本發(fā)明涉及橋梁減震器，尤其是涉及一種適用于橋梁的可變剛度粒子阻尼減震裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前橋梁減震領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的有采用減隔震支座、利用橋墩延性減震等方法。目前研究得較多的減、隔震裝置主要有疊層橡膠支座、聚四氟乙烯支座、鉛芯橡膠支座等。聚四氟乙烯支座不具有向平衡位置的恢復(fù)力特性，使梁體與墩、臺(tái)之間的相對(duì)位移很難控制。疊層橡膠支座可減小橋墩、臺(tái)受到地震荷載的，但也增加了梁體與墩、臺(tái)之間相對(duì)位移，具有一定局限性。利用橋墩的延性減震是當(dāng)前橋梁抗震設(shè)計(jì)中常采用的方法。橋墩延性減震是將橋墩某些部位設(shè)計(jì)得具有足夠的延性，使之延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)周期、耗散地震能量，但這一方式會(huì)大大增加橋梁的設(shè)計(jì)難度和施工成本。

粒子阻尼技術(shù)是一項(xiàng)振動(dòng)被動(dòng)控制新技術(shù)，是以阻尼耗能機(jī)理為理論基礎(chǔ)，主要由填充在結(jié)構(gòu)空腔中的粒子通過(guò)非彈性碰撞和摩擦作用提供阻尼效應(yīng)。粒子阻尼技術(shù)具有抑振效果顯著、耐高溫惡劣環(huán)境、對(duì)原結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、產(chǎn)生的附加質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。粒子阻尼的產(chǎn)生機(jī)理從能量的角度上來(lái)看，是指損耗振動(dòng)能量的能力，也就是將機(jī)械振動(dòng)及聲振的能量，轉(zhuǎn)變成熱能或其他可以耗損的能量。將粒子阻尼技術(shù)引入橋梁減震領(lǐng)域可以延長(zhǎng)上部結(jié)構(gòu)的自振周期并給予結(jié)構(gòu)較大的阻尼，可使橋梁進(jìn)入塑性階段以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的周期，增加結(jié)構(gòu)的柔性以延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，有效代替橋梁結(jié)構(gòu)承受地震強(qiáng)烈的位移動(dòng)力，達(dá)到減小由于地震動(dòng)所產(chǎn)生的地震荷載的目的；增加結(jié)構(gòu)的阻尼或能量耗散能力以減小由于地震所引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，特別適用于橋梁減震。

中國(guó)專利CN201801813U公開(kāi)一種橋梁減震器，設(shè)置于拉索大橋的橋梁拉索根部，起減震作用。所述減震器包括金屬圈和橡膠圈，所述金屬圈由左半金屬圈和右半金屬圈左右對(duì)合構(gòu)成，橡膠圈由左半橡膠圈和右半橡膠圈左右對(duì)合構(gòu)成，在所述金屬圈內(nèi)壁面上設(shè)有一圈凹槽，相應(yīng)于該凹槽，在所述橡膠圈外壁面上相應(yīng)位置處設(shè)置有一與之相配合的凸緣；所述橡膠圈復(fù)合于金屬圈內(nèi)圈，且使所述凸緣嵌置于所述凹槽內(nèi)。通過(guò)在拉索的根部安裝本實(shí)用新型橋梁減震器，可以改變拉索的共振頻率，控制振幅，抑制振動(dòng)波的傳播，減少材料的疲勞，減輕了拉索大橋由于風(fēng)力及車輛產(chǎn)生的震動(dòng)等因素影響，提高了拉索的使用壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于橋梁的可變剛度粒子阻尼減震裝置。

本發(fā)明設(shè)有結(jié)構(gòu)固定箱、阻尼箱、阻尼粒子、大剛度減震彈簧、小剛度減震彈簧；所述適用于橋梁的可變剛度粒子阻尼減震裝置通過(guò)固定螺栓與減震結(jié)構(gòu)相連或在進(jìn)行土木工程時(shí)直接安裝在橋墩、橋臺(tái)、梁體和每一跨的上部結(jié)構(gòu)中或梁底支點(diǎn)處；所述大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧與結(jié)構(gòu)固定箱相連接，大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧設(shè)在阻尼箱的上部和四周，大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧配合組成可變剛度減震彈簧，阻尼粒子放置在阻尼箱內(nèi)部。

所述大剛度減震彈簧的剛度可為600～2000kg/cm，所述小剛度減震彈簧的剛度可為20～600kg/cm。

所述阻尼粒子可采用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子的剖面水平投影面積占相應(yīng)分區(qū)總面積的20％～90％，阻尼粒子的密度可為1.5～18.5×10³kg/m³。

所述阻尼箱內(nèi)部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數(shù)量的阻尼粒子。

當(dāng)發(fā)生震動(dòng)時(shí)，阻尼箱帶動(dòng)彈簧將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能加以耗散，同時(shí)內(nèi)部阻尼粒子發(fā)生碰撞摩擦進(jìn)一步耗散系統(tǒng)震動(dòng)能量。由于阻尼粒子具有萬(wàn)向性，可以有效對(duì)來(lái)自各個(gè)方向的震動(dòng)起到減震的作用。采用變剛度減震彈簧能夠有效減輕風(fēng)振和地震帶來(lái)的震動(dòng)。

當(dāng)橋梁發(fā)生風(fēng)振時(shí)，風(fēng)載荷造成的橋梁結(jié)構(gòu)位移較小，由公式f＝kx知，若減震彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)k過(guò)大則橋梁帶動(dòng)的阻尼器位移x也會(huì)較小，那么就不能起到有效的減震作用。因此，為了有效減輕風(fēng)震，則應(yīng)采用倔強(qiáng)系數(shù)k小的減震彈簧，以使阻尼器可以產(chǎn)生較大的位移，使阻尼粒子可以有效發(fā)揮減震作用。但當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，為了做到“大震不倒、小震不壞”，則應(yīng)當(dāng)使減震彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)k盡量大。若倔強(qiáng)系數(shù)k小的話，則由公式f＝kx知，地震帶動(dòng)的阻尼器位移x過(guò)大，會(huì)超出減震彈簧的彈性極限而使之無(wú)法恢復(fù)自由長(zhǎng)度，使與減震彈簧連接的阻尼器不能產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大大降低了阻尼器減震的效率。

大剛度減震彈簧的剛度應(yīng)在600～2000kg/cm范圍內(nèi)選取，小剛度減震彈簧的剛度應(yīng)在20～600kg/cm范圍內(nèi)選取。如大剛度減震彈簧不在上述剛度范圍內(nèi)選擇，則不能對(duì)地震起到有效減震作用；若小剛度減震彈簧不在上述剛度范圍內(nèi)選擇，則不能對(duì)風(fēng)振起到有效減震作用。同一側(cè)排布不同剛度的減震彈簧組合時(shí)采取對(duì)稱的方式排布。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

將主要應(yīng)用于機(jī)械減振領(lǐng)域的粒子阻尼減震技術(shù)應(yīng)用于橋梁的減震中，具有減震頻帶寬和能量耗散快的優(yōu)點(diǎn)，特別是采用了變剛度的減震彈簧，可針對(duì)橋梁面臨的風(fēng)振和地震兩種不同類型的震動(dòng)起到有效的減震效果，可有效將震動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為粒子間的摩擦耗能和彈簧的彈性勢(shì)能。無(wú)需外部能量供給，安裝簡(jiǎn)單易行，維護(hù)方便快捷，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和普適性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的縱剖面圖。

圖2為本發(fā)明的俯剖視圖。

圖3為本發(fā)明的側(cè)視圖。

圖4為阻尼箱的剖視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)際運(yùn)用在一種類型的橋梁上實(shí)例的立面圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)際運(yùn)用在另一種類型的橋梁上實(shí)例的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

如圖1～6所示，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有結(jié)構(gòu)固定箱1、阻尼箱2、阻尼粒子3、大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5；所述適用于橋梁的可變剛度粒子阻尼減震裝置通過(guò)固定螺栓與減震結(jié)構(gòu)相連或在進(jìn)行土木工程時(shí)直接安裝在橋墩、橋臺(tái)、梁體和每一跨的上部結(jié)構(gòu)中或梁底支點(diǎn)處；所述大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5與結(jié)構(gòu)固定箱1相連接，大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5設(shè)在阻尼箱2的上部和四周，大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5配合組成可變剛度減震彈簧，阻尼粒子3放置在阻尼箱2內(nèi)部。

所述大剛度減震彈簧4的剛度可為600～2000kg/cm，所述小剛度減震彈簧5的剛度可為20～600kg/cm。

所述阻尼粒子3可采用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子3的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子3的剖面水平投影面積占相應(yīng)分區(qū)總面積的20％～90％，阻尼粒子3的密度可為1.5～18.5×10³kg/m³。

所述阻尼箱內(nèi)部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數(shù)量的阻尼粒子。

結(jié)構(gòu)固定箱1為鋼制，通過(guò)固定螺栓與減震結(jié)構(gòu)相連或者在進(jìn)行土木工程時(shí)直接安裝在橋墩、橋臺(tái)、梁體和每一跨的上部結(jié)構(gòu)中或梁底支點(diǎn)處。若采用螺栓固定，則建議選用摩擦型高強(qiáng)螺栓。同時(shí)建議，如果條件允許應(yīng)在延性塑性鉸區(qū)域內(nèi)配有足夠的橫向鋼筋，不至于產(chǎn)生過(guò)大的剪切裂縫。當(dāng)橋梁發(fā)生震動(dòng)時(shí)，橋梁帶動(dòng)結(jié)構(gòu)固定箱1發(fā)生震動(dòng)，使連接結(jié)構(gòu)固定箱1和阻尼箱2之間的大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5發(fā)生彈性形變，將震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，同時(shí)大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5帶動(dòng)阻尼箱2中的阻尼粒子3震動(dòng)，進(jìn)一步將震動(dòng)機(jī)械能通過(guò)阻尼粒子之間摩擦耗散。阻尼箱2是由厚度為4mm的不銹鋼板焊接而成，尺寸根據(jù)實(shí)際情況確定，圖中對(duì)阻尼箱2內(nèi)部的分隔方式僅為實(shí)際運(yùn)用中的一種，實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)根據(jù)工程具體情況仿真計(jì)算后確定。阻尼粒子3耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，所選粒徑在0.5～30mm之間，不同粒子和混合搭配，阻尼粒子3水平投影面積占相應(yīng)區(qū)域的20％～90％，密度設(shè)置為1.5～18.5×10³kg/m³。大剛度減震彈簧4的剛度應(yīng)在600～2000kg/cm范圍內(nèi)選取，小剛度減震彈簧5的剛度應(yīng)在20～600kg/cm范圍內(nèi)選取。同一側(cè)排布不同剛度的減震彈簧組合時(shí)采取對(duì)稱的方式排布。當(dāng)橋梁遭遇風(fēng)振時(shí)，小剛度減震彈簧5發(fā)生彈性形變，有效減輕橋梁震動(dòng)；當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，大剛度減震彈簧4發(fā)生彈性形變，可有效減輕橋梁震動(dòng)。

在圖5和6中，標(biāo)記A代表本發(fā)明所述適用于橋梁的可變剛度粒子阻尼減震裝置。