本發(fā)明屬于橋梁減振技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種質(zhì)量移位式橋梁扭轉(zhuǎn)振動減振器。

背景技術(shù)：

隨著橋梁跨度的增大，其基頻越來越小。橋梁在大風的作用下，會發(fā)生大幅振動，危及橋梁安全，其中尤以橋梁扭轉(zhuǎn)危害最大，曾有多座橋梁因扭轉(zhuǎn)而塌毀。因為，在大風的作用下，橋梁發(fā)生危險的扭轉(zhuǎn)振動即橋梁顫振時，根據(jù)橋梁顫振理論，當主梁(一般為鋼箱梁)繞其形心發(fā)生逆時針扭轉(zhuǎn)時，風對主梁就有一個逆時針扭矩的作用力(由主梁表面風壓作用力向主梁形心簡化得到)；當主梁繞其形心發(fā)生順時針扭轉(zhuǎn)時，風對主梁就有一個順時針扭矩的作用力；主梁在發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動的過程中，風對主梁這樣一個扭矩作用，使得主梁振動的振幅越來越大，最終可能導致橋梁倒塌。

現(xiàn)有橋梁減振技術(shù)常采用調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(Tune mass damper，簡稱TMD)進行減振，依靠在橋梁內(nèi)部設置質(zhì)量塊，并由彈簧和阻尼器支承質(zhì)量塊，形成一動力系統(tǒng)，即TMD，當其頻率與橋梁振動的頻率一致時，引發(fā)TMD大幅振動，TMD對橋梁的作用力中周期變化的動力與風對橋梁的作用的動力反相，達到減小橋梁振動的目的。TMD對橋梁的動力幅值為Aω²，其中A為質(zhì)量塊振幅(A受多種因素制約基本保持不變)，ω為振動頻率。隨著橋梁振動頻率的減小，TMD對橋梁減振的效果顯著下降。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種隨著橋梁振動頻率的降低，其對橋梁可提供更大力矩因而減振效果更好的質(zhì)量移位式橋梁扭轉(zhuǎn)振動減振器。

本發(fā)明的目的是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的：該質(zhì)量移位式橋梁扭轉(zhuǎn)振動減振器，它包括水平安裝于橋梁底板上的主導軌；主導軌兩端對稱活動搭接有左導軌和右導軌，左導軌和右導軌的外側(cè)端分別固連有左擋板和右擋板，左導軌與左擋板、右導軌與右擋板連接成直角L形；左導軌和右導軌的中間底部分別通過左鉸支座和右鉸支座與所述橋梁底板鉸接，左導軌和右導軌的外側(cè)端底部與所述橋梁底板之間分別設有左彈簧和右彈簧，左彈簧和右彈簧外側(cè)端的所述橋梁底板上還分別設有左立柱和右立柱；所述主導軌、左導軌和右導軌的上面設有相同形狀的凹槽，凹槽內(nèi)放置一重力球；未工作時，所述重力球位于主導軌上，左導軌和右導軌分別在左彈簧和右彈簧的彈力作用下，對稱傾斜于水平面并與主導軌兩端活動搭接；工作時，當重力球滾動到左導軌外側(cè)端部的左擋板處或右導軌外側(cè)端部的右擋板處時，左導軌或右導軌向上翹起而脫離主導軌，此時，左導軌或右導軌平行于水平面，左擋板底部與左立柱頂面或右擋板底部與右立柱頂面正好相抵。

具體的，所述主導軌通過其底部左邊的鉸支座和其底部右邊的可動鉸支座安裝于所述橋梁底板上。

為了緩解重力球滾動到左擋板或右擋板時對其內(nèi)側(cè)面的撞擊力，所述左擋板和右擋板的內(nèi)側(cè)面分別設有左緩沖片和右緩沖片。

為了緩解左導軌或右導軌在重力球作用下向上翹起時，左擋板或右擋板底部對左立柱和右立柱頂部的撞擊力，所述左立柱和右立柱的頂面分別設有左緩沖墊和右緩沖墊。

本發(fā)明的工作原理及工作過程如下：

本發(fā)明的減振器對稱安裝于鋼箱梁底板上，跟隨鋼箱梁一起運動。由上述可知，本發(fā)明的減振器主要部件包括：簡支的主導軌，可轉(zhuǎn)動的左導軌、右導軌，重力球。假定主梁扭轉(zhuǎn)角度較小，以主梁振動一個周期來描述減振器的工作原理。

當主梁由水平位置發(fā)生順時針轉(zhuǎn)動時，主導軌左端升高，右端降低，重力球向右端滾動。此時重力球?qū)χ髁河许槙r針力矩M＝mgs，但由于其距主導軌中心點(與鋼箱梁形心在同一豎直線上)距離s較小，重力球重力mg保持恒定，故其加大主梁轉(zhuǎn)動作用，但力矩較小，并隨著時間的增大而增大。

當主梁轉(zhuǎn)動達到最大角度并開始逆時針轉(zhuǎn)動時，主導軌仍然左端高，右端低，重力球繼續(xù)向右端滾動。此時重力球?qū)χ髁阂廊皇琼槙r針力矩，故其有阻礙主梁逆時針轉(zhuǎn)動的作用，并且力矩較大，并隨著時間的增大而增大。此時重力球的滾動速度繼續(xù)增大，并沖上右導軌，當其通過右導軌的右鉸支座時，導致右導軌順時針轉(zhuǎn)動，壓縮右彈簧，右導軌的轉(zhuǎn)動最后因右立柱的阻擋而停止。重力球也因右擋板和右緩沖片的阻擋而停止?jié)L動，此時重力球?qū)χ髁喉槙r針作用的力矩最大，即對主梁此時逆時針轉(zhuǎn)動的阻礙作用最強。

當主梁逆時針轉(zhuǎn)動達到水平位置并繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，此時右導軌和主導軌變?yōu)樽蠖说?，右端高，重力球開始向左端滾動。當右彈簧對右導軌作用的力矩大于重力球?qū)τ覍к壸饔玫牧貢r，右導軌逆時針轉(zhuǎn)動，并與主導軌連接，使重力球從右導軌上快速滾下。此時重力球?qū)χ髁阂廊皇琼槙r針力矩，故其有阻礙主梁逆時針轉(zhuǎn)動作用，并且力矩較大，并隨著時間的增大而減小。

當主梁逆時針轉(zhuǎn)動從水平位置向最大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動的過程中，重力球從右導軌上快速滾下，首先通過主導軌與右導軌的連接處，并繼續(xù)向左端滾動。此時重力球?qū)χ髁阂廊皇琼槙r針力矩，故其有阻礙主梁逆時針轉(zhuǎn)動作用，并隨著時間的增大而減小。當重力球通過主導軌中點繼續(xù)向左端滾動時，此時重力球?qū)χ髁菏悄鏁r針力矩，故其有促進主梁逆時針轉(zhuǎn)動作用，但力矩小，其隨著時間的增大而增大。

當主梁轉(zhuǎn)動達到最大角度并開始順時針轉(zhuǎn)動時，主導軌仍然左端低，右端高，重力球繼續(xù)向左端滾動。此時重力球?qū)χ髁阂廊皇悄鏁r針力矩，故其有阻礙主梁順時針轉(zhuǎn)動作用，并且力矩較大，并隨著時間的增大而增大。此時重力球的滾動速度繼續(xù)增大，并沖上左導軌，當其通過左導軌的左鉸支座時，導致左導軌逆時針轉(zhuǎn)動，壓縮左彈簧，左導軌的轉(zhuǎn)動最后因左立柱的阻擋而停止。重力球也因左擋板和左緩沖片的阻擋而停止?jié)L動，此時重力球?qū)χ髁耗鏁r針作用的力矩最大，即對主梁此時順時針轉(zhuǎn)動的阻礙作用最強。

當主梁順時針轉(zhuǎn)動達到水平位置時，重力球開始向右運動，其對主梁轉(zhuǎn)動的影響與其從右向左運動的作用原理一致。

綜上所述，本發(fā)明利用橋梁扭轉(zhuǎn)振動本身的能量，驅(qū)動重力球在主梁內(nèi)部橫向移動，利用重力球的重力提供一阻礙橋梁振動的力矩，從而抑制了橋梁的扭轉(zhuǎn)振動，提高了橋梁的安全性。

本發(fā)明的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)如下：

(1)采用橋梁扭轉(zhuǎn)振動本身的能量，驅(qū)動重力球在主梁內(nèi)部橫向移動，利用重力球的重力提供一阻礙橋梁振動的力矩，抑制橋梁扭轉(zhuǎn)振動。

(2)重力球由主梁振動的能量驅(qū)動，其頻率總與主梁振動一致，當主梁振動頻率發(fā)生變化時，減振效果不受影響。

(3)現(xiàn)有的TMD減振耗能能力隨結(jié)構(gòu)振動頻率的降低，減振耗能效果降低，而本發(fā)明減振器隨橋梁振動頻率的降低，重力球移動的距離加長，其為橋梁結(jié)構(gòu)振動提供的阻礙力矩加大，因此，其減振效果隨結(jié)構(gòu)振動頻率的降低而提高。

(4)簡支梁設計的主導軌，在重力球重力作用下發(fā)生彎曲，保證在橋梁未發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動時，重力球靜止于主導軌中央，其對主梁扭轉(zhuǎn)為零。

(5)主導軌兩端的左、右導軌傾斜于水平面安裝，既可以將重力球的動能轉(zhuǎn)化為勢能，又可以將勢能轉(zhuǎn)化為動能，驅(qū)動重力球的快速運動，增大其運動距離，使得重力球?qū)χ髁号まD(zhuǎn)振動提供更大的阻礙力矩。

(6)采用圓形重力球減小摩擦，保證重力球的快速移動。

(7)凹槽導軌控制重力球的運動軌跡。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的立面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中的A-A剖視圖。

圖3是本發(fā)明實施例工作時的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

參見圖1、圖2，本實施例包括水平安裝于橋梁底板6上的主導軌11，主導軌11通過其底部左邊的鉸支座9和其底部右邊的可動鉸支座12安裝于橋梁底板6上(鉸支座和可動鉸支座為本領(lǐng)域常用連接部件，在此不再詳述其結(jié)構(gòu))。主導軌11的兩端對稱活動搭接有左導軌8和右導軌13；左導軌8的外側(cè)左端固連有左擋板1，右導軌13的外側(cè)右端固連有右擋板19，從圖1中可見，左導軌8與左擋板1、右導軌13與右擋板19連接成直角L形；左導軌8的右端部和右導軌13的左端部微微向上翹起并分別與主導軌11的左、右端部形成止口搭接，且左導軌8右端和右導軌13左端只能相對于主導軌11作向上的脫離運動。左擋板1和右擋板19的內(nèi)側(cè)面分別設有左緩沖片2和右緩沖片18。左導軌8和右導軌13的中間底部分別通過左鉸支座7和右鉸支座14與橋梁底板6鉸接，左導軌8和右導軌13的外側(cè)端底部與橋梁底板6之間分別設有左彈簧3和右彈簧17，左彈簧3和右彈簧17外側(cè)端的橋梁底板6上還分別設有左立柱5和右立柱15；左立柱5和右立柱15的頂面分別設有左緩沖墊4和右緩沖墊16。從圖2中可見，主導軌11的上面設有凹槽，重力球10放置于凹槽內(nèi)；并且，左導軌8和右導軌13的上面設有與主導軌11上面相同形狀的凹槽。未工作時，重力球10位于主導軌11上，左導軌8和右導軌13分別在左彈簧3和右彈簧17的彈力作用下，對稱傾斜于水平面并與主導軌11兩端活動搭接，如圖1所示。工作時，當重力球10滾動到左導軌8外側(cè)左端部的左擋板1處或右導軌13外側(cè)右端部的右擋板19處時，左導軌8或右導軌13向上翹起而脫離主導軌11，此時，左導軌8或右導軌13平行于水平面，左擋板1底部與左立柱5頂面或右擋板19底部與右立柱15頂面正好相抵，如圖3所示。

本發(fā)明上述實施例還有可替代的方案，比如，將重力球改為輪；將導軌改為氣墊方式減小摩擦后，將球改為滑塊等。因此，以上所述僅為本發(fā)明的較佳或較簡實施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明構(gòu)思和原理之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。