一种多孔介质的几何变速阻尼器

1.本发明涉及桥梁结构振动控制以及桥梁减震技术领域，尤其涉及一种多孔介质的几何变速阻尼器。


背景技术：

2.以合理的技术措施和良好经济性，确保桥梁结构在地震荷载作用下的安全性是一项非常重要的工程问题。目前桥梁结构减震的主要方法有：(1)“赵人达,许智强,邹建波,贾毅.大跨度斜拉桥阻尼约束体系减震优化研究[j].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2018,34(03):385-393.”采用黏滞阻尼器；(2)“马振霄,温文露,管庆松,余文正,潘文.摩擦摆支座等效线性化参数及隔震设计方法研究[j].防灾减灾工程学报,2022,42(04):751-760.”采用摩擦摆支座或者“郑杰,顾冉星,贾俊峰,张建勋,王召辉.高阻尼橡胶隔震支座力学性能研究及其桥梁工程应用进展[j].防灾科技学院学报,2022,24(02):1-15.”高阻尼橡胶支座；(3)“檀永刚，管如意，张哲，黄才良，王会利，潘盛山，王骞，一种桥梁减震的变速质量阻尼器系统[p].cn106702885a.”采用变速质量阻尼系统。变速质量阻尼系统属于加速度相关型阻尼系统，该阻尼系统具有良好的减震效果，但是其中的黏滞阻尼元件通常采用液体阻尼器，存在漏油失效的风险，也不利于维护。摩擦摆支座在地震后复位能力较差，高阻尼橡胶支座容易老化，影响抗震性能，因此需要一种能够克服上述缺点的新型减震结构。


技术实现要素：

[0003]
基于目前桥梁结构减震方法的不足，提供一种多孔介质的几何变速阻尼器，起到减震作用。
[0004]
本发明的技术方案如下：一种多孔介质的几何变速阻尼器，包括菱形滑块1、多孔介质固体减震层2、矩形滑块3、矩形滑槽4、连接销5、固定端外壳6、移动端钢板7、固定端支承板8、固定端盖板9；移动端钢板7一端连接主梁10，另一端连接矩形滑块3；矩形滑块3与菱形滑块1通过连接销5连接；固定端支承板8连接在桥墩11上，其与固定端外壳6、固定端盖板9共同组成固定端箱体；多孔介质固体减震层2固定于箱体内表面，多孔介质固体减震层2与菱形滑块1间留有自由间隙，二者接触时的接触面保持平行；固定端支承板8一侧开有矩形滑槽4，矩形滑块3于矩形滑槽4上滑动；菱形滑块1随矩形滑块3移动并挤压多孔介质固体减震层2。
[0005]
菱形滑块1的斜边与纵轴呈一定角度，应小于45
°
，使得菱形滑块1沿纵向的速度和位移均数倍于多孔介质固体减震层压缩的速度和位移。
[0006]
所述多孔介质固体减震层2固定于固定端外壳6内部。
[0007]
当发生地震时，主梁10相对于桥墩11产生运动，菱形滑块1和矩形滑块3一起在矩形滑槽4中产生运动。菱形滑块1沿纵向轴运动的过程中，其斜边沿垂直方向挤压多孔介质固体减震层2，使之发生变形，由于纵向轴与斜边成一定角度，所以菱形滑块1沿纵向的速度和位移均数倍于多孔介质固体减震层2压缩的速度和位移。多孔介质固体减震层2具有优良
的耗能减震特性及较大的弹性模量，因此通过菱形滑块1的几何变速效应达到耗能减震和调节地震中主梁10的位移需求的目的。
[0008]
本发明的有益效果：菱形滑块沿纵向轴运动中，其纵向的位移和速度均数倍于斜边的垂直方向，产生几何变速效应，能够增大桥梁地震过程中主梁的位移需求；多孔介质固体减震层具有卓越的耗能减震性能，并且耐久性好，不需要维护，不存在漏油失效的风险；多个桥墩采用本发明的阻尼器可以实现多桥墩联合抗震，具有更好的经济性。
附图说明
[0009]
图1是一种多孔介质的几何变速阻尼器示意图。
[0010]
图2是中轴线截面图。
[0011]
图3是一种多孔介质的几何变速阻尼器的主要构件连接关系图。
[0012]
图中：1-菱形滑块；2-多孔介质固体减震层；3-矩形滑块；4-矩形滑槽；5-连接销；6-固定端外壳；7-移动端钢板；8-固定端支承板；9-固定端盖板；10-主梁；11-桥墩。
具体实施方式
[0013]
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
[0014]
一种多孔介质的几何变速阻尼器，由菱形滑块1、多孔介质固体减震层2、矩形滑块3、矩形滑槽4、连接销5、固定端外壳6、移动端钢板7、固定端支承板8、固定端盖板9等构件组成。移动端由菱形滑块1、连接销5、矩形滑块3和移动端钢板7组成。菱形滑块1通过连接销5与矩形滑块3连接；矩形滑块3与移动端钢板7焊接在一起；移动端钢板7连接在主梁10上。固定端由多孔介质固体减震层2、矩形滑槽4、固定端外壳6、固定端支承板8、固定端盖板9等组成。多孔介质固体减震层2镶嵌在固定端外壳6内部；多孔介质固体减震层2与菱形滑块1之间留有间隙，接触时各接触面保持平行；在固定端支承板8上开设矩形滑槽4；矩形滑块3在矩形滑槽4内可以沿纵向自由滑动；固定端支承板8与桥墩11连接。
[0015]
当发生地震时，主梁10和安装在其上的移动端钢板7产生相对于桥墩11沿桥梁纵向的运动，引起移动端钢板7上的菱形滑块1和矩形滑块3一起沿矩形滑槽4产生相对运动。菱形滑块1沿纵向运动的过程中，在沿菱形斜边的垂直方向上挤压多孔介质固体减震层2，使之发生变形，由于菱形滑块1的运动方向与菱形的斜边成一定角度，所以菱形滑块1沿纵向的速度和位移均数倍于多孔介质固体减震层2压缩变形的速度和位移。多孔介质固体减震层2具有优良的耗能减震特性及较大的弹性模量，因此通过菱形滑块1的几何变速效应达到耗能减震和调节地震中主梁10的位移需求的目的。
[0016]
所述多孔介质固体减震层2的材质可以为泡沫铝、泡沫合金等。
[0017]
多孔介质固体减震层2、矩形滑槽4、固定端外壳6、固定端支承板8、固定端盖板9组成固定端受力构件；菱形滑块1、矩形滑块3、移动端钢板7和连接销5组成移动端受力构件。
[0018]
实施例
[0019]
一座4跨连续梁桥的跨径布置为4
×
45米，宽度为23米，主梁10为混凝土箱梁。本桥共设置5排桥墩，安装10个支座，其中第三排桥墩上安装纵向固定支座，其余桥墩加装本发明阻尼器。在没有地震发生时，温度变化引起主梁10沿纵向发生位移，按绝对值50c
°
的升降温计算，第1#、2#、4#、5#墩的位移绝对值分别为4.6cm、2.3cm、2.3cm、4.6cm。安装在第1#、
2#、4#、5#墩上的本发明阻尼器的纵向自由间隙量分别设置为4.0cm、2.0cm、2.0cm、4.0cm，其中菱形滑块1的四个斜边与多孔介质固体减震层2内接触侧的自由间隙量相同。在最高温度和最低温度时，阻尼器预留的自由间隙量已经被压缩用尽，菱形滑块1已经开始对多孔介质固体减震层2实施压缩作用，但压缩量较小，因此作用力也较小，温度力不会引起桥墩较大的弯矩和剪力。
[0020]
当发生地震时，主梁10瞬间产生相对于桥墩11较大的运动，菱形滑块1首先消耗掉多孔介质的几何变速阻尼器内预留的自由间隙量，开始迅速压缩多孔介质固体减震层2，随着压缩量的增加，阻尼力也迅速增加。主梁10相对于桥墩11的位移越大，阻尼力也越大，而且固定墩(3#墩)以外的所有桥墩11处的阻尼力同时增加，使所有桥墩11承担的水平剪力相对均衡，上限阻尼力设定为500kn，以确保阻尼器能够对主梁10提供足够的约束力。多孔介质固体减震层2耗散了地震产生的主梁10的动能，避免发生主梁10对桥墩11的严重冲击，对桥墩起到保护作用。

技术特征：
1.一种多孔介质的几何变速阻尼器，其特征在于，该多孔介质的几何变速阻尼器包括菱形滑块(1)、多孔介质固体减震层(2)、矩形滑块(3)、矩形滑槽(4)、连接销(5)、固定端外壳(6)、移动端钢板(7)、固定端支承板(8)、固定端盖板(9)；移动端钢板(7)一端连接主梁(10)，另一端连接矩形滑块(3)；矩形滑块(3)与菱形滑块(1)通过连接销(5)连接；固定端支承板(8)连接在桥墩(11)上，其与固定端外壳(6)、固定端盖板(9)共同组成固定端箱体；多孔介质固体减震层(2)固定于箱体内表面，多孔介质固体减震层(2)与菱形滑块(1)间留有自由间隙，二者接触时的接触面保持平行；固定端支承板(8)一侧开有矩形滑槽(4)，矩形滑块(3)于矩形滑槽(4)上滑动；菱形滑块(1)随矩形滑块(3)移动并挤压多孔介质固体减震层(2)。2.根据权利要求1所述的多孔介质的几何变速阻尼器，其特征在于，菱形滑块(1)的斜边与纵轴呈一定角度，所述角度小于45
°
。3.根据权利要求2所述的多孔介质的几何变速阻尼器，其特征在于，所述多孔介质固体减震层(2)固定于固定端外壳(6)内部。

技术总结
本发明属于桥梁结构振动控制以及桥梁减震技术领域，提出一种多孔介质的几何变速阻尼器，包括菱形滑块、多孔介质固体减震层、矩形滑块、矩形滑槽、连接销、固定端外壳、移动端钢板、固定端支承板、固定端盖板。当发生地震时，安装在主梁上的菱形滑块沿纵向产生相对于桥墩的运动，菱形滑块的斜边沿垂直方向挤压安装在桥墩上的多孔介质固体减震层，通过菱形滑块的几何变速效应达到耗能减震和调节地震中主梁的位移需求；多孔介质固体减震层具有卓越的耗能减震性能，耐久性好，不需要维护，不存在漏油失效的风险，具有良好的经济性。具有良好的经济性。具有良好的经济性。


技术研发人员：檀永刚 石磊 黄顺心 赵秋铭 车龙 昂婧 代炎 蒋云龙 赵洪樱
受保护的技术使用者：大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/21