RU2783931C1

RU2783931C1 - Device for suppressing vibrations of bridge span structures

Info

Publication number: RU2783931C1
Application number: RU2022110458A
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Глушков; Виктор Иванович Кочергин
Filing date: 2022-04-18
Publication date: 2022-11-22

Abstract

FIELD: vibration damping.

SUBSTANCE: device for vibration damping of the span structures of the bridge belongs to the transport construction. The device contains energy absorbers, consisting of a housing, an inertial mass, upper and lower thrust springs of the inertial mass, a bearing elastic element, a housing support cover, housing lugs and an energy absorber base. Bearing elastic element, inertial mass and thrust springs of inertial masses are placed coaxially. The housing and base of the energy absorber are rigidly fixed respectively to the bridge support and to the span structure of the bridge structure. Energy absorbers are located at equal acute angles to the vertical, ensuring the intersection of the axes of movement of the inertial masses of two symmetrically located devices for damping oscillations at the point of the center of mass of the section of the beam of the span bridge structure.

EFFECT: design makes it possible to ensure the compactness of the device and more complete damping of vibrations, regardless of the direction of the load acting on the span bridge structure, and thereby increase the reliability of bridge structures.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному строительству и может быть использовано при строительстве мостов.The invention relates to transport construction and can be used in the construction of bridges.

Эксплуатация мостов связана с необходимостью устранения негативных последствий сложных и разнонаправленных колебательных процессов балочных мостовых пролетных строений, возникающих от суммарного взаимодействия собственных колебаний пролетных строений, неравномерности продольного и поперечного распределения вертикальной нагрузки от движущихся по мосту транспортных средств и переменного характера горизонтальной ветровой нагрузки. Для обеспечения комфорта передвижения по мосту, надежности и долговечности мостовых строений требуются устройства для комплексного демпфирования и гашения колебаний.The operation of bridges is associated with the need to eliminate the negative consequences of complex and multidirectional oscillatory processes of beam bridge superstructures arising from the total interaction of natural oscillations of superstructures, the uneven longitudinal and transverse distribution of the vertical load from vehicles moving along the bridge and the variable nature of the horizontal wind load. To ensure the comfort of movement on the bridge, the reliability and durability of bridge structures, devices for complex damping and vibration damping are required.

Известно устройство гидродинамического гасителя колебаний мостового пролета (см. патент РФ 111146, МПК E01D 19/02), содержащее заглубленный в грунт куст свай и объединяющий их поверху оголовок, причем на верхней поверхности оголовка закреплена заполненная водой закрытая емкость, через которую проходит жестко связанный с мостовым пролетом трубчатый тяговый элемент с соосно закрепленным на нем поршнем с перфорацией.A device for a hydrodynamic vibration damper of a bridge span is known (see RF patent 111146, IPC E01D 19/02), containing a bunch of piles buried in the ground and uniting them on top of the head, and on the upper surface of the head there is a closed container filled with water, through which a rigidly connected with a tubular traction element with a perforated piston coaxially fixed on it.

Недостатками данного устройства являются невозможность использования в регионах с холодным климатом вследствие замерзания воды, необходимость обеспечения отсутствия утечек воды, громоздкость сооружения, сложность настройки на требуемую частоту резонансных колебаний, а также возникновение достаточно больших напряжений в точке соединения стержня с пролетным соединением.The disadvantages of this device are the inability to use in regions with a cold climate due to freezing of water, the need to ensure the absence of water leaks, the bulkiness of the structure, the difficulty of tuning to the required frequency of resonant vibrations, and the occurrence of sufficiently large stresses at the connection point of the rod with the span connection.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для гашения колебаний пролетных строений моста (см. патент РФ 147742, МПК E01D 1/00), содержащее дополнительные инерционные массы, установленные на упругих стержнях, причем упругие стержни переменной длины жестко закреплены по обе стороны пролетных строений моста и расположены в плоскости полотна перпендикулярно к продольной линии пролетного строения моста.The closest in technical essence to the claimed invention is a device for damping oscillations of bridge spans (see RF patent 147742, IPC E01D 1/00), containing additional inertial masses mounted on elastic rods, and the elastic rods of variable length are rigidly fixed on both sides superstructures of the bridge and are located in the plane of the canvas perpendicular to the longitudinal line of the superstructure of the bridge.

Недостатками данного устройства являются большие габариты, возможность гашения колебаний от воздействий внешних нагрузок только в одной плоскости, а также невозможность обеспечения полного гашения колебаний, так как при наличии закрепленных на упругих стержнях и настроенных на частоту собственных колебаний моста инерционных масс происходит лишь обратимый обмен энергией между объектами без внесения потерь в колебания и, после прекращения вибраций моста, колеблющиеся инерционные массы через те же упругие стержни возвращают накопленную в них энергию профилю моста.The disadvantages of this device are large dimensions, the possibility of damping vibrations from the effects of external loads in only one plane, as well as the impossibility of ensuring complete damping of vibrations, since in the presence of inertial masses fixed on elastic rods and tuned to the frequency of natural oscillations of the bridge of inertial masses, only a reversible exchange of energy occurs between objects without introducing losses into oscillations and, after the bridge vibrations stop, the oscillating inertial masses return the energy accumulated in them to the bridge profile through the same elastic rods.

Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение компактности устройства и наиболее полного гашения колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное строение моста нагрузки.The technical objective of the claimed invention is to ensure the compactness of the device and the most complete damping of vibrations, regardless of the direction of the load acting on the span structure of the bridge.

Для решения поставленной задачи устройство для гашения колебаний пролетных строений моста снабжено поглотителем энергии, корпус и основание которого жестко закреплены соответственно к опоре моста и к пролетному строению мостового сооружения, отличающееся тем, что поглотитель энергии выполнен в виде размещенной в корпусе инерционной массы и соосно закрепленных относительно нее несущего упругого элемента и упорных пружин, при этом оси перемещения инерционных масс двух симметрично расположенных устройств для гашения колебаний пересекаются в точке центра масс сечения балки пролетного мостового строения.To solve the problem, the device for damping oscillations of the bridge superstructures is equipped with an energy absorber, the body and base of which are rigidly fixed, respectively, to the bridge support and to the superstructure of the bridge structure, characterized in that the energy absorber is made in the form of an inertial mass placed in the housing and coaxially fixed relative to than the bearing elastic element and thrust springs, while the axes of movement of the inertial masses of two symmetrically located devices for damping vibrations intersect at the point of the center of mass of the section of the beam of the span bridge structure.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема расположения и соединения элементов устройства и на фиг. 2 - схема установки устройства для гашения колебаний на пролетное мостовое строение.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where in Fig. 1 shows the layout and connection of the elements of the device and Fig. 2 is a diagram of the installation of a device for damping vibrations on a span bridge structure.

Устройство для гашения колебаний пролетных строений моста содержит поглотители энергии, каждый из которых выполнен в виде размещенных в корпусе 1, между верхней 2 и нижней 3 упорными пружинами, инерционной массы 4 и соосно установленного с ней несущего упругого элемента 5. Нижняя упорная пружина 3 приварена к опорной крышке корпуса 6, соединенной посредством болтов или шпилек с приливами 7, выполненными в корпусе поглотителя. Верхняя упорная пружина 2 прикреплена к основанию поглотителя 8, жестко присоединенного к нижней части пролетного строения. Корпуса поглотителей энергии жестко прикреплены по обе стороны пролетного строения моста к опоре моста под равными острыми углами к вертикали, таким образом, чтобы оси перемещения инерционных масс двух симметрично расположенных поглотителей пересекались в точке центра масс сечения балки пролетного строения.The device for damping vibrations of the span structures of the bridge contains energy absorbers, each of which is made in the form of an inertial mass 4 and a load-bearing elastic element 5 coaxially installed with it in the housing 1, between the upper 2 and lower 3 thrust springs. The lower thrust spring 3 is welded to support cover of the housing 6 connected by means of bolts or studs with lugs 7 made in the absorber housing. The upper thrust spring 2 is attached to the base of the absorber 8, which is rigidly attached to the lower part of the superstructure. The energy absorber bodies are rigidly attached on both sides of the bridge span to the bridge support at equal acute angles to the vertical, so that the axes of movement of the inertial masses of two symmetrically located absorbers intersect at the center of mass of the span beam section.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Возникающие колебания пролетного мостового строения вызывают аналогичные колебания основания поглотителя энергии 8. Несущие упругие элемент 5 передает через корпус поглотителя энергии 1 на опору моста переменные усилия, пропорциональные жесткости пружины несущего упругого элемента и амплитуде возникающих колебаний. Инерционная масса 4, изготовленная из чугуна и подобранная расчетным путем по размерам и весу, при этом колеблется в противофазе колебаниям пролетного мостового строения и основания 8 за счет сил, передаваемых на него нижней упорной пружиной инерционной массы 4. В итоге, поскольку направления усилий в несущем упругом элементе 5 и в верхней упорной пружине инерционной массы 2 противоположны и равны по величине, то суммы переменных сил и моментов, передаваемых на опору мостового сооружения, становятся равными нулю. Поскольку при нагружении пролетного строения переменной нагрузкой происходит одновременное пропорциональное сжатие пружины несущего упругого элемента 5, верхней упорной пружины 2 и нижней упорной пружины инерционной массы 3, в равной степени изменяя их характеристики, эффективность гашения колебаний не зависит от величины нагрузки.The resulting oscillations of the span bridge structure cause similar oscillations of the base of the energy absorber 8. The bearing elastic element 5 transmits through the body of the energy absorber 1 to the bridge support variable forces proportional to the spring stiffness of the supporting elastic element and the amplitude of the resulting oscillations. The inertial mass 4, made of cast iron and selected by calculation in terms of size and weight, oscillates in antiphase to the oscillations of the span bridge structure and the base 8 due to the forces transmitted to it by the lower thrust spring of the inertial mass 4. As a result, since the direction of the forces in the carrier elastic element 5 and in the upper thrust spring of the inertial mass 2 are opposite and equal in magnitude, then the sum of the variable forces and moments transmitted to the support of the bridge structure become equal to zero. Since when the span is loaded with a variable load, the spring of the bearing elastic element 5, the upper thrust spring 2 and the lower thrust spring of the inertial mass 3 are simultaneously proportionally compressed, equally changing their characteristics, the vibration damping efficiency does not depend on the magnitude of the load.

Установка двух симметрично расположенных поглотителей энергии, расположенных под острым углом к вертикали, обеспечивает возможность компенсации колебаний при любом возможном направлении перемещений пролетного строения вследствие воздействия как вертикальных, так и горизонтальных ветровых нагрузок. Соосная установка инерционной массы, несущего упругого элемента и упорных пружин инерционной массы, а также расположение двух симметрично расположенных поглотителей энергии под равными острыми углами к вертикали путем крепления к балке моста с трапециевидной формой нижней части, обеспечивают пересечение осей перемещения инерционных масс и, соответственно, равнодействующей инерционных сил системы, в точке центра масс сечения балки мостового строения, что способствует равенству сумм передаваемых на опору моста переменных сил и моментов и наиболее полное гашение колебаний различной частоты и амплитуды.The installation of two symmetrically located energy absorbers, located at an acute angle to the vertical, provides the ability to compensate for oscillations in any possible direction of movement of the span due to the effects of both vertical and horizontal wind loads. The coaxial installation of the inertial mass, the bearing elastic element and the thrust springs of the inertial mass, as well as the location of two symmetrically located energy absorbers at equal acute angles to the vertical by attaching to the beam of the bridge with a trapezoidal shape of the lower part, ensure the intersection of the axes of movement of the inertial masses and, accordingly, the resultant inertial forces of the system, at the point of the center of mass of the section of the beam of the bridge structure, which contributes to the equality of the sums of variable forces and moments transferred to the bridge support and the most complete damping of vibrations of various frequencies and amplitudes.

Заявленное устройство для гашения колебаний в сравнении с прототипом позволяет обеспечить компактность устройства и более полное гашение колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное мостовое строение нагрузки.The claimed device for damping vibrations in comparison with the prototype allows for a compact device and a more complete damping of vibrations, regardless of the direction of the load acting on the span bridge structure.

Использование поглотителя энергии, корпус и основание которого жестко закреплены соответственно к опоре моста и к пролетному строению мостового сооружения, и выполненного в виде размещенной в корпусе инерционной массы и соосно закрепленных относительно нее несущего упругого элемента и упорных пружин, а также симметричное расположение двух поглотителей энергии под равными острыми углами к вертикали, обеспечивают компактность устройства и пересечение осей перемещения грузов в точке центра масс сечения балки пролетного мостового строения для более полного гашения колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное мостовое строение нагрузки и, тем самым, позволяют повысить надежность мостовых сооружений.The use of an energy absorber, the body and base of which are rigidly fixed, respectively, to the bridge support and to the span structure of the bridge structure, and made in the form of an inertial mass placed in the body and coaxially fixed relative to it, the bearing elastic element and thrust springs, as well as the symmetrical arrangement of two energy absorbers under equal acute angles to the vertical, ensure the compactness of the device and the intersection of the axes of movement of goods at the point of the center of mass of the section of the beam of the span bridge structure for more complete damping of vibrations, regardless of the direction of the load acting on the span bridge structure and, thereby, improve the reliability of bridge structures.

Claims

A device for damping vibrations of the bridge superstructures, containing energy absorbers rigidly fixed on both sides of the bridge superstructures, characterized in that each energy absorber is made in the form of an inertial mass coaxially placed in the housing between the thrust springs of the inertial mass and the bearing elastic element, while the bases of the energy absorbers are rigidly attached to the lower part of the superstructure, and the energy absorber bodies - to the bridge support at equal acute angles to the vertical, so that the axes of movement of the inertial masses of two symmetrically located energy absorbers intersect at the center of mass of the superstructure beam section.