一种用于人行桥的半刚性支座装置

摘要

本发明涉及人行桥的土木工程中减振控制技术领域，尤其是涉及一种用于人行桥的半刚性支座装置。包括与桥墩连接的下连接钢板，所述的下连接钢板上设置有钢板护栏，钢板护栏内设置有两排水平放置的弹簧支座，每排弹簧支座包括上钢板和下钢板，上钢板和下钢板之间通过多个螺杆相连，每个螺杆上设置有弹簧，弹簧两端对应设置在固定块内，所述的下钢板两端通过下螺栓对应安装在卡槽内，卡槽两端通过支座焊接在下连接钢板上，所述的上钢板通过上螺栓与桥的主梁端连接。其实现支座刚度的可调性，从而来改变板的自振频率，使其尽可能远离行人自振频率，不仅可以实现桥梁与桥墩的半刚性连接，也实现对结构的频率可调的目的，进而使得桥满足振动舒适度要求。

权利要求

1.一种用于人行桥的半刚性支座装置，其特征是包括与桥墩连接的下连接钢板，所述的下连接钢板上设置有钢板护栏，钢板护栏内设置有两排水平放置的弹簧支座，每排弹簧支座包括上钢板和下钢板，上钢板和下钢板之间通过多个螺杆相连，每个螺杆上设置有弹簧，弹簧两端对应设置在固定块内，所述的下钢板两端通过下螺栓对应安装在卡槽内，卡槽两端通过支座焊接在下连接钢板上，所述的上钢板通过上螺栓与桥的主梁端连接；所述的两排弹簧支座的下钢板上的下螺栓在卡槽内滑动实现弹簧支座排距的调整，确定距离后弹簧支座通过下螺栓固定在下连接钢板上，两排弹簧支座间隔设置在不同激励作用下提供相反的力，通过调整弹簧支座的排距、弹簧的数目和弹簧的有效圈数，实现弹簧支座刚度的调整，进而实现对桥梁的频率调整的目的。

2.如权利要求1所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，其特征在于：所述的下连接钢板通过紧固螺栓与桥墩固定相连，所述的卡槽两端的支座对应安装在下连接钢板上的孔内并焊接固连。

3.如权利要求1所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，其特征在于：所述的固定块对应弹簧焊接设置在上钢板下部和下钢板上部，防止弹簧发生位置偏离并使弹簧的连接更加牢固。

说明书

一种用于人行桥的半刚性支座装置

技术领域

[0001] 本发明涉及人行桥的土木工程中减振控制技术领域，尤其是涉及一种用于人行桥的半刚性支座装置。

背景技术

[0002] 现有技术中，许多设计工作者在振动计算分析时，人为地将边界条件假设为完全的刚接或理想的铰接，虽然简化了计算模型和分析过程，却不能反映结构工作的实际情况，如此计算的结果，一般与实际振动状态相差较大，有时甚至会得到错误的结论。事实上真实结构的边界连接都可以而且应该看做半刚性连接的特殊情况；随着高强轻质材料的出现，工程实际需要及建筑美的要求，越来越多的人行桥向着轻柔、美观、大跨的方向发展，而使人行桥的振动频率降低，使其固有频率处在人行走的步频范围内，进而使其对人行荷载更加敏感，这样容易引起结构的共振，产生较大的响应，重则振动导致楼房、桥梁等建构筑物倒塌破坏，为了提高桥梁的安全和使用性能，并使其满足振动舒适度要求，因此很有必要采取一定的措施削弱行人与桥梁板的共振反应。目前已有可供选择的措施有如下几种：

[0003] (1)通过改变结构的刚度，调整桥梁板自振频率并使其尽可能远离行人自振频率。但是在调整板截面高度和厚度后，板刚度增加的同时，质量也随之增加，进而导致板自振频率变化不明显。

[0004] (2)通过在桥梁板的特定位置安装调频质量阻尼器(TMD)来减小板的振动响应。该方法可有效的达到减振的目的，目前已应用于很多实际工程中。

[0005] (3)通过在桥梁板板的适当位置设置阻尼材料，提高板的阻尼比进而降低结构的自振频率。

[0006] 上述方法第一种通过调整桥梁板刚度很难实现对其自振频率的调节；第二种是在使用阶段通过在桥梁板特定位置安装TMD装置减小板的振动响应；第三种由于阻尼材料的选择及布置较为麻烦，因此上述方法的可操作性不强。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于避免现有技术的缺陷而提供一种用于人行桥的半刚性支座装置，有效解决了现有技术存在的问题。

[0008] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，其特点是包括与桥墩连接的下连接钢板，所述的下连接钢板上设置有钢板护栏，钢板护栏内设置有两排水平放置的弹簧支座，每排弹簧支座包括上钢板和下钢板，上钢板和下钢板之间通过多个螺杆相连，每个螺杆上设置有弹簧，弹簧两端对应设置在固定块内，所述的下钢板两端通过下螺栓对应安装在卡槽内，卡槽两端通过支座焊接在下连接钢板上，所述的上钢板通过上螺栓与桥的主梁端连接。

[0009] 所述的下连接钢板通过紧固螺栓与桥墩固定相连，所述的卡槽两端的支座对应安装在下连接钢板上的孔内并焊接固连。

[0010] 所述的两排弹簧支座的下钢板上的下螺栓在卡槽内滑动实现弹簧支座排距的调整，确定距离后弹簧支座通过下螺栓固定在下连接钢板上，两排弹簧支座间隔设置在不同激励作用下提供相反的力，通过调整弹簧支座的排距、弹簧的数目和弹簧的有效圈数，实现弹簧支座刚度的调整，进而实现对桥梁的频率调整的目的。

[0011] 所述的固定块对应弹簧焊接设置在上钢板下部和下钢板上部，防止弹簧发生位置偏离并使弹簧的连接更加牢固。

[0012] 本发明的有益效果是：所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，其通过调整支座的刚度即通过调整弹簧支座的数目、弹簧支座的排距、弹簧的中径、弹簧的有效圈数、弹簧丝的线径等，实现支座刚度的可调性，从而来改变板的自振频率，使其尽可能远离行人自振频率，不仅可以实现桥梁与桥墩的半刚性连接，也实现对结构的频率可调的目的，进而使得桥满足振动舒适度要求。

附图说明

[0013] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0014] 图1为本发明总体轴测结构示意图；

[0015] 图2为本发明的两排弹簧支座轴测结构示意图；

[0016] 图3为本发明的卡槽装置轴测结构示意图；

[0017] 图4为本发明的图1左视结构示意图；

[0018] 图5为本发明的图1后视结构示意图；

[0019] 图6为本发明的刚度比率与加速度响应峰值图；

[0020] 图7为本发明的刚度比率与结构基频图。

[0021] 图中所示：1.上螺栓；2.螺杆；3.弹簧；4.支座；5.固定块；6.下螺栓；7.下钢板；8.上钢板；9.钢板护栏；10.紧固螺栓；11.下连接钢板；12.孔；13.卡槽。

具体实施方式

[0022] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0023] 如图1至5所示，所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，其特点是包括与桥墩连接的下连接钢板12，所述的下连接钢板12上设置有钢板护栏9，钢板护栏9内设置有两排水平放置的弹簧支座，每排弹簧支座包括上钢板8和下钢板7，上钢板8和下钢板7之间通过多个螺杆2相连，每个螺杆2上设置有弹簧3，弹簧3两端对应设置在固定块5内，所述的下钢板7两端通过下螺栓6对应安装在卡槽13内，卡槽13两端通过支座4焊接在下连接钢板12上，所述的上钢板8通过上螺栓1与桥的主梁端连接。

[0024] 所述的下连接钢板12通过紧固螺栓10与桥墩固定相连，所述的卡槽13两端的支座4对应安装在下连接钢板12上的孔12内并焊接固连。

[0025] 所述的两排弹簧支座的下钢板7上的下螺栓6在卡槽13内滑动实现弹簧支座排距的调整，确定距离后弹簧支座通过下螺栓6固定在下连接钢板12上，两排弹簧支座间隔设置在不同激励作用下提供相反的力，通过调整弹簧支座的排距、弹簧的数目和弹簧的有效圈数，实现弹簧支座刚度的调整，进而实现对桥梁的频率调整的目的。

[0026] 所述的固定块5对应弹簧3焊接设置在上钢板8下部和下钢板7上部，防止弹簧3发生位置偏离并使弹3簧的连接更加牢固。

[0027] 所述的一种用于人行桥的半刚性支座装置，在人行负载激励作用下，桥面板会发生一定的变形，尤其时当人与桥共振时，变形更大，此时，两排弹簧会给桥梁提供不同方向的弹力，通过排距，进而产生在支座处产生了弯矩，通过支座刚度与桥梁的的参数进行转换，进而通过调整支座的排距、弹簧支座数目、弹簧的中径等实现调整桥梁的频率的效果，进而满足桥梁的振动舒适都要求。本发明半刚性装置支座刚度的计算方法,其步骤为:

[0028] (1)人行桥的控制方程：

[0029] 当行人以v速度通过人行桥时，其强迫振动微分方程为：

[0030]

[0031] (2)半刚性边界条件：

[0032] 当X＝0

[0033] 当X＝1

[0034] 引入刚度比率：

[0035] 其中半刚性条件下：n0＝2,n1＝2；0＜η1＜∞,0＜η2＜∞；

[0036] 则η1＝η2，即支座两边的刚度比均取η；

[0037] 则(2-1a)，(2-1b)可简化为：

[0038] u(0,t)＝0

[0039] u(1,t)＝0

[0040] 联立(1-a),(2-1c),(2-1d)三个方程式进行求解，可得出加速度响应；并根据图6不同刚度比下步频范围内的峰值加速度图，选取一个η值，其中所选取的η值所对应的加速度响应峰值要满足舒适度限值。

[0041] 再由公式

[0042] 式中：

[0043] I表示横截面的惯性矩；

[0044] E表示材料的弹性模量；

[0045] EI表示结构的抗弯刚度；

[0046] L表示桥梁的跨度；

[0047] I、E、L均已知，则可确定支座的转动刚度kα，

[0048] 又因为支座的转动刚度：kα＝nksl/2

[0049] 式中：

[0050] n表示弹簧的数目；

[0051] ks表示弹簧的刚度；

[0052] l表示弹簧支座的排距；

[0053] 弹簧参数：

[0054] 螺旋弹簧的刚度计算式为:

[0055] 式中:

[0056] G表示弹簧钢的剪切模量；

[0057] D表示弹簧的中径；

[0058] n表示弹簧的有效圈数；

[0059] d表示弹簧丝的线径；

[0060] 以上所述即为实现半刚性装置的计算方法，即通过调整弹簧支座的排距、弹簧的圈数、弹簧支座的数目、弹簧的线经等，就可以改变弹簧的刚度，进而可以调整桥面板的频率，使其远离行人的自振频率，从而可以避免桥与人的共振，最终满足了桥振动舒适度的要求，延长了桥的使用寿命，进而实现了半刚性连接装置的目的。

[0061] 具体实施例分析：选定的人行天桥跨度L＝为28米、宽度B＝2.3米、厚度H＝0.1米、2
等效弯曲刚度EI＝3.24×109N m 、单位长度质量m＝894.94千克的均匀截面梁，结构的阻尼比等于0.6％。如图6刚度比率-加速度响应和图7刚度比率-结构基频。

[0062] 以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。