一种适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置

1.本发明属于桥梁技术领域，涉及一种适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置。


背景技术：

2.风灾、地震等都是常见的自然灾害。近年来，全球气候变化较大，台风、飓风等显得更加猖獗，风灾损失也每年递增。地震也是不断发生，造成了非常惨重的生命财产损失，这其中土木工程结构的损坏和倒塌是损失的主要部分之一。我国当前正处于交通工程建设的蓬勃发展阶段，大量特大跨径桥梁结构体系不断出现，桥梁结构对风、车辆等的作用更加敏感，其振动幅度不断加大，对这些大跨度桥梁进全面合理的震振双控设计必不可少。
3.结构振动控制是当前工程界研究的热点之一。为了减小大跨度悬索桥、斜拉桥钢箱梁的各类振动响应，在空气动力学方面常用的减小风振的方法主要有通过风洞试验选择良好的流线型断面、增加风嘴、增设导流板等，从采用机械阻尼器方面进行减震控制，主要采用弹性连接装置、粘滞阻尼器、磁流变阻尼器、调谐质量阻尼器等。但上述方法功能用途相对单一，仅能从一方面增加桥梁的震振双控性能，但是对于整体的稳定性还考虑不够。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置，该装置能够增加桥梁的震振双控性能，同时提高整体的稳定性。
5.为达到上述目的，本发明所述的适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置包括四个拉压粘滞阻尼器、两根方形硬钢管、两块条形波纹耗能软钢、两根钢索及两块扇形波纹耗能软钢；
6.两根方形硬钢管交叉分布，两根方形硬钢管的中部通过销轴相连接，第一个拉压粘滞阻尼器与第一根方形硬钢管的一端轴连接，第二个拉压粘滞阻尼器与第二根方形硬钢管的一端轴连接，第三个拉压粘滞阻尼器与第一根方形硬钢管的另一端轴连接，第四个拉压粘滞阻尼器与第二根方形硬钢管的另一端轴连接；
7.第一个拉压粘滞阻尼器与第二个拉压粘滞阻尼器之间通过第一块条形波纹耗能软钢相连接，第三个拉压粘滞阻尼器与第四个拉压粘滞阻尼器之间通过第二块条形波纹耗能软钢相连接；
8.第一根方形硬钢管左端的前侧面与第二根方形硬钢管左端的后侧面之间通过第一块扇形波纹耗能软钢相连接；第一根方形硬钢管右端的后侧面与第二根方形硬钢管右端的前侧面之间通过第二块扇形波纹耗能软钢相连接；
9.第一根方形硬钢管左端的后侧面与第二根方形硬钢管右端的后侧面之间通过第一根钢索相连接；第一根方形硬钢管右端的前侧面与第二根方形硬钢管左端的前侧面之间通过第二根钢索相连接。
10.所述扇形波纹耗能软钢的端部设置有端板，端板与方形硬钢管之间通过第一高强螺栓相连接。
11.所述拉压粘滞阻尼器包括外筒、导杆、密封件、粘滞液体及限位板，活塞位于外筒内，外筒的一端开口，外筒的另一端密封，导杆的一端与活塞相连接，导杆的另一端沿轴向穿出外筒上开口的一端后与限位板相连接，限位板上设置有节点板，节点板与方形硬钢管轴连接，粘滞液体位于外筒内，且粘滞液体位于活塞与外筒上密封的一端之间，密封件位于所述开口与导杆之间，外筒的外壁上设置有卡槽，其中，条形波纹耗能软钢的端部插入于卡槽内后通过第二高强螺栓相连接。
12.方形硬钢管上设置有用于连接钢索的连接扣。
13.节点板与方形硬钢管的端部之间通过销轴及弹簧垫片相连接。
14.节点板上设置有用于安装弹簧垫片的安装槽。
15.方形硬钢管由q345硬钢制成。
16.扇形波纹耗能软钢与条形波纹耗能软钢均采用屈服强度为80mpa-160mpa的低屈服点软钢制成。
17.本发明具有以下有益效果：
18.本发明所述的适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置在具体操作时，采用拉压粘滞阻尼器的粘弹性粘滞液具有应变滞后于应力的特性，不需外部能源输入提供控制力，即在较小的振动条件下也能耗能，另外，通过拉压粘滞阻尼器、条形波纹耗能软钢及扇形波纹耗能软钢共同耗能减震，另外，通过钢索进行限位，以增加桥梁的震振双控性能，同时提高整体的稳定性，构造简单、造价低廉，且施工方便，不仅可以按照设计要求发挥一定的震振双控耗能作用，减小结构的位移变形，在削弱地震力传递的同时，还有利于风振控制。
附图说明
19.图1为本发明的结构示意图；
20.图2为本发明的俯视图；
21.图3为拉压粘滞阻尼器1的示意图；
22.图4为方形硬钢管2的示意图；
23.图5为扇形波纹耗能软钢3的示意图；
24.图6为条形波纹耗能软钢4的示意图；
25.图7为钢索5的示意图；
26.图8为节点板6的连接示意图；
27.图9为两根方形硬钢管2的连接示意图；
28.图10为扇形波纹耗能软钢3的安装示意图；
29.图11为条形波纹耗能软钢4的安装示意图；
30.图12为本发明在钢箱梁斜拉桥上的安装部位示意图。
31.其中，1为拉压粘滞阻尼器、2为方形硬钢管、3为扇形波纹耗能软钢、4为条形波纹耗能软钢、5为钢索、6为节点板、7为销轴、8为弹簧垫片、9为钢箱梁桥主梁、1-1为外筒、1-2为导杆、1-3为活塞、1-4为密封件、1-5为粘滞液体、1-6为限位板、2-1为封板、2-2为第一高强螺栓、3-1为端板、4-1为卡槽、4-2为第二高强螺栓、5-1为连接扣、8-1为安装槽。
具体实施方式
32.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
33.在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
34.参考图1至图11，本发明所述的适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置包括四个拉压粘滞阻尼器1、两根方形硬钢管2、两块条形波纹耗能软钢4、两根钢索5及两块扇形波纹耗能软钢3；
35.第一个拉压粘滞阻尼器1与第一根方形硬钢管2的一端轴连接，第二个拉压粘滞阻尼器1与第二根方形硬钢管2的一端轴连接，第三个拉压粘滞阻尼器1与第一根方形硬钢管2的另一端轴连接，第四个拉压粘滞阻尼器1与第二根方形硬钢管2的另一端轴连接；
36.第一个拉压粘滞阻尼器1与第二个拉压粘滞阻尼器1之间通过第一块条形波纹耗能软钢4相连接，第三个拉压粘滞阻尼器1与第四个拉压粘滞阻尼器1之间通过第二块条形波纹耗能软钢4相连接；
37.两根方形硬钢管2的中部通过销轴7相连接，第一根方形硬钢管2左端的前侧面与第二根方形硬钢管2左端的后侧面之间通过第一块扇形波纹耗能软钢3相连接；第一根方形硬钢管2右端的后侧面与第二根方形硬钢管2右端的前侧面之间通过第二块扇形波纹耗能软钢3相连接。
38.第一根方形硬钢管2左端的后侧面与第二根方形硬钢管2右端的后侧面之间通过第一根钢索5相连接；第一根方形硬钢管2右端的前侧面与第二根方形硬钢管2左端的前侧面之间通过第二根钢索5相连接。方形硬钢管2分为两段，两段方形硬钢管2的端部均设置有封板2-1。
39.所述拉压粘滞阻尼器1包括外筒1-1、导杆1-2、密封件1-4、粘滞液体1-5及限位板1-6，活塞1-3位于外筒1-1内，外筒1-1的一端开口，外筒1-1的另一端密封，导杆1-2的一端与活塞1-3相连接，导杆1-2的另一端沿轴向穿出外筒1-1上开口的一端后与限位板1-6相连接，限位板1-6上设置有节点板6，节点板6与方形硬钢管2轴连接，粘滞液体1-5位于外筒1-1内，且粘滞液体1-5位于活塞1-3与外筒1-1上密封的一端之间，密封件1-4位于所述开口与导杆1-2之间，外筒1-1的外壁上设置有卡槽4-1，其中，条形波纹耗能软钢4的端部插入于卡槽4-1内后通过第二高强螺栓4-2相连接。
40.方形硬钢管2上设置有用于连接钢索5的连接扣5-1，扇形波纹耗能软钢3与方形硬钢管2之间通过第一高强螺栓2-2相连接，其中，所述扇形波纹耗能软钢3的端部设置有端板3-1，端板3-1与方形硬钢管2之间通过第一高强螺栓2-2相连接。
41.节点板6与方形硬钢管2的端部之间通过销轴7及弹簧垫片8相连接，节点板6上设置有用于安装弹簧垫片8的安装槽8-1。
42.另外，需要说明的是，方形硬钢管2由q345硬钢制成；扇形波纹耗能软钢3与条形波纹耗能软钢4均采用屈服强度为80mpa—160mpa的低屈服点软钢制成。另外，拉压粘滞阻尼器1的规格、方形硬钢管2的尺寸、扇形波纹耗能软钢3与条形波纹耗能软钢4的板厚，波角，波深以及钢索5的直径与预拉力等具体数据，均可根据实际情况进行设计。
43.本发明的具体施工过程为：
44.在钢箱梁桥设计制作时，在预安装位置设置与拉压粘滞阻尼器1连接的外接节点板，并在钢箱梁隔板对侧设置加劲肋，再利用外接节点板将本发明进行安装。
45.本发明构造简单、造价低廉，且施工较方便，不仅可在任一水平方向按照设计要求实现震振双控功能，而且各方向震振双控功能相对独立，互不影响，从而有利于保证理论计算分析的准确性。
46.本发明适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置，在地震作用下，相邻两钢箱梁桥主梁9发生上下位移变形错动时，拉压粘滞阻尼器1随两侧钢箱梁桥主梁9的位置变化，带动本装置发生拉压变形耗能，节点板6将拉压粘滞阻尼器1的变形趋势与应力传递路径进行转向，传递给方形硬钢管2，方形硬钢管2绕销轴7发生转动，带动扇形波纹耗能软钢3进行拉压耗能，张拉钢索5进行受拉耗能的同时控制装置内应力传递路径，避免方形硬钢管2局部应力过大发生破坏，同时拉压粘滞阻尼器1内部的活塞1-3通过导杆1-2与节点板6相连接，可以随方形硬钢管2转动挤压粘滞液体1-5，进行附加耗能，消耗节点板6处的集中应力，以保护本发明的完好性，以实现工作性能。
47.适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置，在地震作用下相邻两钢箱梁桥主梁9发生左右位移变形错动时，拉压粘滞阻尼器1随两侧钢箱梁桥主梁9位置变化，带动本装置发生剪切变形耗能，此时本装置拉压变形较小，可视方形硬钢管2与扇形波纹耗能软钢3为统一构件，提供反力支持拉压粘滞阻尼器1内部活塞1-3挤压粘滞液体1-5消耗能量，同时条形波纹耗能软钢4发生剪切变形，消耗多余地震能量，保护本装置完好性，以实现工作性能。
48.本发明适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置，在地震作用下相邻两钢箱梁桥主梁9发生多向位移变形错动时，拉压粘滞阻尼器1随两侧钢箱梁桥主梁9的位置变化，带动本发明同时发生拉压及剪切变形耗能，此时本装置的拉压与剪切耗能相互独立，变形耗能机理均如前所示，即在多处耗能的情况下实现多向耗能，极大地提高了本发明的耗能适用范围，更好的保护桥梁主体结构，提高桥梁结构的整体安全性。
49.本发明适用于钢箱梁桥的多向震振双控装置，在风振作用下相邻两钢箱梁桥主梁9发生多向小幅位移振动时，拉压粘滞阻尼器11随两侧钢箱梁桥主梁9的位置变化，带动本发明同时发生拉压及剪切变形，此时条形波纹耗能软钢4提供反力抑制剪切变形，限制钢箱梁桥主梁9的振动幅度，改善桥梁结构振动频率，同时视方形硬钢管2与扇形波纹耗能软钢3为统一构件，具有集中质量，视拉压粘滞阻尼器1为弹簧与阻尼系统，风振作用下，方形硬钢管2与扇形波纹耗能软钢3因惯性与本发明的运动方向相反，其振动频率与桥梁结构振动频率接近，可改变结构的共振特性，达到减振作用。
50.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书
的保护范围之内。