定向垂直可调式调谐质量减振器.pdf

一种大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构的减振控制装置，属于土木工程结构减振技术领域。本发明为人行过街天桥、港口栈桥及相关结构提供一种减振控制装置，以减小桥梁结构在人行荷载作用下的共振反应，解决了人行过街天桥、港口栈桥及相关结构的安全性问题。其特征是质量块用单片钢板3叠加制作而成，并用螺栓4连接，质量可调，应用灵活；同时在粘滞油阻尼器6两侧沿竖向垂直设直导向杆5，以避免侧向摇摆。本发明的效果和益处是这种减振装置能有效减小大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构的共振反应，构造简单，施工方便，造价低廉，应用在大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构的工程中，将会产生巨大的经济效益和社会效益。

1.  一种定向垂直可调式调谐质量减振器，其特征是质量块由单片钢板(3)叠加制作而成，并用螺栓(4)连接在一起，同时粘滞油阻尼器的两侧沿竖向垂直设置导向杆(5)。

定向垂直可调式调谐质量减振器
技术领域
本发明属于土木工程结构减振技术领域，涉及到大跨度人行天桥、港口栈桥及相关结构使用钢板、导向杆、弹簧和粘滞油阻尼器组成的减振器的设计。
背景技术
随着城市建设地发展，道路变得越来越宽。作为保证行人快速、安全通过马路的人行天桥，其跨度也越来越大。对于这类大跨度人行天桥，尽管强度和刚度比较容易满足设计要求，但是竖向振动的频率都比较低，通常只有2赫兹左右。而统计结果表明，人行走时的频率也是2赫兹左右，因此，在行人通过天桥时容易在竖向产生共振，造成行人恐慌甚至产生桥梁破坏，影响天桥的正常使用。同样，港口栈桥及其他类似结构也存在共振问题。由于结构振动控制技术在工程中不断地得到应用，因此针对天桥的共振问题寻找适当的控制方法同样也是非常有意义的。
调频质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种经典的减振控制装置，它是一个由弹簧、阻尼器和质量块所组成的振动系统。当它安装在结构上时，其固有频率一般调整到接近结构的自振频率，结构振动引起TMD的共振，而调频质量阻尼器的振动惯性力又反作用于结构本身，达到减小结构反应的目的。
但是，TMD的对结构振动的控制作用与结构及TMD本身的频率有很大的相关性。当TMD的频率调谐到与结构的自振频率一致时，能达到很好的减振效果；当TMD的频率与结构的自振频率不一致时，减振效果比较差，甚至会加剧原结构的反应。实际工程中，结构振动的频率经常会随环境状况的变化而发生改变，而对于传统的TMD减振装置，其频率在安装完成后很难再进行调谐，因此会导致TMD的频率失调现象。
发明内容
本发明的目的是为大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构提供一种减振控制装置，解决桥梁结构在人行荷载作用下的共振问题。
本发明的技术方案是质量块采用单片钢板叠加在一起，并用螺栓连接，达到质量可灵活调节的目的。当TMD的频率需要进行调谐时，只需改变钢板的厚度即可实现。同时，粘滞油阻尼器的两侧沿竖向垂直设置导向杆，以避免侧向摇摆，保证TMD竖向振动的频率与结构的自振频率一致。
本发明的效果和益处是这种减振装置能减小桥梁结构在人行荷载作用下的共振问题，保证桥梁结构的安全性。可适用于大跨度人行过街天桥、港口栈桥及相关结构，能够产生巨大的经济效益和社会效益。
附图说明
附图1是定向垂直可调式TMD减振器立面结构示意图。
图中：1垫板，2弹簧，3钢板，4螺栓，5导向杆，6粘滞油阻尼器，7箱梁底板。
附图2是定向垂直可调式TMD减振器平面结构示意图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的最佳实施方式。
本发明提出的定向垂直可调式TMD减振器如图1和图2所示。每个减振器由四根弹簧、一个粘滞油阻尼器、两根导向杆及若干钢板组成。减振器安装在桥梁结构的箱梁底板7上。具体做法是先在所有的钢板3上预先开设螺栓孔和导向杆穿孔。将弹簧2和阻尼器6的上端焊接在一块钢板3上，然后将弹簧2和阻尼器6的下端焊接在垫板1上，再将垫板1焊接在桥梁结构的钢箱梁底板7上。同样将两根导向杆5沿竖向垂直穿过钢板3预留的导向杆孔，下端焊在垫板1上，再将垫板焊接在钢箱梁的底板7上。最后，将其余的钢板3从导向杆5的上端穿进来，用螺栓4将所有的钢板3固定在一起，构成TMD减振系统的质量块。其中，导向杆5可采用直径30-50毫米的钢管制作。
弹簧2和钢板3的设计要保证TMD减振器振动的频率与结构振动的频率一致。当在实际工程中需要调谐TMD减振器振动的频率时，只需改变钢板的厚度(即改变叠加钢片的数量)即可实现。导向杆3的作用在于限制质量块只在竖向发生位移，避免其侧向摇摆，保证TMD减振器振动的频率与结构竖向振动频率相一致。