一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，该三塔斜拉桥具有主梁、中塔以及位于中塔两侧的第一边塔和第二边塔，该结构体系包括：在中塔与主梁之间纵向设置的中塔弹性支撑与中塔动力阻尼装置；在第一边塔与主梁之间纵向设置的第一动力阻尼装置；以及在第二边塔与主梁之间纵向设置的第二动力阻尼装置。在所述中塔弹性支撑被设置有一个阀值，该阀值保障中塔弹性支撑在静力、汽车制动、风和7级以下中小地震等作用时正常工作，但在7级及7级以上大地震作用时退出工作，此时中塔动力阻尼装置启动工作，控制主梁和中塔的纵向地震响应。本发明能够有效控制三塔斜拉桥主梁和桥塔在静力及动力作用下的纵向响应。
【专利说明】一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系
【技术领域】
[0001]本发明涉及桥梁工程【技术领域】，具体涉及一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系。
【背景技术】
[0002]斜拉桥是一种现代桥型，经济性好，适应性广，现在已发展成为大跨桥梁的主流桥型。面对深水、软基、多航道通航等复杂的建设条件，多塔斜拉桥具有很强的竞争力。目前，三塔斜拉桥在工程中得到了广泛应用，如香港汀九大桥、岳阳洞庭湖大桥、湖北夷陵长江大桥、武汉二七长江大桥等。
[0003]三塔斜拉桥的结构体系直接关系桥梁的总体设计、结构安全及功能的实现。与双塔斜拉桥相比，三塔斜拉桥的中塔两侧缺乏有效的纵向约束，使结构柔性更大、阻尼更低，对汽车、温度、风和地震等静力和动力作用更为敏感，主梁纵向位移、主梁竖向挠度、斜拉索疲劳应力幅和塔底内力等比双塔斜拉桥要大得多。
[0004]三塔斜拉桥在纵向的结构体系有:(I)主梁与桥塔全固结体系；(2)主梁与桥塔全飘浮体系；(3)主梁与中塔固结、主梁与边塔飘浮体系；(4)主梁与桥塔之间设置阻尼器的阻尼体系；(5)中塔塔顶与边塔塔顶之间，或中塔塔顶与边塔下塔柱之间设置加劲索体系
坐寸ο
[0005]主梁与桥塔之间采用全固结体系，结构刚度大，有利于桥塔区主梁的安装。但是，在温度及地震作用下桥塔及主梁产生很大的弯矩。
[0006]主梁和桥塔之间采用全飘浮体系，可以释放温度作用下结构的内力。但是在纵向大风作用下，主梁梁端将产生过大位移而导致梁段伸缩装置大型化，同时桥塔顶部位移也会很大。此外，由于桥梁纵向阻尼很小，在地震作用下主梁和桥塔的内力响应较大。
[0007]主梁与中塔固结、主梁与边塔飘浮体系能够控制温度作用下结构的位移和内力响应，但在地震作用下主梁和桥塔的位移和内力响应较大。
[0008]主梁与桥塔之间设置阻尼器的阻尼体系能够释放温度作用下结构的内力，而且可以有效地控制地震作用下结构的位移和内力响应。但是，在纵向大风作用下会在主梁梁端产生过大位移而导致梁段伸缩装置大型化，同时也会引起桥塔顶部位移和塔底弯矩过大。
[0009]中塔塔顶与边塔塔顶之间，或中塔塔顶与边塔下塔柱之间设置加劲索体系能够有效控制桥梁的纵向静动力响应，但是这类体系导致桥梁的景观性能较差，而且加劲拉索本身的振动问题、疲劳耐久性问题等比较突出，需要深入研究。
【发明内容】
[0010](一)要解决的技术问题
[0011]有鉴于此，本发明的主要目的是针对三塔斜拉桥在温度、汽车制动、风和地震等作用下主梁和桥塔的纵向响应问题，提供一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系。[0012](二)技术方案
[0013]为达到上述目的，本发明提供了一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，该三塔斜拉桥具有主梁1、中塔2以及位于中塔I两侧的第一边塔3和第二边塔4，该结构体系包括:
[0014]在主梁I与中塔2之间纵向设置的多个中塔弹性支撑5与多个中塔动力阻尼装置6 ；
[0015]在主梁I与第一边塔3之间纵向设置的多个第一动力阻尼装置7 ;以及
[0016]在主梁I与第二边塔4之间纵向设置的多个第二动力阻尼装置8。
[0017]上述方案中，所述多个中塔弹性支撑5与所述多个中塔动力阻尼装置6是控制主梁I和中塔2的纵向静力和动力响应。
[0018]上述方案中，所述多个中塔弹性支撑5为钢材、形状记忆合金、橡胶、高分子复合材料或这四种材料组合制成的弹性装置。
[0019]上述方案中，所述多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7和多个第一动力阻尼装置8均为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。上述方案中，所述多个中塔弹性支撑5均被设置有一个抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，K为自然数；在静力、汽车制动力、风和7级以下中小地震的作用下，所述多个中塔弹性支撑5的受力强度小于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑5正常工作；在7级及7级以上大地震作用下，所述多个中塔弹性支撑5的受力强度大于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑5退出工作，此时，所述多个中塔动力阻尼装置6启动工作，控制主梁I和中塔2的纵向动力响应。
[0020]上述方案中，所述多个第一动力阻尼装置7是控制主梁I和第一边塔3的纵向动力响应。
[0021]上述方案中，所述多个第二动力阻尼装置8是控制主梁I和第二边塔4的纵向动力响应。
[0022](三)有益效果
[0023]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0024]1、本发明提供的这种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，通过合理设置多个中塔弹性支撑5、多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7、多个第二动力阻尼装置8，所以能够有效增加三塔斜拉桥的纵向结构刚度和结构阻尼，从而能够有效控制三塔斜拉桥主梁和桥塔在静力及动力作用下的位移和内力响应，保障桥梁的结构安全及功能要求，降低了桥梁的建设成本。
[0025]2、本发明提供的这种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，由于多个中塔弹性支撑5、多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7和多个第二动力阻尼装置8的安装、检查、维护、更换方便，经济性好，可以推广应用到三塔悬索桥等其它桥型。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明提供的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系的结构示意图。[0027]附图标记:
[0028]主梁I ;中塔2 ;第一边塔3 ;第二边塔4 ;中塔弹性支撑5 ;中塔动力阻尼装置6 ;第一动力阻尼装置7 ;第二动力阻尼装置8。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0030]如图1所示，图1是本发明提供的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系的结构示意图。图1所示的三塔斜拉桥具有主梁1、中塔2以及位于中塔I两侧的第一边塔3和第二边塔4，该用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系包括:
[0031]在主梁I与中塔2之间纵向设置的多个中塔弹性支撑5与多个中塔动力阻尼装置6 ;在第一边塔3与主梁I之间纵向设置的多个第一动力阻尼装置7 ;以及在第二边塔4与主梁I之间纵向设置的多个第二动力阻尼装置8。所述多个中塔弹性支撑5为钢材、形状记忆合金、橡胶、高分子复合材料或这四种材料组合制成的弹性装置；所述多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7和多个第一动力阻尼装置8均为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。
[0032]其中，所述多个中塔弹性支撑5与所述多个中塔动力阻尼装置6是控制主梁I和中塔2的纵向静力和动力响应。所述多个中塔弹性支撑5均被设置有一个抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，K为自然数。在静力、汽车制动力、风和7级以下中小地震等的作用下，所述多个中塔弹性支撑5的受力强度小于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑5正常工作；在7级及7级以上大地震作用下，所述多个中塔弹性支撑5的受力强度大于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑5退出工作，此时，所述多个中塔动力阻尼装置6启动工作，控制主梁I和中塔2的纵向动力响应。
[0033]所述多个第一动力阻尼装置7是控制主梁I和第一边塔3的纵向动力响应，所述多个第二动力阻尼装置8是控制主梁I和第二边塔4的纵向动力响应。
[0034]本发明提供的这种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，通过合理设置多个中塔弹性支撑5、多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7、多个第二动力阻尼装置8，能够有效增加三塔斜拉桥的纵向结构刚度和结构阻尼，从而能够有效控制三塔斜拉桥主梁和桥塔在静力和动力作用下的位移和内力响应，保障桥梁的结构安全及功能要求，降低了桥梁的建设成本。
[0035]本发明提供的这种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，由于多个中塔弹性支撑5、多个中塔动力阻尼装置6、多个第一动力阻尼装置7和多个第二动力阻尼装置8的安装、检查、维护、更换方便，经济性好，可以推广应用到三塔悬索桥等其它桥型。
[0036]另外，本发明提供的这种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，也可以被称为一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的系统、设备或装置，这里“结构体系”等同于“系统、设备或装置”。
[0037]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，该三塔斜拉桥具有主梁⑴、中塔(2)以及位于中塔⑴两侧的第一边塔(3)和第二边塔(4)，其特征在于，该结构体系包括: 在主梁(I)与中塔(2)之间纵向设置的多个中塔弹性支撑(5)与多个中塔动力阻尼装置⑶; 在主梁(I)与第一边塔(3)之间纵向设置的多个第一动力阻尼装置(7);以及 在主梁(I)与第二边塔(4)之间纵向设置的多个第二动力阻尼装置(8)。
2.根据权利要求1所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个中塔弹性支撑(5)为钢材、形状记忆合金、橡胶、高分子复合材料或这四种材料组合制成的弹性装置。
3.根据权利要求1所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个中塔动力阻尼装置(6)、多个第一动力阻尼装置(7)和多个第一动力阻尼装置(8)均为金属阻尼器、高分子复合材料阻尼器、摩擦阻尼器、粘滞阻尼器、粘弹性阻尼器或复合型阻尼器。
4.根据权利要求1所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个中塔弹性支撑(5)与所述多个中塔动力阻尼装置(6)是控制主梁(I)和中塔(2)的纵向静力和动力响应。
5.根据权利要求4所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个中塔弹性支撑(5)均被设置有一个抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，K为自然数；在静力、汽车制动力、风和7级以下中小地震的作用下，所述多个中塔弹性支撑(5)的受力强度小于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑(5)正常工作；在7级及7级以上大地震作用下，所述多个中塔弹性支撑(5)的受力强度大于该抗拉或抗压强度阀值K帕斯卡(Pa)，所述多个中塔弹性支撑(5)退出工作，此时，所述多个中塔动力阻尼装置(6)启动工作，控制主梁(I)和中塔(2)的纵向动力响应。
6.根据权利要求1所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个第一动力阻尼装置(7)是控制主梁(I)和第一边塔(3)的纵向动力响应。
7.根据权利要求1所述的用于控制三塔斜拉桥主梁和桥塔纵向响应的结构体系，其特征在于，所述多个第二动力阻尼装置(8)是控制主梁(I)和第二边塔(4)的纵向动力响应。
【文档编号】E01D19/00GK103966942SQ201310027571
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月24日 优先权日:2013年1月24日
【发明者】张喜刚, 刘高 申请人:中交公路规划设计院有限公司, 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司