斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統的製作方法與工藝

2023-05-13 20:53:31

本發明涉及土木工程技術領域，尤其涉及一種斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統。

背景技術：
橋梁阻尼減振技術是土木工程領域中的最先進技術之一，歐美、日本等國外橋梁強國在該技術研究方面起步較早，理論相對成熟，經驗比較豐富，而我國則是在近十年才開始研究和應用該項技術，存在較大差距。然而，由於國外近年大橋建造漸少，研究氛圍已不如以前，技術發展也表現乏力。反觀國內，大橋建造方興未艾，創新需求與日俱增，正逐步成為技術發展的中心。斜拉橋跨徑較大，系統較柔，對風和地震的動力響應較強，對改善動力性能的要求隨之提高。在結構動力性能主要控制因素剛度和阻尼中，提高結構剛度，技術含量小，結構狀態差，材料用量高，經濟指標低。而外加結構阻尼，則可起到維持結構設計，抑制動力響應，改善結構狀態的作用，技術、經濟優勢巨大。斜拉橋連接索塔和主梁的縱向阻尼約束系統，其減振抗震作用已經過國內外較深入的理論論證和實踐驗證，但從滿足主梁全部減振抗震要求上看，還存在明顯的缺陷和不足：①對主梁橫向採用阻尼約束系統減振抗震的問題還未進行深入的研究，通常採用近似橫向固結的剛性支座來模糊處理，由此帶來較大的結構受力和更多的材料投入；②對主梁採用阻尼約束系統減振抗風的問題還未進行系統的思考，通常以採用縱向限位裝置，共用橫向固結支座來模糊處理，未能有效利用既有先進技術，使得主梁在風荷載——這一最常見作用下的狀態控制成為一塊技術短板；③對主梁在綜合考慮風、地震、阻尼約束等作用下的工作過程、關鍵狀態、工況組合等更未進行全面的分析，未建立完整的減振抗風抗震阻尼約束系統。吸收國內外已有經驗，創新橋梁減振抗風抗震技術，積極順應橋梁建造技術發展方向，意義重大。

技術實現要素：
針對上述斜拉橋主梁的縱向阻尼約束系統在減振抗震、減振抗風上存在技術空白，完整的減振抗風抗震阻尼約束系統尚未建立，對結構的技術、功能、安全和經濟性造成不利影響等問題，本發明提供一種斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統。本發明所要解決的技術問題採用以下技術方案來實現：一種斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統，其特徵在於：由一組斜向設置的阻尼器組成，阻尼器一端連接於斜拉橋的主梁，另一端連接於斜拉橋的索塔，該組阻尼器在索塔兩側對稱設置，且沿斜拉橋縱向軸線對稱布置；所述斜向設置的阻尼器以水平面為基準，阻尼器設置軸線與主梁的縱軸線存在一個夾角，對主梁同時提供縱橋向和橫橋向阻尼約束。所述主梁的主梁鋼橫梁上設置有梁上鉸鏈，所述索塔的索塔下橫梁上設置有塔上鉸鏈，所述阻尼器一端與梁上鉸鏈連接，另一端與塔上鉸鏈連接。所述斜向設置的阻尼器具有水平轉動工作狀態，阻尼器端部設置水平向轉角鉸鏈。所述斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統具有明確的工作模式：①在縱、橫橋向完全放開對結構溫度效應空間限位，②在縱、橫橋向全程進行對結構地震響應的阻尼約束，③在縱、橫橋向對結構在靜陣風、汽車荷載、汽車制動力等作用下產生的低頻率、長行程響應進行初始行程的阻尼約束；所述斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統使主梁成為一種縱、橫雙向漂浮結構。所述斜向設置的阻尼器兼顧縱、橫橋向的運動，阻尼器行程設計為雙向位移的綜合。本發明的有益效果是：整合「減振抗震、減振抗風、雙向控制、有限限位」四項技術為一體，創造了一種全新的斜拉橋主梁阻尼約束系統，填補了橋梁阻尼減振技術的一項空白，並以「完整的減振抗風抗震阻尼約束系統」的概念提出了對橋梁阻尼減振技術的新的標準和要求；斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統實現了在縱、橫橋向對結構的地震、靜陣風、汽車荷載、汽車制動力的的振動響應的有效控制，結構振動緩解，受力減小，碰撞消除，安全性和耐久性得到有效保證；效果表現在阻尼約束系統近處，主梁橫向位移和彎矩、索塔橫向剪力和彎矩、梁塔間橫向限位支座反力大幅減小；效果輻射至阻尼約束系統遠處，邊墩和過渡墩墩頂橫向限位支座反力、邊墩和輔過渡墩橫向剪力和彎矩大幅減小；斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統擺脫了對梁塔間橫向限位支座的複雜要求，支座簡化，病害降低，梁塔間約束系統可到達、可檢測、可維修、可更換的條件更好。良好的橋梁結構工作狀態和受力狀態降低了橋梁結構材料用量，先進技術產生出巨大經濟效益。附圖說明圖1為超大跨徑斜拉橋橋型總體布置示意圖。圖2為圖1中斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統立面布置示意圖。圖3為圖1中斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統平面布置示意圖。圖4為斜向設置的阻尼器鉸鏈連接示意圖。圖5為斜向設置的阻尼器運動結構特徵示意圖。上圖中序號：超大跨徑斜拉橋1、分肢單柱式索塔2、分體式鋼箱主梁3、四索麵拉索4、邊墩5、過渡墩6、斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統7、阻尼器8、梁上鉸鏈9、塔上鉸鏈10、主梁鋼橫梁11、索塔下橫梁12、縱向限位支座13、橫向限位支座14、阻尼器水平向轉角15、阻尼器工作行程16。具體實施方式為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發明，但下述實施例僅僅為本發明的優選實施例，並非全部。基於實施方式中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬於本發明的保護範圍。在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」、「固定」等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。下面結合附圖描述本發明的具體實施例。如圖1-5所示，超大跨徑斜拉橋1為五跨連續結構，採用以分肢單柱式索塔2、分體式鋼箱主梁3、四索麵拉索4為主體的結構組合，兩岸邊墩5、過渡墩6對稱布置。梁塔間設置斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統7，預留縱橋向限位位移±500mm、橫橋向限位位移200mm。基於完整的減振抗風抗震阻尼約束系統，分體式鋼箱主梁3成為一種縱、橫雙向漂浮結構，超大跨徑斜拉橋1成為一種縱、橫雙向漂浮體系斜拉橋。斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統7由一組斜向設置的阻尼器8組成。阻尼器8一端連接於主梁鋼橫梁11，另一端連接於索塔下橫梁12。梁塔間輔助設置簡易板式縱向限位支座13、橫向限位支座14。梁塔間不另設豎向支座。以水平面為基準，阻尼器8在縱、橫橋向對稱布置，設置軸線與主梁縱軸線存在一個30°夾角，對主梁同時提供縱橋向和橫橋向阻尼約束。斜向設置的阻尼器8具有水平轉動工作狀態，阻尼器端部設置水平向大轉角鉸鏈，一端為梁上鉸鏈9，另一端為塔上鉸鏈10。阻尼器8及其端部連接的梁上鉸鏈9、塔上鉸鏈10的阻尼器水平向轉角15設計為±15°，豎向轉角設計為±5°，滿足相應計算的-9.7°～+13.1°和-1.18°～+0.64°的角位移要求。阻尼器工作行程16設計為±550mm，滿足綜合計算的-531～+534mm的線位移要求。阻尼器8採用本構關係為F＝C×Vα的粘滯式阻尼器，計算優選速度指數α＝0.25，阻尼係數C＝4500kN(m/s)-0.25，速度V最大值Vmax＝0.25m/s，阻尼力F最大值Fmax＝3100kN。斜拉橋主梁斜向阻尼約束體系7除具有傳統的縱向減振抗風抗震功能外，同時具備了明顯的橫向減振抗風抗震功能：①梁塔間橫向相對位移、相對速度、相互作用力、邊墩和過渡墩處梁墩間橫向相互作用力等均大幅降低；②梁塔間橫向預留的200mm間隙完全滿足阻尼條件下結構的橫+豎向地震響應；③梁塔間橫向極小的相對速度表明阻尼條件下結構的橫向風響應不會引發碰撞。斜向阻尼約束體系減振效果計算對比表超大跨徑斜拉橋1梁塔間設置斜拉橋主梁斜向阻尼約束系統7，結構工作狀態和受力狀態改善，橋梁結構材料用量降低，僅索塔、邊墩和過渡墩配筋可由1.56％優化為1％左右一項，即節約鋼筋約6100t,降低造價約3100萬元，技術的經濟效益轉化顯著。以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的僅為本發明的優選例，並不用來限制本發明，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。