制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng),包括長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的殼體,殼體的側(cè)面縱向設(shè)有若干列孔,殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu),還包括承臺(tái)、橋塔、加勁梁、橋塔及懸掛于水中的兩個(gè)制動(dòng)器,橋塔豎立固定于承臺(tái)上,加勁梁的兩端均通過(guò)鋼索將制動(dòng)器懸吊于水中,橋塔上縱向設(shè)有若干連接節(jié)點(diǎn),加勁梁上橫向設(shè)置有若干連接節(jié)點(diǎn),橋塔上的連接節(jié)點(diǎn)與加勁梁上相應(yīng)的連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)斜拉索相連接。本發(fā)明可以有效的制振能力強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于橋梁設(shè)計(jì)領(lǐng)域,具體涉及一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]斜拉橋在施工過(guò)程中,主梁往往采用懸臂拼裝法施工,在主梁尚未合龍前,由于斜拉索、邊跨輔助墩以及施工臨時(shí)墩等結(jié)構(gòu)因素的影響下,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)風(fēng)振不利狀態(tài),這種現(xiàn)象在風(fēng)洞試驗(yàn)中也得到了證實(shí)。因此,不能忽視斜拉橋施工階段的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)。
[0003]目前,針對(duì)斜拉橋最大雙懸臂施工階段風(fēng)致振動(dòng)的控制方法主要采用TMD、MTMD和臨時(shí)支墩等方法。
[0004]調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper簡(jiǎn)稱TMD)對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的控制是有效的,它也是工程中應(yīng)用最為廣泛的控制方法之一。目前,TMD用于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的有效性已經(jīng)為大量的工程實(shí)例所證實(shí),但是,單個(gè)TMD的控制效果對(duì)其頻率較為敏感,當(dāng)頻率略微偏離設(shè)計(jì)值時(shí),控制效果便會(huì)極大下降。只有當(dāng)TMD系統(tǒng)的自振頻率調(diào)到與結(jié)構(gòu)受控頻率一致時(shí),TMD系統(tǒng)才能達(dá)到最優(yōu)控制效果。也就是說(shuō)TMD對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率變化非常敏感,一旦結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率發(fā)生變化,偏離了 TMD的自振頻率,TMD系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果會(huì)大大下降,甚至加劇結(jié)構(gòu)的振動(dòng)(失調(diào))。
[0005]而米用多個(gè)TMD (Multiple Tuned Mass Dampers簡(jiǎn)稱MTMD)使其頻率分布在一定范圍內(nèi),則能提高控制系統(tǒng)的魯棒性,以達(dá)到較好的減振效果。MTMD系統(tǒng)對(duì)于TMD系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的,主要表現(xiàn)在:(I)MTMD系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)控制時(shí)的有效控制頻率不是一個(gè)單一數(shù)值,而是具有一定控制范圍;(2)在任何質(zhì)量比下,MTMD系統(tǒng)的減振效果比TMD系統(tǒng)的減振效果好;(3)相對(duì)于單個(gè)的TMD,MTMD系統(tǒng)可以將單個(gè)又大又重的質(zhì)量塊分解為多個(gè)小而輕的質(zhì)量塊,有益于工程上制作、安裝及使用,更容易在工程建設(shè)中推廣。
[0006]另外,大跨度斜拉橋懸臂施工還經(jīng)常使用抗風(fēng)臨時(shí)支墩,包括:支墩基礎(chǔ),在支墩基礎(chǔ)上至少設(shè)有5根豎直的鋼管立柱,在鋼管立柱的上端連接有一分配梁,其中兩個(gè)鉸鏈支座左右對(duì)稱地設(shè)在分配梁上,鉸鏈支座上端的滑板通過(guò)錨桿與懸澆主梁連接;在鋼管立柱的上端還設(shè)有多根纜風(fēng)繩。但上述抗風(fēng)措施雖然都能取得一定的制振效果,但它們的造價(jià)較為昂貴且施工過(guò)程比較復(fù)雜。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn),提供了一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng),該制振器及系統(tǒng)可以有效的制振能力強(qiáng)。
[0008]為達(dá)到上述目的,本發(fā)明包括長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的殼體,殼體的側(cè)面縱向設(shè)有若干列孔,殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu),使用過(guò)程中,所述制振器懸吊于水中,水會(huì)在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流,從而實(shí)現(xiàn)制振的目的。
[0009]所述殼體左右兩側(cè)面設(shè)有N列孔,N為正整數(shù),殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直。[0010]所述殼體的前后兩側(cè)面上均設(shè)有一列孔。
[0011]所述殼體的長(zhǎng)為3米,寬為3米,高為5米。
[0012]所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設(shè)有一列孔,孔的直徑為15com。
[0013]所述殼體的左右兩側(cè)面的中部均開(kāi)設(shè)有五列直徑為6com孔,相鄰兩列孔之間的間距為45com,殼體的前后兩側(cè)面的中部均開(kāi)設(shè)有一列孔,孔的直徑為30com。
[0014]相應(yīng)的,本發(fā)明還提供了一種施工階段的斜拉橋系統(tǒng),包括承臺(tái)(I)、加勁梁(2)、橋塔(3)及懸掛于水中的兩個(gè)制動(dòng)器,橋塔(3)豎立固定于承臺(tái)(I)上,加勁梁(2)的兩端均通過(guò)鋼索將制動(dòng)器懸吊于水中,橋塔(3)上縱向設(shè)有若干連接節(jié)點(diǎn),加勁梁(2)上橫向設(shè)置有若干連接節(jié)點(diǎn),橋塔(3)上的連接節(jié)點(diǎn)與加勁梁(2)上相應(yīng)的連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)斜拉索相連接。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明中的制振器的側(cè)面設(shè)有若干列孔,當(dāng)制振器懸吊于水中時(shí),水會(huì)在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流,在施工階段的斜拉橋系統(tǒng)中制振器及加勁梁的兩端通過(guò)鋼索相連接,當(dāng)加勁梁發(fā)生振動(dòng)時(shí),則帶動(dòng)水下的制振器進(jìn)行運(yùn)動(dòng),由于制振器懸吊于水中,制振器在水下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)會(huì)受到水的阻力作用,從而達(dá)到耗能制振的目的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明所述的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0018]圖2為本發(fā)明中對(duì)比模型的壓力云圖;
[0019]圖3為本發(fā)明中對(duì)比模型的速率云圖;
[0020]圖4為本發(fā)明中模型I的截面圖;
[0021]圖5為本發(fā)明中模型I懸吊于水中的壓力云圖;
[0022]圖6為本發(fā)明中模型I懸吊于水中的速率云圖;
[0023]圖7為本發(fā)明中模型I懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0024]圖8為本發(fā)明中模型2的截面圖;
[0025]圖9為本發(fā)明中模型2懸吊于水中的壓力云圖;
[0026]圖10為本發(fā)明中模型2懸吊于水中的速率云圖;
[0027]圖11為本發(fā)明中模型2懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0028]圖12為本發(fā)明中模型3的截面圖;
[0029]圖13為本發(fā)明中模型3懸吊于水中的壓力云圖;
[0030]圖14為本發(fā)明中模型3懸吊于水中的速率云圖;
[0031]圖15為本發(fā)明中模型3懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0032]圖16為本發(fā)明中模型4的截面圖;
[0033]圖17為本發(fā)明中模型4懸吊于水中的壓力云圖;
[0034]圖18為本發(fā)明中模型4懸吊于水中的速率云圖;
[0035]圖19為本發(fā)明中模型4懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0036]圖20為本發(fā)明中模型5的截面圖;
[0037]圖21為本發(fā)明中模型5懸吊于水中的壓力云圖;
[0038]圖22為本發(fā)明中模型5懸吊于水中的速率云圖;[0039]圖23為本發(fā)明中模型5懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0040]圖24為本發(fā)明中模型6的截面圖;
[0041]圖25為本發(fā)明中模型6懸吊于水中的壓力云圖;
[0042]圖26為本發(fā)明中模型6懸吊于水中的速率云圖;
[0043]圖27為本發(fā)明中模型6懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0044]圖28為本發(fā)明中模型7的截面圖;
[0045]圖29為本發(fā)明中模型7懸吊于水中的壓力云圖;
[0046]圖30為本發(fā)明中模型7懸吊于水中的速率云圖;
[0047]圖31為本發(fā)明中模型7懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0048]圖32為本發(fā)明中模型8的截面圖;
[0049]圖33為本發(fā)明中模型8懸吊于水中的壓力云圖;
[0050]圖34為本發(fā)明中模型8懸吊于水中的速率云圖;
[0051]圖35為本發(fā)明中模型8懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0052]圖36為本發(fā)明中模型9的截面圖;
[0053]圖37為本發(fā)明中模型9懸吊于水中的壓力云圖;
[0054]圖38為本發(fā)明中模型9懸吊于水中的速率云圖;
[0055]圖39為本發(fā)明中模型9懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0056]圖40為本發(fā)明中模型10的截面圖;
[0057]圖41為本發(fā)明中模型10懸吊于水中的壓力云圖;
[0058]圖42為本發(fā)明中模型10懸吊于水中的速率云圖;
[0059]圖43為本發(fā)明中模型10懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0060]圖44為本發(fā)明中模型11的截面圖;
[0061]圖45為本發(fā)明中模型11懸吊于水中的壓力云圖;
[0062]圖46為本發(fā)明中模型11懸吊于水中的速率云圖;
[0063]圖47為本發(fā)明中模型11懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0064]圖48為本發(fā)明中模型12的截面圖;
[0065]圖49為本發(fā)明中模型12懸吊于水中的壓力云圖;
[0066]圖50為本發(fā)明中模型12懸吊于水中的速率云圖;
[0067]圖51為本發(fā)明中模型12懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0068]圖52為本發(fā)明中模型13的截面圖;
[0069]圖53為本發(fā)明中模型13懸吊于水中的壓力云圖;
[0070]圖54為本發(fā)明中模型13懸吊于水中的速率云圖;
[0071]圖55為本發(fā)明中模型13懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0072]圖56為本發(fā)明中模型14的截面圖;
[0073]圖57為本發(fā)明中模型14懸吊于水中的壓力云圖;
[0074]圖58為本發(fā)明中模型14懸吊于水中的速率云圖;
[0075]圖59為本發(fā)明中模型14懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0076]圖60為本發(fā)明中模型15的截面圖;
[0077]圖61為本發(fā)明中模型15懸吊于水中的壓力云圖;[0078]圖62為本發(fā)明中模型15懸吊于水中的速率云圖;
[0079]圖63為本發(fā)明中模型15懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0080]圖64為本發(fā)明中模型16的截面圖;
[0081]圖65為本發(fā)明中模型16懸吊于水中的壓力云圖;
[0082]圖66為本發(fā)明中模型16懸吊于水中的速率云圖;
[0083]圖67為本發(fā)明中模型16懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0084]圖68為本發(fā)明中模型17的截面圖;
[0085]圖69為本發(fā)明中模型17懸吊于水中的壓力云圖;
[0086]圖70為本發(fā)明中模型17懸吊于水中的速率云圖;
[0087]圖71為本發(fā)明中模型17懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0088]圖72為本發(fā)明中模型18的截面圖;
[0089]圖73為本發(fā)明中模型18懸吊于水中的壓力云圖;
[0090]圖74為本發(fā)明中模型18懸吊于水中的速率云圖;
[0091]圖75為本發(fā)明中模型18懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0092]圖76為本發(fā)明中模型19的截面圖;
[0093]圖77為本發(fā)明中模型19懸吊于水中的壓力云圖;
[0094]圖78為本發(fā)明中模型19懸吊于水中的速率云圖;
[0095]圖79為本發(fā)明中模型19懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0096]圖80為本發(fā)明中模型20的截面圖;
[0097]圖81為本發(fā)明中模型20懸吊于水中的壓力云圖;
[0098]圖82為本發(fā)明中模型20懸吊于水中的速率云圖;
[0099]圖83為本發(fā)明中模型20懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0100]圖84為本發(fā)明中模型21的截面圖;
[0101]圖85為本發(fā)明中模型21懸吊于水中的壓力云圖;
[0102]圖86為本發(fā)明中模型21懸吊于水中的速率云圖;
[0103]圖87為本發(fā)明中模型21懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0104]圖88為本發(fā)明中模型22的截面圖;
[0105]圖89為本發(fā)明中模型22懸吊于水中的壓力云圖;
[0106]圖90為本發(fā)明中模型22懸吊于水中的速率云圖;
[0107]圖91為本發(fā)明中模型22懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0108]圖92為本發(fā)明中模型23的截面圖;
[0109]圖93為本發(fā)明中模型23懸吊于水中的壓力云圖;
[0110]圖94為本發(fā)明中模型23懸吊于水中的速率云圖;
[0111]圖95為本發(fā)明中模型23懸吊于水中的流跡線分布圖;
[0112]圖96為本發(fā)明中模型24的截面圖;
[0113]圖97為本發(fā)明中模型24懸吊于水中的壓力云圖;
[0114]圖98為本發(fā)明中模型24懸吊于水中的速率云圖;
[0115]圖99為本發(fā)明中模型24懸吊于水中的流跡線分布圖。
[0116]其中,I為承臺(tái)、2為加勁梁、3為橋塔?!揪唧w實(shí)施方式】
[0117]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0118]參考圖1,本發(fā)明所述的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)包括承臺(tái)1、橋塔3、加勁梁2、橋塔3及懸掛于水中的兩個(gè)制動(dòng)器,橋塔3豎立固定于承臺(tái)I上,加勁梁2的兩端均通過(guò)鋼索將制動(dòng)器懸吊于水中,橋塔3上縱向設(shè)有若干連接節(jié)點(diǎn),加勁梁2上橫向設(shè)置有若干連接節(jié)點(diǎn),橋塔3上的連接節(jié)點(diǎn)與加勁梁2上相應(yīng)的連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)斜拉索相連接,所述制振器包括長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的殼體,殼體的側(cè)面縱向設(shè)有若干列孔,殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu),使用過(guò)程中,水會(huì)在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流,從而實(shí)現(xiàn)制振的目的。
[0119]依據(jù)對(duì)稱性和盡量產(chǎn)生紊流的要求,設(shè)計(jì)了制振器的外形:在內(nèi)部空洞的制振器表面打孔,使水流在制振器內(nèi)部產(chǎn)生湍流,從而達(dá)到耗能的目的。
[0120]制振器在水中運(yùn)動(dòng)受到的阻力分為壓力與粘滯力兩部分:
[0121]Fd=Fp+Fv ⑴
[0122]其中,F(xiàn)d-制振器的阻力;Fp_制振器的表面壓力差;FV_制振器的表面粘滯力。可以看出,大尺寸的阻尼器表面壓力和粘滯力大,從而能更有效地提供阻尼,然而施工方便的使用要求又需要制振器體積盡可能小,提出了通過(guò)改變制振器外形使其在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生紊流,在保持制振器尺寸的前提下增大制振器受到的阻力的方案。
[0123]依據(jù)施工階段的制振器使用要求,提出在最大雙懸臂處固定鋼纜,將加勁梁2與制振器相連接。當(dāng)加勁梁2發(fā)生振動(dòng)時(shí),將帶動(dòng)制振器運(yùn)動(dòng),制振器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)受到水的阻力作用,從而達(dá)到耗能制振的目的。
[0124]下面將通過(guò)仿真來(lái)具體說(shuō)明
[0125]為了驗(yàn)證封閉式開(kāi)孔水下制振器將振效果的有效性,下面將采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent對(duì)制振器的阻力系數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,為減少計(jì)算量,將三維模型簡(jiǎn)化為二維平面模型,采用等比例縮小的方法,反映開(kāi)孔率、孔口大小及孔口間距對(duì)阻力系數(shù)的影響變化趨勢(shì),計(jì)算參數(shù)如下:
[0126]a.制振器尺寸:20 X 20cm ;
[0127]b.流體:水,密度 P =IOOOKg / m3,粘度 μ =IXKT3Pa.s ;
[0128]c.邊界條件:制振器上游為速度入口,兩側(cè)為對(duì)稱邊界,出口邊界為充分發(fā)展流,模型表面為光滑壁面;
[0129]d.計(jì)算域確定:計(jì)算域大小的確定以邊界條件不影響封閉式開(kāi)孔水下制振器周?chē)鷫毫Ψ植紴闇?zhǔn),入口與兩側(cè)距制振器均為100cm,出口距制振器為200cm ;
[0130]e.湍流模型:采用二維5方程的雷諾應(yīng)力模型來(lái)計(jì)算湍流,使用非定常流計(jì)算,在初始步驟迭代至阻力系數(shù)穩(wěn)定,以0.0Ols的時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算至5s,最終阻力系數(shù)以5s內(nèi)的阻力系數(shù)平均值計(jì)。
[0131]在仿真過(guò)程中,設(shè)定對(duì)比模型中的制振器的側(cè)面沒(méi)有設(shè)置任何開(kāi)孔,其懸吊到水中的壓力云圖及流跡線圖如圖2及圖3所示。
[0132]仿真實(shí)驗(yàn)一
[0133]參考圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、
圖17、圖18及圖19,所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設(shè)有一列孔,殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直,在仿真過(guò)程中分別取四個(gè)模型,其中模型I中孔的直徑為1cm,模型2中孔的直徑為2cm,模型3中孔的直接為3cm,模型4中孔的直接為4cm。
[0134]制振器開(kāi)孔后,水流由孔口進(jìn)入制振器內(nèi)部,帶動(dòng)制振器內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng),制振器內(nèi)部的流跡線顯示,制振器內(nèi)部產(chǎn)生了不同大小的旋渦,旋渦運(yùn)動(dòng)受到流體粘滯力的作用,從而使制振器內(nèi)部的旋渦運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)烈,流體受粘滯力越大,從而耗散更多能量,增大阻力系數(shù)。然而,開(kāi)孔會(huì)直接減少表面壓力,又減少阻力系數(shù),并且開(kāi)孔也會(huì)影響制振器的外部繞流形式,從而影響制振器阻力的大小。
[0135]模型I內(nèi)部渦旋相對(duì)平緩,模型2、模型3及模型4的內(nèi)部渦旋相對(duì)復(fù)雜。隨著開(kāi)孔增大,制振器下游孔口的流出速度增大。從模型4的流跡線可以看出,水流幾乎是從上游孔口徑直流出下游孔口。從速率云圖看出,模型4流入制振器與流出制振器的水流速度幾乎相等,這必然減小制振器表面壓力。對(duì)模型I~4的阻尼系數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表5-1所示。
[0136]表5-1
【權(quán)利要求】
1.一種制振器,其特征在于,包括長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)的殼體,殼體的側(cè)面縱向設(shè)有若干列孔,殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu),使用過(guò)程中,所述制振器懸吊于水中,水會(huì)在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流,從而實(shí)現(xiàn)制振的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,所述殼體左右兩側(cè)面設(shè)有N列孔,N為正整數(shù),殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,所述殼體的前后兩側(cè)面上均設(shè)有一列孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,所述殼體的長(zhǎng)為3米,寬為3米,高為5米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設(shè)有一列孔,孔的直徑為15com。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,所述殼體的左右兩側(cè)面的中部均開(kāi)設(shè)有五列直徑為6com孔,相鄰兩列孔之間的間距為45com,殼體的前后兩側(cè)面的中部均開(kāi)設(shè)有一列孔,孔的直徑為30com。
7.—種施工階段的斜拉橋系統(tǒng),基于權(quán)利要求1所述的制振器,其特征在于,包括承臺(tái)(I)、加勁梁(2)、橋塔(3)及懸掛于水中的兩個(gè)制動(dòng)器,橋塔(3)豎立固定于承臺(tái)(1)上,加勁梁(2)的兩端均通過(guò)鋼索將制動(dòng)器懸吊于水中,橋塔(3)上縱向設(shè)有若干連接節(jié)點(diǎn),加勁梁(2)上橫向設(shè)置有若干連接節(jié)點(diǎn),橋塔(3)上的連接節(jié)點(diǎn)與加勁梁(2)上相應(yīng)的連接節(jié)點(diǎn)通過(guò)斜拉索相連接。
【文檔編號(hào)】E01D11/04GK103898830SQ201310697917
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李宇, 李琛, 車(chē)艷陽(yáng), 王森, 王濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)