CN218621766U - 一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，涉及桥梁结构振动控制技术领域，该装置包括：多个弹性屈曲阻尼组件，其设于两个主塔之间，屈曲阻尼组件包括：两个在纵桥向间隔设置的屈曲约束支撑，每个屈曲约束支撑均以预设角度设置于两个主塔之间，且两个屈曲约束支撑在横桥向交叉对称。本实用新型中的利用了屈曲约束支撑具有较大的连接刚度、较强的承载力，在塑性屈服阶段，压缩与在拉伸受力时具有同样良好耗能能力的优点。从而克服了粘滞液体阻尼器以及粘弹性阻尼器等存在的刚度低、耗能位移大、承载能力低的缺点。采用交叉布置的阻尼器对，且使用球铰连接，使得每个阻尼器成为一个仅受拉压力的二力杆。
Description
技术领域
本实用新型涉及桥梁结构振动控制技术领域，具体涉及一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系。
背景技术
随着经济社会的快速发展，我国的交通量日益激增，斜拉桥作为跨越大江大河及超大峡谷的主要桥型，发挥着越来越重要的作用。斜拉桥具有主塔高、主梁跨度大、结构柔度大的特点，受限于材料与结构的力学性能，主梁的宽度不可能做的无限宽，而要满足更大的交通量需求，又必须增加车道数量。在这种背景条件下，采用分幅联塔桥梁的双主塔联合以增加桥梁的展现出良好的运用前景。
然而，分幅联塔斜拉桥的双塔横向距离较近所以一般会共用承台基础，而且单一主塔高度大柔度大。在发生横向地震时，主塔会受振动影响而发生横向位移造成双塔互相影响的同时还会对承台基础造成严重损坏。因此，利用减震器增强联塔的横向联系与地震耗能能力，成为业内关注的热点。目前在桥梁振动控制领域，阻尼耗能装置的运用主要集中于粘滞液体阻尼器、磁流变阻尼器、电涡流阻尼器以等，但这些阻尼器或多或少存在刚度低、耗能位移大、承载能力低等缺点。因此，斜拉桥联塔塔间的阻尼器除了需要具备高刚度、小位移耗能、高承载力的特点以外，还需要能够应对联塔在不同相对运动方向下的减震耗能。专利公布号为CN112853934A(申请号202110234033.2)，名称为“一种新型耗能减震式分幅联塔斜拉桥塔间联系结构”的实用新型，其通过在联间设置金属剪切型阻尼器以为联塔提供较大的横向连接刚度，但该类阻尼器的弯矩作用明显、且具备高刚度、屈服位移小的特点，显然很难适应联塔在不同相对运动方向下的减震耗能。
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减震阻尼体系，以解决相关技术中联塔间的阻尼机构刚度高且屈服位移小，难以应对联塔在不同相对运动方向下的减震耗能的问题。
为达到以上目的，本实用新型采取的技术方案是：提供一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其包括：
多个弹性屈曲阻尼组件，其设于两个主塔之间，所述弹性屈曲阻尼组件包括：两个在纵桥向间隔设置的屈曲约束支撑，每个所述屈曲约束支撑均以预设角度设置于两个主塔之间，且两个所述屈曲约束支撑在纵桥向交叉对称布置。
一些实施例中，所述分幅联塔桥梁包括：两个在纵桥向间隔设置的弹性屈曲阻尼组件。
一些实施例中，每个所述弹性屈曲阻尼组件的两个所述屈曲约束支撑以两个所述主塔的横桥向中心线对称设置。
一些实施例中，所述屈曲约束支撑包括：
屈曲构件，其两端分别组设于两个主塔上；
约束套筒，其套设于所述屈曲构件上。
一些实施例中，所述屈曲构件的端部与所述主塔铰接。
一些实施例中，所述弹性屈曲阻尼组件还包括：
两个预埋件，两个所述预埋件分别设于两个所述主塔的相对面上，每个所述预埋件上均设有耳板，所述耳板通过万向铰与所述屈曲约束支撑相连。
一些实施例中，所述屈曲构件的端部通过销轴与所述主塔相连。
一些实施例中，所述弹性屈曲阻尼组件还包括：
两个预埋件，两个所述预埋件分别设于两个所述主塔的相对面上，每个所述预埋件上均设有耳板，所述耳板通过所述销轴与所述屈曲约束支撑相连。
一些实施例中，所述屈曲构件的表面包有弹性压缩层。
一些实施例中，所述屈曲约束支撑为BRB阻尼器。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
(1)本实用新型中的利用了屈曲约束支撑具有较大的连接刚度、较强的承载力，在塑性屈服阶段，压缩与在拉伸受力时具有同样良好耗能能力的优点。从而克服了粘滞液体阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流变阻尼器、电涡流阻尼器以及粘弹性阻尼器等存在的刚度低、耗能位移大、承载能力低的缺点，成为联幅桥梁的联塔间，增强横向联系与提供地震能量耗散的一种理想阻尼器类型。
(2)本实用新型中的桥梁的分幅联塔桥梁，采用交叉布置的阻尼器对，且使用球铰连接，使得每个阻尼器成为一个仅受拉压力的二力杆，有效利用了屈曲约束支撑拉伸与压缩耗能能力均较强的优点，从而减小了单个阻尼器的设计尺寸，并布置成空间轴对称结构，大大增强了耗能能力和耗能效率。
(3)本实用新型中屈曲约束支撑交叉布置，其造型别致与桥梁的美学线型完美融合，符合桥梁设计的美学要求。此外，该结构采用销接，易于拆卸可更换，有利于强震过后的结构快速恢复，经济性好。
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减震结构的主视图；
图2为本实用新型实施例中减震结构的俯视图；
图3为本实用新型实施例中屈曲约束支撑的结构示意图；
图4为本实用新型实施例中约束套筒的结构示意图；
图5为本实用新型实施例中屈曲构件的结构示意图；
图6本实用新型实施例中的分幅联塔桥梁的两个主塔在发生同向的相对运动前后的示意图。
图中：1、弹性屈曲阻尼组件；11、屈曲约束支撑；111、屈曲构件；112、约束套筒；113、弹性压缩层；114、销轴；2、主塔；3、预埋件；31、耳板；4、横梁；a、第一阻尼；b、第二阻尼；c、第三阻尼；d、第四阻尼。
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的实施例作进一步详细说明。本申请提供一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其包括：多个弹性屈曲阻尼组件1；其中，
多个弹性屈曲阻尼组件1，其设于两个主塔2之间，所述弹性屈曲阻尼组件1包括：两个在纵桥向间隔设置的屈曲约束支撑11，每个所述屈曲约束支撑11均以预设角度设置于两个主塔2之间，且两个所述屈曲约束支撑11在横桥向交叉对称。
具体地，如图1和图2所示，分幅联塔桥梁包括两个在纵桥向间隔设置的弹性屈曲阻尼组件1。当然了，根据联塔的结构需求也可以设置多个。值得说明的是，每个所述弹性屈曲阻尼组件1的两个所述屈曲约束支撑11沿两个所述主塔2的横桥向中心线对称设置。一些实施例中如图2中所示，四个屈曲约束支撑11均在两个所述主塔2之间间隔设置，其中中间的两个屈曲约束支撑11为一个弹性屈曲阻尼组件1，纵桥向前后的两个外侧的屈曲约束支撑11属于另一个弹性屈曲阻尼组件1。
可以理解的是，本申请横向减震阻尼体系提供的具体实施例中包括2个弹性屈曲阻尼组件1。当然了，根据桥梁需求也可以设置其他数量的多组弹性屈曲阻尼组件1。
优选地，屈曲约束支撑11选用BRB金属阻尼器，其通过软钢在塑性屈服阶段的拉压变形来进行耗能。在弹性阶段，BRB能为结构提供较大的连接刚度与承载力；在塑性屈服阶段，BRB是一种耗能性能优良的阻尼器。一方面，BRB在拉压状态下的滞回曲线饱满，耗能性能优良，且在外部约束单元作用下，可以保证核心钢材的耗能稳定性；另一方面，BRB相对于其他金属阻尼器，具有高刚度和高韧性的特点。因此，在合理设计下，利用BRB可以满足大跨桥塔塔间阻尼器承载力大、初始刚度大和屈服位移小的设计需求。
具体地，如图3、图4和图5所示，所述屈曲约束支撑11包括：屈曲构件111和约束套筒112；其中，
屈曲构件111，其两端分别组设于两个主塔2上；约束套筒112，其套设于所述屈曲构件111上。其中，屈曲构件111采用低屈服点钢材，而约束套筒112采用高强度结构钢。
优选地，如图5所示，屈曲构件111的轴向横截面为十字形软钢结构。
值得说明的是，所述屈曲构件111表面包有弹性压缩层113。以增大屈曲构件111的屈曲空间。
优选地，弹性压缩层113选用泡沫胶。
一些实施例中，所述屈曲构件111和约束套筒112之间填充有高性能混凝土。
具体地，屈曲构件111的两端均设有销轴孔，屈曲构件111通过销轴114与所述主塔2相连。
优选地，所述屈曲构件111可通过球铰与所述主塔2相连。
一些实施例中，所述弹性屈曲阻尼组件1还包括：
两个预埋件3，两个所述预埋件3分别设于两个所述主塔2的相对面上，每个所述预埋件3上均设有耳板31，所述耳板31通过所述销轴114与所述屈曲构件111相连。
可以理解的是，耳板31通常两个一组间隔设置，屈曲构件111的端部伸入两个耳板31之间后其上的销轴孔与耳板31上的孔位置对应，使得销轴114可以穿设在上述三个孔中
优选地，屈曲构件111与主塔2之间采用铰接形式连接。通常使用万向铰作为连接结构。万向铰由于可以实现多方向转动，因此其不仅可以实现二力杆的受力，而且可以避免安装误差造成的杆端弯矩。
优选地，上述万向铰可以是设置于耳板31的耳板孔中的球铰。屈曲构件111通过球铰与耳板31相连。
可以理解的是，耳板31与预埋件3之间一般采用焊接相连。
值得说明的是，屈曲约束支撑11的预设角度需要根据屈曲约束支撑11的尺寸、材料等数据以及主塔2受震动后的位移进行计算并确立。
优选地，分幅联塔桥梁的两个主塔2之间设置两组在纵桥向间隔设置的弹性屈曲阻尼组件1(即4个两两交叉堆成设置屈曲约束支撑11)。其减震方法为：通过连接于所述交叉成对的屈曲约束支撑11，销接于所述的双塔预埋件3上，在双塔间形成了多根相互交叉的拉压二力杆，通过二力杆的拉伸与压缩屈曲耗能，减小主塔2的地震响应。当地震动能量使得双塔相向运动时，所有减震耗能阻尼器二力杆均压缩屈曲耗能；当地震动能量使得双塔背离运动时，所有屈曲约束支撑11形成的二力杆均拉伸屈曲耗能。
如图1所示，在一个具体的实施例中，4个屈曲约束支撑11在空间形成轴对称结构。
屈曲约束支撑11的销轴114的间距为2000mm，屈曲约束支撑11的约束套筒112为正方形薄壁截面，外边长为480mm，壁厚为20mm，长1500mm；核心屈曲构件为十字形截面，相互垂直的两肢各长400mm，板厚25mm，十字形截面纵向长度为1600mm，两端连接长度各为200mm。
单个屈曲约束支撑11的屈曲承载力Ny为：Ny＝ηfyA0
式中，η为芯材增强系数，本实施例取值1.1；fy为芯材材料屈服强度，本实施例采用Q225LY型低屈服点钢材，fy取值为225MPa；A0为芯材截面面积，本实施例取值为19375mm2。
对于该实施例的减震耗能结构，其屈曲承载力为N：N＝4Nycosα式中，α为阻尼器轴向与水平方向的夹角。
减震耗能结构发生屈曲时，双幅联塔的塔间相对水平位移为：
Δ＝L1fy/Ecosα
式中，十字形截面净长度L1取1500mm，fy取值为225MPa，弹性模量E取为2.06×105MPa，α取为30°。
本申请的工作原理，两个弹性屈曲阻尼组件1的四根屈曲约束支撑11(分别命名为第一阻尼a、第二阻尼b、第三阻尼c和第四阻尼d)位置关系如图3和图4所示，
情况一：当地震动能量使得双塔相向运动时，所有4个减震耗能阻尼器二力杆均压缩屈曲耗能；
情况二：当地震动能量使得双塔背离运动时，所有4个减震耗能阻尼器二力杆均拉伸屈曲耗能。
情况三：当双塔如图6一样当地震动能量使得双塔均向右塔侧发生相对运动时(两者虽然都发生运动，但左塔由于高度等原因移动距离更长)，第一阻尼a与第三阻尼c二力杆拉伸屈曲耗能，而第二阻尼b与第四阻尼d压缩屈曲耗能。
情况四：当双塔均向左塔发生相对运动时，第一阻尼a与第三阻尼c二力杆拉伸压缩屈曲耗能，而第二阻尼b与第四阻尼d拉伸屈曲耗能。
值得说明的是，由上述工作原理可知，本申请并非仅依靠单独一组阻尼器进行减振，而是依靠多组交叉对称设置的弹性屈曲阻尼组件1以应对分幅联塔桥梁不同的震动情况。本申请方案中采用了多组阻尼器协同减振，且每组阻尼器通过万向铰进行装配。一方面增大了横向减震体系的支撑刚度和阻尼力。同时，万向铰的布置保证了阻尼器减震功能的发挥效率，进一步地增强横向减震体系的减震效果。
综上所述，本实用新型中的利用了屈曲约束支撑具有较大的连接刚度、较强的承载力，在塑性屈服阶段，压缩与在拉伸受力时具有同样良好耗能能力的优点。从而克服了粘滞液体阻尼器、粘弹性阻尼器、磁流变阻尼器、电涡流阻尼器以及粘弹性阻尼器等存在的刚度低、耗能位移大、承载能力低的缺点，成为联幅桥梁的大质量联塔间，增强横向联系与提供地震能量耗散的一种理想阻尼器类型。本实用新型中的分幅联塔桥梁的横向减震结构，采用交叉布置的阻尼器对，且使用桥梁连接，使得每个阻尼器成为一个仅受拉压力的二力杆，有效利用了该类型金属阻尼器拉伸与压缩耗能能力均较强的优点，从而减小了单个阻尼器的设计尺寸，并布置成空间轴对称结构，大大增强了耗能能力和耗能效率。本实用新型中屈曲约束支撑交叉布置，其造型别致与桥梁的美学线型完美融合，符合桥梁设计的美学要求。此外，该结构采用销接，易于拆卸可更换，有利于强震过后的结构快速恢复，经济性好。
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)
1.一种分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，包括：
多个弹性屈曲阻尼组件(1)，其设于两个主塔(2)之间，所述弹性屈曲阻尼组件(1)包括：两个在纵桥向间隔设置的屈曲约束支撑(11)，每个所述屈曲约束支撑(11)均以预设角度设置于两个主塔(2)之间，且两个所述屈曲约束支撑(11)在纵桥向交叉对称布置。
2.如权利要求1所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述分幅联塔桥梁包括：两个在纵桥向间隔设置的弹性屈曲阻尼组件(1)。
3.如权利要求1所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，每个所述弹性屈曲阻尼组件(1)的两个所述屈曲约束支撑(11)以两个所述主塔(2)的横桥向中心线对称设置。
4.如权利要求1所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述屈曲约束支撑(11)包括：
屈曲构件(111)，其两端分别组设于两个主塔(2)上；
约束套筒(112)，其套设于所述屈曲构件(111)上。
5.如权利要求4所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述屈曲约束支撑(11)的端部与所述主塔(2)铰接。
6.如权利要求5所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述弹性屈曲阻尼组件(1)还包括：
两个预埋件(3)，两个所述预埋件(3)分别设于两个所述主塔(2)的相对面上，每个所述预埋件(3)上均设有耳板(31)，所述耳板(31)通过万向铰与所述屈曲构件(111)相连。
7.如权利要求4所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述屈曲构件(111)的端部通过销轴(114)与所述主塔(2)相连。
8.如权利要求7所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述弹性屈曲阻尼组件(1)还包括：
两个预埋件(3)，两个所述预埋件(3)分别设于两个所述主塔(2)的相对面上，每个所述预埋件(3)上均设有耳板(31)，所述耳板(31)通过所述销轴(114)与所述屈曲构件(111)相连。
9.如权利要求4所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述屈曲构件(111)的表面包有弹性压缩层(113)。
10.如权利要求1所述的分幅联塔桥梁的横向减震阻尼体系，其特征在于，所述屈曲约束支撑(11)为BRB阻尼器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |