大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统及方法

本发明属于桥梁减振，尤其涉及一种大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统及方法。

背景技术：

1、大跨度桥梁作为现代交通基础设施的关键组成部分，具有结构复杂、刚度小、阻尼低的特点，其主梁在风、交通和地震等外部荷载的作用易产生多向振动（横向、纵向和竖向振动），严重时使得结构遭受损伤甚至破坏，会直接影响到人员安全、经济连通性和基础设施的稳定性。为了确保桥梁的结构安全和服务性能，针对大跨度桥梁主梁多向振动的控制研究具有重要意义。

2、目前，大跨度桥梁多个维度的振动控制，通常是在桥梁的一般每个维度都安装一个单独的阻尼器，如纵向多采用黏滞流体阻尼器进行减振/震控制，但是其固有的流体泄漏缺陷大大降低了其可靠性和耐久性，横向多采用软钢阻尼器进行振动控制，但是仍然面临纵向温致位移释放的问题，大跨度桥梁竖向减振通常通过在减隔震支座中添加竖向弹性或摩擦元件进行振控，但是效率较低。

3、综上所述，现有技术通常采用单一类型的阻尼装置来分别实现单一维度的减振/震控制，安装空间需求大，各组件之间相互影响显著，甚至有可能出现不兼容的问题，而且振动控制效率较低。因此，亟需提出一套集成度高、可靠性强、适应性广的阻尼系统用以实现桥梁结构的多维减振/震需求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统及方法，旨在有效解决背景技术中指出的问题之一。

2、为此，本发明提供的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，包括并联设置的软钢阻尼器和电磁阻尼器，所述电磁阻尼器的减振/震方向沿桥梁纵向设置，所述电磁阻尼器的一端用于与桥塔铰接，另一端用于与固定在主梁下端的伸臂顶部铰接，所述软钢阻尼器包括锚板、多根减震榫和传力座，所述锚板用于与所述桥塔锚固，多根所述减震榫的底端固定安装在所述锚板上，每个所述减震榫的顶端设有球形榫头，所述减震榫的延伸方向与桥梁纵向平行，所述传力座用于与所述伸臂的根部连接，所述传力座上形成有沿桥梁纵向延伸的滑动腔，所述滑动腔中滑动安装有球铰支座，所述球形榫头匹配安装在所述球铰支座上对应的球铰腔内。

3、具体的，所述电磁阻尼器包括滚珠丝杠副、固定壳体、导体、永磁体、推力轴承和刚度元件，所述滚珠丝杠副包括滚珠丝杠和滚珠螺母，所述滚珠丝杠一端用于与所述伸臂铰接，另一端套装所述滚珠螺母，所述滚珠螺母远离所述伸臂的一端通过推力轴承与刚度元件可转动固定连接，所述刚度元件用于与所述桥塔铰接连接，所述固定壳体安装在所述刚度元件上且同轴套在所述滚珠螺母外，所述导体安装在所述滚珠螺母上，所述永磁体安装在所述固定壳体上。

4、具体的，所述滚珠螺母的外周面上沿圆周方向均匀垂直安装有至少两条滑轨，每条滑轨上滑动安装有质量块以及驱动所述质量块顺着所述滑轨滑动并能将所述质量块位置锁定的驱动组件。

5、具体的，所述驱动组件包括驱动轮、从动轮、张紧绕制在所述从动轮和所述驱动轮上的传输拉索以及驱动所述驱动轮转动的驱动电机，所述传输拉索可在所述驱动轮的驱动下上下移动，所述质量块固定安装在所述传输拉索上，所述传输拉索的移动方向与所述滑轨的延伸方向平行。

6、具体的，所述滚珠螺母上还设有与所述导体连接的蓄电池，所述蓄电池与所述驱动电机连接。

7、具体的，所述滑动腔中还固定设有延伸方向与所述球铰支座的滑动方向平行的导向柱，所述导向柱从所述球铰支座的导向孔匹配穿出。

8、本发明还提供一种大跨度桥梁多维减振/震方法，包括：

9、将软钢阻尼器通过传力座固定安装在所述伸臂的根部，锚板锚固安装在桥塔的侧部上，将电磁阻尼器的滚珠丝杠通过铰接头与伸臂的顶部铰接，并将电磁阻尼器的刚度元件与所述桥塔固定连接，在桥梁上安装桥梁监控系统，对主梁振动频率进行实时监测；

10、在交通荷载作用下，主梁跨中挠度引起的主梁端部转角，直接通过伸臂以纵向位移的形式传递至电磁阻尼器，电磁阻尼器正常工作并耗能，从而实现对主梁跨中挠度响应的控制；

11、当地震来临时，因球形榫头可在球铰支座内自由转动，可以适应由于榫身变形引起的转角，而球铰支座可在传力座内部自由滑动，从而释放主梁纵向位移，使得地震引起的主梁纵向位移直接通过伸臂传递至电磁阻尼器，电磁阻尼器正常工作并耗能，驱动电机根据桥梁监测系统所收集的主梁振动频率，实时调节质量块的位置，改变电磁阻尼器的工作频率，使得其工作频率和主梁振动频率接近，从而获得最优的减振效果；

12、球形榫头因传力座的限制，不能竖向和横向移动，因此地震引起的主梁横向和竖向位移直接通过伸臂传递至软钢阻尼器，减震榫产生横向或竖向变形，从而提供阻尼力，实现主梁横向和竖向振动响应的控制。

13、与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：

14、（1）通过增设伸臂，并巧妙的将电磁阻尼器安装在伸臂顶部，将软钢阻尼器通过独特连接结构安装在伸臂的根部，使得该复合阻尼系统同时可以实现竖向转角、竖向位移、纵向位移和横向位移的减振/震控制，提高了阻尼系统整体的集成度。

15、（2）采用无流体电磁阻尼器代替黏滞阻尼器，避免了流体泄漏问题，提高了可靠性；释放了软钢阻尼器的纵向位移，避免了其在温致主梁位移下的疲劳破坏，提高了耐久性；利用圆形钢榫的多向变形能力同时控制竖向和横向位移，提高了材料利用率。

16、（3）利用伸臂结构大大提高了阻尼系统的可用安装空间，避免了因为塔梁交界处空间不足而导致的安装问题。

技术特征：

1.大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：包括并联设置的软钢阻尼器(1)和电磁阻尼器(2)，所述电磁阻尼器(2)的减振/震方向沿桥梁纵向设置，所述电磁阻尼器(2)的一端用于与桥塔(3)铰接，另一端用于与固定在主梁(4)下端的伸臂(5)顶部铰接，所述软钢阻尼器(1)包括锚板(101)、多根减震榫(102)和传力座(103)，所述锚板(101)用于与所述桥塔(3)锚固，多根所述减震榫(102)的底端固定安装在所述锚板(101)上，每个所述减震榫(102)的顶端设有球形榫头(104)，所述减震榫(102)的延伸方向与桥梁纵向平行，所述传力座(103)用于与所述伸臂(5)的根部连接，所述传力座(103)上形成有沿桥梁纵向延伸的滑动腔(105)，所述滑动腔(105)中滑动安装有球铰支座(106)，所述球形榫头(104)匹配安装在所述球铰支座(106)上对应的球铰腔内。

2.根据权利要求1所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：所述电磁阻尼器(2)包括滚珠丝杠副(201)、固定壳体(202)、永磁体(203)、导体(204)、推力轴承(205)和刚度元件(206)，所述滚珠丝杠副(201)包括滚珠丝杠(2011)和滚珠螺母(2012)，所述滚珠丝杠(201)一端用于与所述伸臂(5)铰接，另一端套装所述滚珠螺母(2012)，所述滚珠螺母(2012)远离所述伸臂(5)的一端通过推力轴承(205)与刚度元件(206)可转动固定连接，所述刚度元件(206)用于与所述桥塔(3)铰接连接，所述固定壳体(202)安装在所述刚度元件(206)上且同轴套在所述滚珠螺母(2012)外，所述导体(204)安装在所述滚珠螺母(2012)上，所述永磁体(203)安装在所述固定壳体(202)上。

3.根据权利要求2所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：所述滚珠螺母(2012)的外周面上沿圆周方向均匀垂直安装有至少两条滑轨(207)，每条滑轨(207)上滑动安装有质量块(208)以及驱动所述质量块(208)顺着所述滑轨(207)滑动并能将所述质量块(208)位置锁定的驱动组件(209)。

4.根据权利要求3所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：所述驱动组件(209)包括驱动轮(2091)、从动轮(2092)、张紧绕制在所述从动轮(2092)和所述驱动轮(2091)上的传输拉索(2093)以及驱动所述驱动轮(2091)转动的驱动电机(9094)，所述传输拉索(2093)在所述驱动轮(2091)的驱动下能上下移动，所述质量块(208)固定安装在所述传输拉索(2093)上，所述传输拉索(2093)的移动方向与所述滑轨(207)的延伸方向平行。

5.根据权利要求4所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：所述滚珠螺母(2012)上还设有与所述导体(204)连接的蓄电池，所述蓄电池与所述驱动电机(9094)连接。

6.根据权利要求3-5任一项所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，其特征在于：所述滑动腔(105)中还固定设有延伸方向与所述球铰支座(106)的滑动方向平行的导向柱(107)，所述导向柱(107)从所述球铰支座(106)的导向孔匹配穿出。

7.大跨度桥梁多维减振/震方法，利用权利要求3-6任一项所述的大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统进行减振/震，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种大跨度桥梁多维减振/震复合阻尼系统，包括并联设置的软钢阻尼器和电磁阻尼器，电磁阻尼器的减振/震方向沿桥梁纵向设置，电磁阻尼器的一端用于与桥塔铰接，另一端用于与固定在主梁下端的伸臂顶部铰接，软钢阻尼器包括锚板、多根减震榫和传力座，锚板用于与桥塔锚固，多根减震榫的底端固定安装在锚板上，每个减震榫的顶端设有球形榫头，减震榫的延伸方向与桥梁纵向平行，传力座用于与伸臂的根部连接，传力座上形成有沿桥梁纵向延伸的滑动腔，滑动腔中滑动安装有球铰支座，球形榫头匹配安装在球铰支座上对应的球铰腔内。该复合阻尼系统可实现主梁竖向转角、竖向位移、纵向位移和横向位移的多维振动控制。

技术研发人员：胡尚韬,郝洪
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/11