專利名稱：一種綠色減震、減振橋塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有減震(振)作用的綠色減震、減振橋塔，特別適合在大跨度斜拉橋、懸索橋等大型橋梁中采用，以綠色環(huán)保手段來減小橋塔結(jié)構(gòu)在地震、風、車輛等作用下的振動響應。
背景技術(shù)：
地震、風災都是常見的自然災害，造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。近年來，地震災害不斷發(fā)生，我國2008年汶川地震造成69227人死亡，374643人受傷，2010年玉樹青海地震造成沈98人死亡。其中，土木工程結(jié)構(gòu)的損壞和倒塌是造成經(jīng)濟損失和人員傷亡的主要原因之一。與此同時，全球氣候近年來也變化較大，臺風、颶風等顯得更加猖獗，風災損失也每年遞增。我國當前正處于土木工程建設(shè)蓬勃發(fā)展的階段，橋梁結(jié)構(gòu)從跨江逐漸向跨海發(fā)展，大量特大跨徑纜索支承橋梁(包括斜拉橋和懸索橋)結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，隨之而來的是橋塔的高度也越來越高。例如2005年建成通車的潤揚懸索橋橋塔為210米，2008年建成通車的蘇通斜拉橋的橋塔已經(jīng)達到306米。隨著橋塔高度的進一步增大，其抗風、抗震設(shè)計不容忽視。現(xiàn)有的大跨度橋梁的橋塔已有一部分考慮了抗震的需求，比如日本的明石海峽大橋，在橋塔內(nèi)部安裝了 MTMD以減小橋塔的振動響應，但由于該橋中的TMD對施工的要求比較高， 因而未能得到推廣應用。橋梁結(jié)構(gòu)是生命線工程，大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)更是國家重點投資的工程，而橋塔是其中最為關(guān)鍵的構(gòu)件之一，因此大跨度橋梁橋塔結(jié)構(gòu)的減震(振)設(shè)計至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)振動控制是國內(nèi)外工程界研究的熱點之一，結(jié)構(gòu)被動控制是國內(nèi)外研究最早應用最多的一種振動控制方式，目前在理論上和應用上都取得了很多成果，其中調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Toned Mass Dampers，簡稱TMD)是最為常用的類型之一，它利用主結(jié)構(gòu)受激振而振動時，子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的一個與主結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力來使主結(jié)構(gòu)的反應衰減并受到控制。調(diào)諧液體阻尼器(Toned Liquid Dampers，簡稱TLD)也被經(jīng)常用于高聳結(jié)構(gòu)的振動控制當中，它利用固定水箱中的液體在晃動過程中產(chǎn)生的動側(cè)力來提供減振作用。為了貫徹執(zhí)行資源節(jié)約和環(huán)境保護的國家發(fā)展戰(zhàn)略政策，綠色環(huán)保的土木結(jié)構(gòu)勢必會成為日后結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱點和主流。綠色結(jié)構(gòu)充分利用陽光，節(jié)省能源，提高城市綠化覆蓋率，減輕減市污染，為人類創(chuàng)造一種接近自然的感覺。但是相關(guān)綠色環(huán)保思想在大型橋梁結(jié)構(gòu)橋塔中的應用尚未開展，用于橋塔的減震(振)控制還遠未涉及。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠在實施橋塔減震(振)的同時實現(xiàn)綠色建筑構(gòu)思的減震、減振橋塔。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的綠色減震、減振橋塔包括常規(guī)橋塔、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)和調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)。
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)包括上部的植物容納箱部分、下部的隔震橡膠墊部分以及連接裝置。其中，植物容納箱為上部開口的箱型結(jié)構(gòu)，上面培育植物，植物下面放置質(zhì)量較大的鵝卵石、沙子、泥土等，保證有一定的質(zhì)量。調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)包括放置在塔頂上的水箱，通常的個數(shù)通常為1 2個，用于澆灌植物。水箱內(nèi)部裝水的體積為水箱容積的2/3左右，以保證較優(yōu)的減震(振)能力。水箱系統(tǒng)構(gòu)成了調(diào)頻液體阻尼器，水箱上也可以覆蓋植物。植物容納箱下部的隔震墊可以選用阻力大、耗能性能較好的橡膠，隔震墊上部與植物容納箱通過鋼頂板連接。隔震橡膠墊下部通過豎向減震螺栓和地面連接。豎向減震螺栓由螺栓頭以及橡膠圈組成，提供水平面內(nèi)的約束，使得上部的植物容納箱和水箱能夠提供縱向、橫向和扭轉(zhuǎn)的減震(振)作用；豎向自由，不僅可以避免豎向地震下隔震墊的受拉破壞，還可以壓縮耗能以減小底板在豎向地震作用下的響應。植物容納箱和隔震橡膠墊共同組成一個TMD系統(tǒng)，水箱系統(tǒng)構(gòu)成一個TLD系統(tǒng)。質(zhì)量塊的振蕩與主結(jié)構(gòu)總是保持異相，因此通過TMD系統(tǒng)與橡膠隔震墊的連接， 質(zhì)量塊總能作用一個與主結(jié)構(gòu)質(zhì)量運動方向相反的慣性力，使橋塔縱向、橫向及扭轉(zhuǎn)位移幅度降低；水箱中的水也是同樣的原理。在一般的小位移(小振)情況下，該系統(tǒng)減震(振) 功效不是非常明顯，而塔頂?shù)奈灰戚^下部要顯著很多，因此在大位移(中大振)情況下，該 TMD和TLD系統(tǒng)便發(fā)揮了有效的減震(振)作用。另外，隔震橡膠墊有較大的阻尼，本身也有耗能減震(振)的作用。植物容納箱的四周，位于立柱表面和橫梁底部突出的混凝土梁邊緣，安裝有抗震限位擋塊，防止植物容納箱在強地震作用下位移過大而跌落。立柱和混凝土梁可以給抗震限位擋塊提供很好的支撐。塔頂?shù)乃淇梢园惭b防護裝置以避免強震下水箱的跌落。本發(fā)明中所采用的植物容納箱、隔震橡膠墊TMD系統(tǒng)以及水箱TLD系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、減震(振)效果好的優(yōu)點，能達到有效控制橋塔縱橫向位移、提高抗扭能力和減小橋梁震害的作用。常規(guī)的TMD系統(tǒng)利用彈簧將質(zhì)量塊和結(jié)構(gòu)相連，擁有沿彈簧方向即豎向的減震能力。然而橋塔在豎向有足夠的剛度，主要在水平向有較大的振動響應，因此本發(fā)明將常規(guī) TMD系統(tǒng)中的彈簧改成隔震橡膠墊。隔震橡膠墊具有簡單的構(gòu)造和良好的耗能隔震能力，將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器放在橡膠隔震墊的上面，在合理選取隔震墊類型和參數(shù)的基礎(chǔ)上，可以在發(fā)揮橡膠隔震墊的耗能能力以及TMD的振動控制能力的同時，還能使得隔震墊對水平各向地震都具有良好的隔震能力，使得TMD在水平面內(nèi)各個方向都能充分發(fā)揮作用。此外，將基座豎向加以釋放既能發(fā)揮TMD在豎向的減震能力，又能大大減小地震作用下橡膠墊損傷的產(chǎn)生。有益效果本發(fā)明通過將植物容納箱和隔震橡膠墊相結(jié)合，設(shè)計出一種新型綠色減震、減振橋塔，既結(jié)合了調(diào)諧質(zhì)量阻尼器TMD、調(diào)頻液體阻尼器TLD的功能和橡膠墊耗能減振的功能，還具有綠化美觀、改善環(huán)境的功能，使得橋塔頂端在各類激勵下的振動響應大幅度降低，同時能給塔頂參觀的人帶來良好的觀賞環(huán)境。本發(fā)明設(shè)計巧妙、造價低廉，具有多重效果，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和大跨度橋梁工程超高型橋塔的不斷新建，本發(fā)明的綠色減震、減振橋塔必將在跨江、跨海等大型橋梁工程中廣泛應用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟社會效益。


圖1為本發(fā)明在橋塔上的布置圖；圖2為本發(fā)明在橫梁上布置的俯視圖；圖3為本發(fā)明的正視圖(截取有代表性的一段)；圖4為豎向減震螺栓的放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。如圖1至3所示，本發(fā)明的綠色減震、減振橋塔包括常規(guī)橋塔、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)和調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)。其中，常規(guī)橋塔包括兩側(cè)的立柱1和設(shè)置在立柱1之間的上橫梁3、中橫梁4、下橫梁5和主梁6 ；調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)包括植物容納箱7和安裝在底板10 上的橡膠隔震墊9，橡膠隔震墊9上部與植物容納箱7通過上連接用鋼板8連接，底板10通過豎向減震螺栓11與橫梁地面連接；調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)包括固定在塔頂?shù)乃?2。如圖4所示，豎向減震螺栓11包括螺栓頭和套裝在螺栓上的橡膠圈13。TMD系統(tǒng)的橡膠隔震墊9可以間隔一段距離布置，底板10通過直徑、長度合適的豎向減震螺栓11和結(jié)構(gòu)表面連接。植物容納箱7的四周，位于立柱1表面和橫梁底部突出的混凝土梁邊緣，安裝有抗震限位擋塊13，防止植物容納箱7在強地震作用下位移過大而跌落。立柱1和混凝土梁可以給抗震限位擋塊提供很好的支撐。上連接用鋼板8與植物容納箱7用高強螺栓連牢。本發(fā)明的綠色減震、減振橋塔的原理是將植物容納箱7作為質(zhì)量塊，與橡膠隔震墊9形成TMD減震(振)系統(tǒng)；水箱12作為液體質(zhì)量體，構(gòu)成TLD減震(振)系統(tǒng)；除上連接用鋼板8、底板10、橡膠隔震墊9等必要部分外，還包括高強螺栓、連接用預埋件等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種綠色減震、減振橋塔，其特征在于包括常規(guī)橋塔、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)和調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)，所述常規(guī)橋塔包括兩側(cè)的立柱(1)和立柱(1)之間的橫梁；所述調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)包括植物容納箱(7)和安裝在底板(10)上的橡膠隔震墊(9)，所述橡膠隔震墊 (9)上部與植物容納箱(7)通過鋼板⑶連接，所述底板(10)通過豎向減震螺栓(11)與橫梁地面連接；所述調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)包括固定在塔頂?shù)乃?12)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色減震、減振橋塔，其特征在于所述植物容納箱(7)周邊設(shè)有抗震限位擋塊(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色減震、減振橋塔，其特征在于所述豎向減震螺栓(11) 包括螺栓頭和套裝在螺栓上的橡膠圈(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色減震、減振橋塔，其特征在于所述植物容納箱(7)為上部開口的箱型結(jié)構(gòu)，植物容納箱(7)上面培育植物，植物下面放置鵝卵石、沙子或泥土。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綠色減震、減振橋塔，其特征在于所述水箱(1 內(nèi)部裝水的體積為水箱(1 容積的2/3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種綠色減震、減振橋塔，包括常規(guī)橋塔、調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)和調(diào)諧液體阻尼器系統(tǒng)。本發(fā)明將減振技術(shù)和綠色環(huán)保的理念相結(jié)合，將綠色植物容納箱作為TMD的質(zhì)量塊，通過隔震橡膠墊和結(jié)構(gòu)表面連接；將水箱作為TLD的質(zhì)量體，和塔頂相連。本發(fā)明可以利用TMD和TLD減小各類激勵下橋塔上部在水平各個方向的振動響應，通過隔震橡膠墊的阻尼耗能減振，還可以美化塔頂觀賞環(huán)境；此外，設(shè)置豎向減震螺栓以限制隔震橡膠墊的豎向位移，并增強豎向耗能作用。本發(fā)明設(shè)計簡單、造價低廉，隨著對大跨度橋梁橋塔抗震設(shè)計重視程度的不斷提高，該綠色減震、減振橋塔將有著廣泛的工程應用前景，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟社會效益。
文檔編號E01D19/00GK102561174SQ201210009330
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者王浩, 邢晨曦 申請人:東南大學