[发明专利]一种抑制大跨桥梁颤振的滑轮-垂荡块装置

说明书

本发明属于桥梁振动控制技术领域，提供了一种抑制大跨桥梁颤振的滑轮‑垂荡块装置，是根据颤振控制需要临时安装在桥梁上的振动控制系统，由浸没于水中的垂荡块、连接滑轮组与垂荡块的绳索、提供向下拉力的锚碇组成。桥梁向上振动时，由于滑轮组的位移放大作用，垂荡块在水中以数倍于桥梁速度向上运动，垂荡块重力和向下水阻力对桥梁做负功，消耗振动能量；桥梁向下振动时，通过优化设计参数使得垂荡块与桥梁运动接近同步，实现高效抑制桥梁大幅颤振。钢筋混凝土垂荡块相对金属垂荡板更为经济，由于引入滑轮组，桥梁受到总阻力数倍于垂荡块重力和水阻力，因此控制效率更高。本发明优势：拆装方便、经济实用、安全高效。

技术领域

本发明属于桥梁风致振动控制研究技术领域，涉及一种抑制大跨桥梁颤振的滑轮-垂荡块装置。

背景技术

近20年来，国内外大跨桥梁建设取得巨大的成就，以斜拉桥和悬索桥为主要代表的现代大跨桥梁持续朝着更大跨的方向发展，结构刚度和阻尼随之降低，对风荷载更为敏感，桥梁抗风问题更为突出。大跨桥梁风致大幅极限环振动和发散性颤振需要杜绝。大跨桥梁颤振控制传统措施主要包括气动措施、结构措施及机械措施。针对传统的颤振控制措施存在的一些不足，发明人提出了一种抑制跨海桥梁颤振的垂荡板阻尼器装置，即提出一种悬挂在桥梁下方浸没于水中的垂荡板阻尼器，垂荡板在水中运动时，水体提供强大的附加阻尼力及附加重力，抑制垂荡板及桥梁大幅振动，避免桥梁颤振发生或大幅提高颤振临界风速及抗风安全性。但该装置仍存在一些不足：(1)为了保证垂荡板具有较好的控制效果，需要垂荡板足够大，工程投资较大；(2)为了保证垂荡板具有足够的强度和刚度，垂荡板需要具有足够的厚度和合理的设计形式，一般需要金属材料，因此制作、运输和拆装费用都较高；(3)由于垂荡板运动与桥梁运动幅度相当，或者更小，因此控制效率相对较低。针对以上不足，本发明对其在几个方面进行改进和优化，使得装置更实用、造价更低、控制更高效，具有其相对优势和特色。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对跨海、跨江等大跨桥梁颤振控制的需要，提出一种抑制大跨桥梁颤振的滑轮-垂荡块装置，桥梁向上运动时，通过滑轮组放大悬挂于桥梁下方并浸没于水中的垂荡块的向上运动位移和速度，增大垂荡块水阻力及垂荡块重力和水阻力的做功区间，使其消耗更多的能量，当桥梁向下运动时，垂荡块受到重力、浮力和水阻力的作用，通过优化垂荡块的密度、尺寸、形状等参数，可使其尽量与桥梁向下运动接近同步，减少对桥梁振动输入能量，待下一周期桥梁向上运动时，垂荡块再次发挥耗能作用，周而复始，最终大幅提高颤振临界风速及抗风安全性，高效抑制桥梁结构振动。

本发明的技术方案：

一种抑制大跨桥梁颤振的滑轮-垂荡块装置，包括定滑轮1、动滑轮2、第一绳索3、垂荡块4、第二绳索5和锚碇6；所述的若干定滑轮1固定在主梁指定断面的底板或腹板局部刚度较大的横隔板位置，具有足够的强度及刚度。对于已建桥梁，可在后期将定滑轮1加设于主梁底部；对于未建桥梁，可在制作主梁时预先设置定滑轮1。具有足够刚度和强度的动滑轮2通过具有足够刚度和强度第一绳索3与定滑轮1连接；第一绳索3一端与某动滑轮1相连，另一端与置于水中的垂荡块4相连，中间环绕若干定滑轮1和动滑轮2。动滑轮2下端通过具有足够刚度和强度第二绳索5与置于水中具有足够重量的锚碇6连接。为了提高控制效率，滑轮之间的水平距离尽量小，以减小滑轮之间第一绳索3与竖直线的夹角。为了尽量减少第一绳索3的长度，动滑轮2与定滑轮1之间的竖向间距不宜过大。该间距也不能太小，一方面，竖向间距较小，第一绳索3与竖直线的夹角会较大；另一方面，桥梁向下振动有可能非常接近甚至会与动滑轮2发生碰撞。为降低造价，垂荡块4一般钢筋混凝土材料，具体结构构造形式及尺寸不限，根据需要进行相关设计；锚碇6一般可采用重力式钢筋混凝土实心块，也可以采用其他材料形式，只要保证综合经济性能良好即可。非工作状态下，整套装置可以拆卸保存；在强风(一般都可以根据天气预报进行预测，且对桥梁颤振和大幅抖振造成威胁)条件下，将装置的各构件运至现场进行快速拼接安装，强风过后，垂荡块、绳索和动滑轮可立即拆除，不影响桥梁的美观性及跨海桥梁下方通航，定滑轮和锚碇既可拆除，也可保留，以备下次采用。