可选的实施例中，阻尼结构22包括：质量块221和阻尼器222。

其中，质量块221设于刚性杆213的动力端；阻尼器222一端与质量块221连接，另一端用于连接在地面5上。

在本实施例中，在刚性杆213的动力端设置质量块221，通过质量块221块产生惯性力；质量块221上设置阻尼器222，通过阻尼器222产生阻尼，并经杠杆结构21的放大作用，将惯性力和阻尼力传递回拉索，可对桥墩墩顶横向振动进行有效的宽频控制。

在一些可选的实施例中，刚性杆213水平设置，阻尼器222垂直与刚性杆213的轴向方向设置。

在本实施例中，刚性杆213水平设置，阻尼器222与其相互垂直，可使刚性杆213阻力端的微小振动，更好的传递至阻尼器222上，使阻尼器222更好的发挥作用。

在一些可选的实施例中，该桥梁横向加固减振装置包括两套或者四套减振机构2。

在本实施例中，桥梁横向加固减振装置包括两套减振机构2。如图2-图6所示，以两套套减振机构2进行受力分析。拉索3尺寸规格、张拉力和减振机构2间隔桥墩4的距离可以根据桥墩4的型号和地质条件确定，以确定拉索3与地面5和桥墩4的角度θ。拉索3采用钢绞线拉索或销铰式平行钢丝拉索；紧绷的拉索3与桥墩4组成和地面三角形体系，具有三角稳定性。

采用两套减振机构2沿桥墩横向对称布置，两根拉索初应力相等，既F₁＝F₂，F₁与F₂在水平方向的分力(F_X＝F·sinθ)相互平衡抵消，竖向分力(F_Y＝F·cosθ)相累加，桥墩轴向压力增大，一定程度上可以减小桥梁墩墩体裂缝的继续发展，间接增加了桥墩耐久性和安全性。杠杆结构21位移放大系数为L₂/L₁，根据力平衡原理，如图6所示，拉索3的拉力

根据位移传递关系，阻尼器222的位移

L₁和L₂分别为阻力臂和动力臂的长度，S为桥墩4顶部的横向位移，S_1Y为阻力端的竖向位移，S_1X为阻力端的横向位移。当桥墩4受到列车荷载、地震荷载或风荷载等的作用，出现横桥向晃动时，一侧拉索伸长，另一侧拉索收缩，如图4所示，两侧拉索的力不再相等，水平分力不再平衡，拉索在水平方向的合力为桥墩4提供一个恢复力，可减小桥墩4的晃动。

在一些可选的实施例中，阻尼器222的上端与质量块221通过转动铰连接，阻尼器222的下端与地面5通过转动铰连接。

在一些可选的实施例中，拉索3与刚性杆213的阻力端通过第二转动铰31连接。

在一些可选的实施例中，抱箍1的周向方向均匀间隔设置有与减振机构2个数对应的第三转动铰11，抱箍1与拉索3通过第三转动铰11连接。

在本实施例中，阻尼器222与质量块221、阻尼器222的上端与质量块221、拉索3与刚性杆213的阻力端、抱箍1与拉索3均通过转动铰的形式连接，这样可以在桥墩4受到横向力时，更加灵活的将力传递给阻尼器222。避免采用刚性连接，力不能很好的传递至阻尼器222，使阻尼器222起不到阻尼作用。同时也避免长时间的使用对刚性连接部件产生疲劳破坏。

在一些可选的实施例中，阻尼器222为粘滞阻尼器、油阻尼器、油漆耦合阻尼器、电涡流阻尼器或粘滞剪切阻尼器。

在本实施例中，采用阻尼器222采用粘滞阻尼器、油阻尼器、油漆耦合阻尼器、电涡流阻尼器或粘滞剪切阻尼器均可以达到相同的技术效果。

另一方面，本实用新型还提供一种加固桥墩，包括：桥墩4、抱箍1、至少两套减振机构2和与减振机构2数量对应的拉索3。

其中，桥墩4顶部设有承台41，承台41上设有主梁42，抱箍1套设在桥墩4的上部，并位于承台41的下方；至少两套减振机构2均匀间隔设置在桥墩4周向方向的地面5上，并且间隔桥墩4设定距离，每套减振机构2均包括杠杆结构21和阻尼结构22，杠杆结构21包括阻力端和动力端，阻尼结构22设在地面5上，并与动力端连接；与减振机构2数量对应的拉索3两端分别与抱箍1和阻力端连接。

下面提供一具体的实施例。

某重载铁路高墩桥梁横向振动频率为1.426Hz，初始阻尼比为5％，实测横向振动超标，目标加固频率为1.8Hz，阻尼比为8.0％。横向振动实测超标。对该桥采用本专利提出的加固减振装置，设计两套沿墩体对称的减振机构2，采用销铰式平行钢丝拉索配杠杆结构21和阻尼结构22加固，抱箍1固定在墩顶，拉索2与桥墩4的夹角为30°，拉索3索力为F＝800kN，可将桥墩4的墩体横向振动频率提高到1.815Hz，设计杠杆放大系数L₂/L₁＝20，其中L2＝2m，L1＝0.1m，质量块质量

阻尼器阻尼系数C＝2000kN·(m/s)^-α、速度指数α＝0.35，可满足阻尼比8.2％的目标。

综上所述，本方案中拉索3与桥墩4和地面5组成三角形体系，具有三角稳定性，采用至少两套减振机构2沿桥墩4的周向方向均匀间隔布置，各条拉索3的初应力相等，水平方向的力可以相互抵消掉。当桥梁受到列车荷载、地震荷载或风荷载等的作用，出现横桥向晃动时，桥墩4也会晃动，一侧的拉索3伸长，另一侧拉索3收缩，两侧拉索3的力不再相等，水平分力不再平衡，拉索3在水平方向的合力为桥墩提供一个恢复力，可减小桥墩4的晃动。由于拉索3与杠杆结构21的阻力端连接，阻尼结构22与杠杆结构21的动力端连接，拉索3伸长时，会通过杠杆结构21将力放大后传递到阻尼结构22处，这样通过杠杆放大原理可将桥墩4墩顶处的微小振动传递至阻尼结构22，使阻尼结构22产生作用，通过杠杆结构21将阻尼结构22的惯性力和阻尼力传递回拉索3，为桥墩4减振，可对桥墩4的墩顶横向振动进行有效的宽频控制，可减小桥墩的晃动，具有很好的减振效果。

另外，阻尼结构22布置在地面，便于安装维护。采用预应力拉索3和减振机构2组成的加固减振装置，可用于桥墩4的应急快速加固和减振，也可用于永久加固和减振，不影响桥梁交通运行，实用性强，预应力的施加过程可控、易行，阻尼减振措施效果优异。该装置兼具铁路桥梁加固和宽频振动控制特点，通过杠杆结构的减振机构2对拉索3施加预应力，无需设置专门的拉索3地面锚固系统，拉索3张拉力调整便捷。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种桥梁横向加固减振装置，其特征在于，包括：

抱箍(1)，其用于套设在桥墩(4)的上部；

至少两套减振机构(2)，其用于均匀间隔设置在所述桥墩(4)周向方向的地面(5)上，并且间隔所述桥墩(4)设定距离，每套所述减振机构(2)均包括杠杆结构(21)和阻尼结构(22)，所述杠杆结构(21)包括阻力端和动力端，所述阻尼结构(22)用于设在地面(5)上，并与所述动力端连接；

与所述减振机构(2)数量对应的拉索(3)，其两端分别与所述抱箍(1)和阻力端连接。

2.如权利要求1所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述杠杆结构(21)包括：

支座(211)，其用于固定在地面(5)上，

第一转动铰(212)，其设置所述支座(211)的上方；

刚性杆(213)，其中部与所述第一转动铰(212)连接，所述第一转动铰(212)将所述刚性杆(213)分为阻力臂和动力臂。

3.如权利要求2所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述阻尼结构(22)包括：

质量块(221)，其设于所述刚性杆(213)的动力端；

阻尼器(222)，其一端与所述质量块(221)连接，另一端用于连接在地面(5)上。

4.如权利要求3所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述刚性杆(213)水平设置，所述阻尼器(222)垂直与所述刚性杆(213)的轴向方向设置。

5.如权利要求3所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述阻尼器(222)的上端与所述质量块(221)通过转动铰连接，所述阻尼器(222)的下端与地面(5)通过转动铰连接。

6.如权利要求3所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，阻尼器(222)为粘滞阻尼器、油阻尼器、油漆耦合阻尼器、电涡流阻尼器或粘滞剪切阻尼器。

7.如权利要求2所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述拉索(3)与刚性杆(213)的阻力端通过第二转动铰(31)连接。

8.如权利要求1所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，所述抱箍(1)的周向方向均匀间隔设置有与所述减振机构(2)个数对应的第三转动铰(11)，所述抱箍(1)与拉索(3)通过所述第三转动铰(11)连接。

9.如权利要求1所述的桥梁横向加固减振装置，其特征在于，包括两套或者四套减振机构(2)。

10.一种加固桥墩，其特征在于，包括：

桥墩(4)，其顶部设有承台(41)，

抱箍(1)，其套设在桥墩(4)的上部，并位于所述承台(41)的下方；

至少两套减振机构(2)，其均匀间隔设置在所述桥墩(4)周向方向的地面(5)上，并且间隔所述桥墩(4)设定距离，每套所述减振机构(2)均包括杠杆结构(21)和阻尼结构(22)，所述杠杆结构(21)包括阻力端和动力端，所述阻尼结构(22)设在地面(5)上，并与所述动力端连接；

与所述减振机构(2)数量对应的拉索(3)，其两端分别与所述抱箍(1)和阻力端连接。

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