CN117604878A - 一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法，桥梁层间附加阻尼装置包括：桥梁单元，其包括横梁、设于横梁上方的主梁，以及设于横梁上将主梁在横梁上方支撑至设定高度的支柱；阻尼单元，其包括铰接于横梁上的旋转刚臂，旋转刚臂的主动端与主梁铰接，旋转刚臂的从动端通过阻尼构件与横梁连接。本申请的桥梁层间附加阻尼装置在外力作用下，主梁与横梁之间会发生相对横桥向位移运动，阻尼单元能够通过旋转刚臂放大阻尼构件的滞回耗能位移，提高阻尼构件的减振特性。本申请中旋转刚臂的旋转放大因子取决于旋转刚臂与横梁的铰接位置。旋转刚臂的旋转放大因子越大，阻尼构件的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。

Description

一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法

技术领域

本申请涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法。

背景技术

随着我国桥梁设计、研究及建造技术的发展，桥梁建设事业日益辉煌。目前，国内适用于桥梁纵向减震的装置较多，而擅长解决桥梁横向减震问题的阻尼器则很少。

而且在现有的横向减震阻尼器中，金属阻尼器以其滞回耗能性能稳定、形式变化多样及成本经济等优点得到了结构工程师的青睐。特别是软钢阻尼器的出现，从此在结构工程中掀起了金属阻尼器的研究热潮。由于金属阻尼器属于位移相关型，其运动变形主要依赖于桥梁的横向位移量。

由于桥梁在正常使用状态下会发生比较大的纵向变形，而横向变形较小，这使得传统横向金属阻尼器不能发挥出显著的消能减震作用。基于此，研发兼一种桥梁具有位移放大机制的减隔震耗能装置是十分必要的。

发明内容

本申请实施例提供一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法，以解决相关技术中目前应用在桥梁中的金属阻尼器在横向变形较小的情况下，存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减振作用的问题。

本申请实施例第一方面提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，包括：

桥梁单元，所述桥梁单元包括横梁、设于所述横梁上方的主梁，以及设于所述横梁上将所述主梁在横梁上方支撑至设定高度的支柱；

阻尼单元，所述阻尼单元包括铰接于所述横梁上的旋转刚臂，所述旋转刚臂的主动端与主梁铰接，所述旋转刚臂的从动端通过阻尼构件与横梁连接。

在一些实施例中：所述阻尼单元还包括固定在所述横梁的顶部用于转动支撑所述旋转刚臂的下铰接座，所述下铰接座的顶部通过铰轴与所述旋转刚臂转动连接。

在一些实施例中：所述横梁的顶部固定设有固定连接所述下铰接座的过渡基座，所述下铰接座包括固定在过渡基座顶部的下安装板，所述下安装板的顶部固定连接有两个相互平行且间隔设置的下耳板，所述下耳板上开设有穿入所述铰轴的圆形孔。

在一些实施例中：所述阻尼单元还包括固定在所述主梁的底部与所述旋转刚臂的主动端铰接的上铰接座，所述上铰接座的底部通过铰轴与所述旋转刚臂的主动端转动连接。

在一些实施例中：所述上铰接座包括与所述主梁的底部固定连接的上安装板，所述上安装板的底部固定连接有两个相互平行且间隔设置的上耳板，所述上耳板上开设有穿入所述铰轴的长形孔，所述长形孔的长度方向与支柱的高度方向平行。

在一些实施例中：所述旋转刚臂包括呈竖直方向设置的主动臂，以及呈水平方向设置的从动臂，所述主动臂和所述从动臂相互连接组成“L”形结构，所述主动臂和所述从动臂的连接处与所述横梁铰接。

在一些实施例中：所述旋转刚臂的从动臂的长度大于所述主动臂的长度，以使所述旋转刚臂增大所述阻尼构件的滞回耗能位移。

在一些实施例中：所述旋转刚臂的从动臂和所述主动臂之间连接有加强件，所述加强件与所述旋转刚臂共同组成直角三角形结构。

在一些实施例中：所述旋转刚臂和阻尼构件均设有两个，两个所述旋转刚臂和阻尼构件在所述横梁上呈镜像设置。

本申请实施例第二方面提供了一种桥梁层间附加阻尼装置的使用方法，所述方法使用上述任一实施例所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，所述方法包括：

桥梁单元的主梁在外力作用下相对于横梁沿横桥向运动向阻尼单元施加横桥向作用力；

主梁上的上铰接座带动旋转刚臂的主动臂运动，所述主动臂在下铰接座的铰接作用下产生绕下铰接座的铰轴产生旋转摆动；

在主动臂的摆动作用下与主动臂连接的从动臂在下铰接座的铰接作用下产生绕下铰接座的铰轴产生旋转摆动；

旋转刚臂的从动臂产生与旋转刚臂的主动臂同向的运动，并带动阻尼构件产生滞回耗能位移，以消耗主梁施加的作用力；

根据阻尼构件的滞回耗能位移量，调节旋转刚臂的旋转放大因子量化指标为从动臂长度与主动臂长度的比值；

所述旋转刚臂的旋转放大因子越大，阻尼构件的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法，由于本申请的桥梁层间附加阻尼装置设置了桥梁单元，该桥梁单元包括横梁、设于横梁上方的主梁，以及设于横梁上将主梁在横梁上方支撑至设定高度的支柱；阻尼单元，该阻尼单元包括铰接于横梁上的旋转刚臂，旋转刚臂的主动端与主梁铰接，旋转刚臂的从动端通过阻尼构件与横梁连接。

因此，本申请的桥梁层间附加阻尼装置在地震作用、车辆荷载作用、风荷载作用或者其他外界荷载作用下，主梁与横梁之间会发生相对横桥向位移运动，阻尼单元能够通过旋转刚臂放大阻尼构件的滞回耗能位移，提高阻尼构件的减振特性。

本申请中旋转刚臂的旋转放大因子取决于旋转刚臂与横梁的铰接位置。旋转刚臂的旋转放大因子越大，阻尼构件的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。解决了现有技术中目前应用在桥梁中的金属阻尼器在横向变形较小的情况下，存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减振作用的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例第一视角的结构示意图；

图2为本申请实施例第二视角的结构示意图；

图3为本申请实施例阻尼单元的结构主视图。

附图标记：

1、桥梁单元；11、横梁；12、主梁；13、支柱；14、桥梁面板；15、柱体；

2、阻尼单元；21、旋转刚臂；22、阻尼构件；23、下铰接座；24、上铰接座；25、加强件；26、过渡基座；27、主动臂；28、从动臂；29、铰轴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置及其使用方法，其能解决目前应用在桥梁中的金属阻尼器在横向变形较小的情况下，存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减振作用的问题。

参见图1至图3所示，本申请实施例第一方面提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，包括：

桥梁单元1，该桥梁单元包括横梁11、设于横梁11上方的主梁12，以及设于横梁11上将主梁12在横梁11上方支撑至设定高度的支柱13。桥梁单元1的横梁11优选但不限于为盖梁或承台，支柱13优选但不限于为位于承台上方的墩柱，横梁11的底部设有支撑横梁11的柱体15，柱体15优选但不限于为桩基础。在主梁12的顶部设有桥梁面板14，桥梁面板14用于铺装路面。

阻尼单元2，该阻尼单元2包括铰接于横梁11上的旋转刚臂21，该旋转刚臂21的主动端与主梁12铰接，旋转刚臂21的从动端通过阻尼构件22与横梁11连接。旋转刚臂21的一端为主动端用于和主梁12铰接，旋转刚臂21的另一端为从动端用于和阻尼构件22连接，旋转刚臂21位于主动端和从动端之间的区域设置铰接点与横梁11铰接。

本申请实施例的桥梁层间附加阻尼装置在地震作用、车辆荷载作用、风荷载作用或者其他外界荷载作用下，主梁12与横梁11之间会发生相对横桥向位移运动，阻尼单元2能够通过旋转刚臂21放大阻尼构件22的滞回耗能位移，提高阻尼构件22的减振特性。

本申请中旋转刚臂21的旋转放大因子取决于旋转刚臂21与横梁11的铰接位置。旋转刚臂21的旋转放大因子越大，阻尼构件22的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。解决了现有技术中目前应用在桥梁中的金属阻尼器在横向变形较小的情况下，存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减振作用的问题。

在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，该桥梁层间附加阻尼装置的阻尼单元2还包括固定在横梁11的顶部用于转动支撑旋转刚臂21的下铰接座23，下铰接座23的顶部通过铰轴29与旋转刚臂21转动连接。

横梁11的顶部固定设有固定连接下铰接座23的过渡基座26，下铰接座23包括固定在过渡基座26顶部的下安装板，下安装板的顶部固定连接有两个相互平行且间隔设置的下耳板，下耳板上开设有穿入铰轴29的圆形孔。

过渡基座26的底部可设置预埋件可与横梁11一体浇筑成型，也可通过植筋技术装配成型，过渡基座26可以为混凝土结构、钢结构、钢混结构或者复合材料类型。下铰接座23可以通过预埋件或者植筋技术与过渡基座26的顶部安装连接。

在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，该桥梁层间附加阻尼装置的阻尼单元2还包括固定在主梁12的底部与旋转刚臂21的主动端铰接的上铰接座24，上铰接座24的底部通过铰轴29与旋转刚臂21的主动端转动连接，上铰接座24跟随主梁12同步运动。上铰接座24可以通过预埋件或者植筋技术与主梁12的底部安装连接。

上铰接座24包括与主梁12的底部固定连接的上安装板，在上安装板的底部固定连接有两个相互平行且间隔设置的上耳板。在上耳板上开设有穿入铰轴29的长形孔，长形孔的长度方向与支柱13的高度方向平行。长形孔一方面用于穿入铰轴29实现旋转刚臂21的主动端与上铰接座24转动连接，另一方面用于适应旋转刚臂21的主动端绕铰轴29自由摆动。

在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，该桥梁层间附加阻尼装置的旋转刚臂21包括呈竖直方向设置的主动臂27，以及呈水平方向设置的从动臂28。主动臂27和从动臂28相互连接组成“L”形结构，主动臂27和从动臂28的连接处与横梁11上的下铰接座23铰接。

旋转刚臂21的从动臂28的长度大于主动臂27的长度，以使旋转刚臂21增大阻尼构件22的滞回耗能位移。旋转刚臂21的旋转放大因子取决于旋转刚臂21在下铰接座23的铰接位置。旋转刚臂21的从动端到下铰接座23的铰接位置的间距为从动距离，旋转刚臂21的主动端到下铰接座23的铰接位置的间距为主动距离。旋转刚臂21的旋转放大因子量化指标为从动距离与主动距离的比值。

本申请实施例中，从动距离与主动距离的比值越大，旋转刚臂21的旋转放大因子越大，从动距离与主动距离的比值越小，旋转刚臂21的旋转放大因子越小。旋转刚臂21的旋转放大因子越大，阻尼构件22的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。

在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，该桥梁层间附加阻尼装置的旋转刚臂21的从动臂28和主动臂27之间连接有加强件25，该加强件25与旋转刚臂21共同组成直角三角形结构。该加强件25优选但不限于为直角三角形钢板，加强件25的一条直角边与从动臂28焊接连接，加强件25的另一条直角边与主动臂27焊接连接，以增强从动臂28和主动臂27之间的结构强度。

在一些可选实施例中：参见图1至图3所示，本申请实施例提供了一种桥梁层间附加阻尼装置，该桥梁层间附加阻尼装置的旋转刚臂21、阻尼构件22、下铰接座23、上铰接座24均设有两个，两个旋转刚臂21、阻尼构件22、下铰接座23、上铰接座24在横梁11上呈镜像设置。以满足主梁12在横梁11上沿横桥向往复移动时均能起到减振耗能特性。

参见图1至图3所示，本申请实施例第二方面提供了一种桥梁层间附加阻尼装置的使用方法，所述方法使用上述任一实施例所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，所述方法包括：

步骤1、桥梁单元1的主梁12在外力作用下相对于横梁11沿横桥向运动向阻尼单元2施加横桥向作用力，该作用力来源于地震作用、车辆荷载作用、风荷载作用或者其他外界荷载作用。

步骤2、主梁12的上铰接座24带动旋转刚臂21的主动臂27运动，主动臂27在下铰接座23的铰接作用下产生绕下铰接座23的铰轴29产生旋转摆动。

步骤3、在主动臂27的摆动作用下与主动臂27连接的从动臂28在下铰接座23的铰接作用下产生绕下铰接座23的铰轴29产生旋转摆动。

步骤4、旋转刚臂21的从动臂28产生与旋转刚臂21的主动臂27同向的运动，并带动阻尼构件22产生滞回耗能位移，以消耗主梁12向阻尼单元2施加的作用力。

步骤5、根据阻尼构件22的滞回耗能位移量，调节旋转刚臂21的旋转放大因子量化指标，该旋转放大因子量化指标为从动臂28长度与主动臂27长度的比值。

步骤6、调节时旋转刚臂21的旋转放大因子越大，阻尼构件22的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。

综上所述，本申请实施例在安装该阻尼单元2时，在地震作用、车辆荷载作用、风荷载作用或者其他外界荷载作用下，主梁12结构在与横梁11之间会发生相对位移运动，旋转刚臂21能够放大阻尼构件22的滞回耗能位移，提高阻尼构件22的减振特性。

阻尼单元2包括至少一组旋转刚臂21，旋转刚臂21的旋转放大因子取决于旋转刚臂21在下铰接座23的铰接位置。旋转刚臂21的旋转放大因子越大，阻尼构件22的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。

工作原理

本申请的桥梁层间附加阻尼装置设置了桥梁单元1，该桥梁单元1包括横梁11、设于横梁11上方的主梁12，以及设于横梁11上将主梁12在横梁11上方支撑至设定高度的支柱13；阻尼单元2，该阻尼单元2包括铰接于横梁11上的旋转刚臂21，旋转刚臂21的主动端与主梁12铰接，旋转刚臂21的从动端通过阻尼构件22与横梁11连接。

本申请的桥梁层间附加阻尼装置在地震作用、车辆荷载作用、风荷载作用或者其他外界荷载作用下，主梁12与横梁11之间会发生相对横桥向位移运动，阻尼单元2能够通过旋转刚臂21放大阻尼构件22的滞回耗能位移，提高阻尼构件22的减振耗能特性。

本申请中旋转刚臂21的旋转放大因子取决于旋转刚臂21与横梁11的铰接位置。旋转刚臂21的旋转放大因子越大，阻尼构件22的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。解决了现有技术中目前应用在桥梁中的金属阻尼器在横向变形较小的情况下，存在应对桥梁横向变形不能发挥出显著消能减振作用的问题。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于，包括：

桥梁单元(1)，所述桥梁单元(1)包括横梁(11)、设于所述横梁(11)上方的主梁(12)，以及设于所述横梁(11)上将所述主梁(12)在横梁(11)上方支撑至设定高度的支柱(13)；

阻尼单元(2)，所述阻尼单元(2)包括铰接于所述横梁(11)上的旋转刚臂(21)，所述旋转刚臂(21)的主动端与主梁(12)铰接，所述旋转刚臂(21)的从动端通过阻尼构件(22)与横梁(11)连接。

2.如权利要求1所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述阻尼单元(2)还包括固定在所述横梁(11)的顶部用于转动支撑所述旋转刚臂(21)的下铰接座(23)，所述下铰接座(23)的顶部通过铰轴(29)与所述旋转刚臂(21)转动连接。

3.如权利要求2所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述横梁(11)的顶部固定设有固定连接所述下铰接座(23)的过渡基座(26)，所述下铰接座(23)包括固定在过渡基座(26)顶部的下安装板，所述下安装板的顶部固定连接有两个相互平行且间隔设置的下耳板，所述下耳板上开设有穿入所述铰轴(29)的圆形孔。

4.如权利要求1所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述阻尼单元(2)还包括固定在所述主梁(12)的底部与所述旋转刚臂(21)的主动端铰接的上铰接座(24)，所述上铰接座(24)的底部通过铰轴(29)与所述旋转刚臂(21)的主动端转动连接。

5.如权利要求4所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述上铰接座(24)包括与所述主梁(12)的底部固定连接的上安装板，所述上安装板的底部固定连接有两个相互平行且间隔设置的上耳板，所述上耳板上开设有穿入所述铰轴(29)的长形孔，所述长形孔的长度方向与支柱(13)的高度方向平行。

6.如权利要求1所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述旋转刚臂(21)包括呈竖直方向设置的主动臂(27)，以及呈水平方向设置的从动臂(28)，所述主动臂(27)和所述从动臂(28)相互连接组成“L”形结构，所述主动臂(27)和所述从动臂(28)的连接处与所述横梁(11)铰接。

7.如权利要求6所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述旋转刚臂(21)的从动臂(28)的长度大于所述主动臂(27)的长度，以使所述旋转刚臂(21)增大所述阻尼构件(22)的滞回耗能位移。

8.如权利要求6所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述旋转刚臂(21)的从动臂(28)和所述主动臂(27)之间连接有加强件(25)，所述加强件(25)与所述旋转刚臂(21)共同组成直角三角形结构。

9.如权利要求1至8任一项所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，其特征在于：

所述旋转刚臂(21)和阻尼构件(22)均设有两个，两个所述旋转刚臂(21)和阻尼构件(22)在所述横梁(11)上呈镜像设置。

10.一种桥梁层间附加阻尼装置的使用方法，其特征在于，所述方法使用权利要求1至9任一项所述的一种桥梁层间附加阻尼装置，所述方法包括：

桥梁单元(1)的主梁(12)在外力作用下相对于横梁(11)沿横桥向运动向阻尼单元(2)施加横桥向作用力；

主梁(12)上的上铰接座(24)带动旋转刚臂(21)的主动臂(27)运动，所述主动臂(27)在下铰接座(23)的铰接作用下产生绕下铰接座(23)的铰轴(29)产生旋转摆动；

在主动臂(27)的摆动作用下与主动臂(27)连接的从动臂(28)在下铰接座(23)的铰接作用下产生绕下铰接座(23)的铰轴(29)产生旋转摆动；

旋转刚臂(21)的从动臂(28)产生与旋转刚臂(21)的主动臂(27)同向的运动，并带动阻尼构件(22)产生滞回耗能位移，以消耗主梁(12)施加的作用力；

根据阻尼构件(22)的滞回耗能位移量，调节旋转刚臂(21)的旋转放大因子量化指标，旋转放大因子量化指标为从动臂(28)长度与主动臂(27)长度的比值；

所述旋转刚臂(21)的旋转放大因子越大，阻尼构件(22)的滞回位移越大，滞回耗能越高，消能减振特性越显著。