[发明专利]用于桥梁拉索振动控制的椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器

说明书

用于桥梁拉索振动控制的椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器，它涉及一种椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器，具体涉及一种用于桥梁拉索振动控制的椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器。本发明为了解决普通结构形式的TMD的刚度和质量块都是垂直向下的，导致在振动过程中无法保障质量块始终垂直于拉索运动，从而使得理论分析较为复杂，减振效果变差的问题。本发明包括拉索套筒、质量筒、可调质量块和四个钢筒，拉索套筒插装在质量筒内，可调质量块固定安装在质量筒的内壁上，四个钢筒沿圆周方向均布设置在拉索套筒外壁与质量筒的内壁之间。本发明属于路桥建设领域。

技术领域

本发明涉及一种椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器，具体涉及一种用于桥梁拉索振动控制的椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器，属于路桥建设领域。

背景技术

随着经济发展的全球化，城市建设也在不断发展，大量重大工程兴建的同时我们也面临着众多的挑战，如何有效的控制结构在风、雨、地震等作用下的大幅度振动，成为国内外学者关注的重点。桥梁结构作为国家交通系统的核心结构，它的安全与否将的直接关系到国家的利益，甚至是广大百姓的安全及切身利益问题。

斜拉桥最具代表性，斜拉桥又叫斜张桥，主要由索塔、主梁、拉索三部分组成，其中主梁受弯、拉索受拉、索塔受压，其中斜拉索承受着主梁传来的荷载，对主梁起着支撑作用。斜拉桥作为相对较新的结构形式，在实际工作中仍存在一些问题，如桥面梁和斜拉索的大幅度振动。究其原因是由于斜拉索自身的结构形式以及材料特点，通常情况下斜拉索的长细比很大，使得拉索结构具有较大的柔度和较小的阻尼，因而在自然界的荷载作用下，非常容易发生较大振幅的非线性振动，例如最常见的在风雨荷载共同作用下的风雨激振等，因而拉索大幅度振动是桥梁损坏的重要原因。现阶段应用最广泛的控制斜拉索振动的结构装置为粘滞阻尼器，但经过实践检验，由于粘滞阻尼自身构造及安装位置等因素导致其减振效果并不是很理想。具体原因包括以下几点：粘滞阻尼器一般安装在斜拉索的端部，不能有效控制斜拉索一阶模态阵型位移最大处，并且在实际中，每个斜拉索的端部振动幅度相比于跨中较小，阻尼器自身并不能发生较大的位移，因此产生的惯性力也相对较小，无法有效的发挥阻尼器对斜拉索的抑制作用，此外阻尼器的一端与桥面梁相连接，容易和桥面发生耦合振动，从而加剧拉索的振动。因此粘滞阻尼器的实际减振效果与理论相差较大。

至此我们需要使用其他结构形式的拉索控制装置，很容易想到使用理论相当成熟的调谐质量阻尼器，由于其本身构造，使TMD具有天然的优势来控制拉索振动，例如可安装在拉索的任意位置、构造简单、安装维修简单等，并在实验结果表明其对拉索控制的有效性的基础上，Tabatabai和Mehrabi A B提出利用TMD来控制斜拉索振动的想法。现阶段TMD控制技术早已成熟，并且在国内外的高层建筑和桥梁上得到广泛应用，经过实践检验，其减振效果良好，满足使用要求。此外TMD在安装、维护上具有很好的经济竞争力，对于将TMD用于拉索控制，只需要进行大量数值模拟和实验，设计合理的参数，会具有其他阻尼器不具备的天然优势，因此研究TMD抑制斜拉索振动就有很好的技术优势和经济效益。

但是普通结构形式的TMD用于拉索振动控制仍存在一些问题，例如斜拉索一般与水平面成一定角度，而普通结构形式的TMD的刚度和质量块都是垂直向下的，导致在振动过程中无法保障质量块始终垂直于拉索运动，从而使得理论分析较为复杂，减振效果变差；此外斜拉索会发生平面外和平面内的多方向振动，而普通结构形式的TMD一般意义上只能控制单方向振动。

发明内容

本发明为解决普通结构形式的TMD的刚度和质量块都是垂直向下的，导致在振动过程中无法保障质量块始终垂直于拉索运动，从而使得理论分析较为复杂，减振效果变差的问题，进而提出用于桥梁拉索振动控制的椭圆型薄壁结构调谐质量阻尼器。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括拉索套筒、质量筒、可调质量块和四个钢筒，拉索套筒插装在质量筒内，可调质量块固定安装在质量筒的内壁上，四个钢筒沿圆周方向均布设置在拉索套筒外壁与质量筒的内壁之间。