[发明专利]一种控制大跨桥梁长吊杆振动的环形圆柱体调谐液体阻尼器及设计方法

说明书

技术领域

本发明属于工程结构振动控制技术领域，具体为基于调谐液体阻尼器的结构被动控制领域，具体的应用是实现大跨桥梁如悬索桥或拱桥吊杆的减振。

背景技术

近年来，我国交通工程建设迅猛发展，作为其重要组成部分的桥梁建设也得到了快速发展，一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大和科技含量高的大跨径桥梁相继建成，标志着我国的桥梁建设水平已跻身于国际先进行列。大跨桥梁在交通路网中地位关键、建设费用高、设计服役时间普遍较长，加之其服役环境普遍较为恶劣，故而此类结构的安全服役是设计及使用过程中首要考虑的问题和挑战。吊杆作为悬索桥和拱桥的主要传力构件，其安全服役之于桥梁的整体结构安全十分关键。由于直接外露受到恶劣的外界环境影响，并且始终处于高应力状态，吊杆是大跨悬索桥和拱桥中最易损坏的构件之一；高应力作用下的持续反复振动是导致吊杆疲劳损伤的重要来源之一，极端恶劣环境下吊杆的大幅振动也会影响桥梁结构及其行车安全，亟待采取措施控制和减小吊杆的振动，这对吊杆的安全服役及延长其使用寿命具有重要意义。

本发明提出了一种控制大跨桥梁长吊杆振动的环形圆柱体调谐液体阻尼器，它是一种结构被动控制装置，采用液体质量调谐，利用储液容器内液体的晃动来耗散能量，从而抑制受控吊杆水平振动的调谐式阻尼器。在实际工程中，调谐液体阻尼器多用于消除高耸建筑物的风致振动，具有初始成本低、维修费用低和容易调谐等优点。本发明提出的环形圆柱体调谐液体阻尼器在小振幅时对任意方向均有良好的减振效果，因此可用于吊杆的减振，对吊杆的安全服役及使用寿命延长具有积极作用。

发明内容

本发明提供了一种控制大跨桥梁长吊杆振动的环形圆柱体调谐液体阻尼器，该阻尼器装置可在环境激励如风荷载及行车荷载的作用下在一定程度上减小桥梁吊杆的动力响应。结合桥梁长吊杆的外观特点，本发明采用在桥梁吊杆中点位置安装环形圆柱体调谐液体阻尼器的方法实现吊杆减振的目的。吊杆侧向振动一阶振型位移最大值点位于吊杆中点处，因此将阻尼器放置于该位置以最大限度地控制其动力响应。

本发明的技术方案：

一种控制大跨桥梁长吊杆振动的环形圆柱体调谐液体阻尼器，如图1所示，所述的环形圆柱体调谐液体阻尼器包括分体式环形圆柱体调谐液体阻尼器箱体3、箱体顶盖2、箱体支架5、阻尼液体4；其中箱体支架5由两个相同分体对扣拼接而成，内部加装防滑垫片后两侧用螺栓固定于桥梁吊杆1的中点处；分体式环形圆柱体调谐阻尼器箱体3安装在箱体支架5的上部，其安装方式与箱体支架5的安装方式类似，由两个部分箱体对扣拼接而成，于拼合位置设置防水橡胶垫圈或防水胶带防止箱体内液体渗出，分体式环形圆柱体调谐阻尼器箱体3的两个部分箱体的边缘处预留螺栓孔6，二者通过螺栓连接为一体；分体式环形圆柱体调谐阻尼器箱体3内部标注有预先按照设计参数确定的液体高度线，按照液体高度线位置添加阻尼液体4；箱体顶盖2在分体式环形圆柱体调谐阻尼器箱体3的顶部，箱体顶盖2亦为两部分拼接而成，用防水胶封住连接处，保证箱体内液体不会溅出或挥发。

一种控制大跨桥梁长吊杆振动的环形圆柱体调谐液体阻尼器的设计方法，步骤如下：

步骤一，现场测试或查阅设计数据获得待控制桥梁吊杆1的基本数据：吊杆的直径、长度、密度、弹性模量和索力，进而获得桥梁吊杆1的一阶自振频率；

步骤二，确定待设计的环形圆柱体调谐液体阻尼器的已知基本参数：阻尼器的设计基频、分体式环形圆柱体调谐液体阻尼器箱体3内径、阻尼液体4的密度、阻尼液体4与桥梁吊杆1的质量比；其中，分体式环形圆柱体调谐液体阻尼器箱体3的内径需考虑桥梁吊杆1与阻尼器之间连接构件的尺寸确定，阻尼液体4与桥梁吊杆1的质量比不超过5％，根据实际待控制桥梁吊杆1的需求确定；

步骤三，将阻尼器的设计基频取为步骤一获得的桥梁吊杆1的一阶自振频率，根据步骤二获得的环形圆柱体调谐液体阻尼器的已知基本参数，根据环形圆柱体调谐液体阻尼器液体晃动一阶频率计算公式进行计算，得到待设计的环形圆柱体调谐液体阻尼器的外径尺寸及阻尼液体的液面高度值；

步骤四，根据步骤三中得出的环形圆柱体调谐液体阻尼器的基本参数定制加工环形圆柱体调谐液体阻尼器，并加工箱体支架5；

步骤五，将箱体支架5固定于待控制桥梁吊杆1的中点位置，箱体支架5用于支撑其上方的环形圆柱体调谐液体阻尼器并防止其脱落；

步骤六，将两部分分体式环形圆柱体调谐液体阻尼器箱体3在箱体支架5上拼接，并在箱体支架5处以及内壁与桥梁吊杆1连接处固定；依据设计的阻尼液体高度标准线加入阻尼液体4，安装箱体顶盖2。