一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接

1.本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接。

背景技术：

2.桥梁结构是重要的国家基础设施，其中大跨桥梁更是代表了一个国家基础建设和管维的最高水平。大跨桥梁主要有斜拉桥和悬索桥，能实现超千米的跨越。过去二十年，我国已经完成大规模的桥梁建设，成为桥梁大国；目前，规划和在建的桥梁数量依旧庞大，而且将创造新的斜拉桥和悬索桥跨度纪录。3.大跨桥梁的桥塔高度大，例如在建的常泰长江大桥和马鞍山长江公铁大桥，桥塔的高度均超过300米。在桥塔建设期间，尤其是采用钢桥塔或者钢混桥塔时，桥塔独自耸立，侧向刚度小、结构自身阻尼亦小。桥塔在建设期间极易在风等动力荷载作用下发生振动，例如涡激振动和抖振，影响施工精度与质量、导致施工人员的不适、延缓施工进度，严重时还会引发安全事故，危害极大。4.目前，结构减振的主要方法是安装阻尼器，如粘滞阻尼器和采用调谐质量阻尼器(tmd)等。桥塔施工期间独自耸立，无可以提供横向支撑的结构，因此难以安装阻尼器减振。现有方法主要是采用tmd或者调谐液体阻尼器(tld)等，tmd和tld安装在桥塔上，通过可移动质量块振动或者液体晃动消耗桥塔的振动能量，起到减小桥塔振动响应的效果。tmd和tld发挥减振效果与频率调谐紧密相关，在桥塔建设期间随塔高增加需要不断调节tmd和tld的参数保证调谐的工作条件；此外，tmd和tld的质量决定了其减振效果，为了满足减振需求，通常需要较大的质量，进而增加了桥塔的竖向荷载；同时，为了控制桥塔的多阶振动模态，还需设置多个tmd或者tld以分别对各阶振动的频率调谐，达到多阶减振目标。为了解决tmd的参数调节问题和提升减振效果，也有采用半主动或者主动控制的技术，或者结合多种技术形成混合减振方法。但是，半主动或者主动控制的工作要求高，需要配合相应的观测以达到预期效果。5.桥塔在施工期间需要在桥塔旁设置塔吊用于吊装材料和设备等。为了吊装重物，塔吊具有很大的竖向承载能力和刚度。但是作为高耸结构，且其截面小，横向刚度极弱，因此不能在桥塔和塔吊之间安装阻尼器起到减小桥塔横向振动响应的作用。在桥塔和塔吊之间一般会设置附墙连接，利用桥塔增加塔吊的横向刚度，保证塔吊的安全，但附墙不具有桥塔减振的功能。6.针对桥塔的减振需求，安装tmd等措施在现有工程中有一定应用，但是存在上述问题，尚缺乏其他有效且实用的桥塔减振方法。

技术实现要素：

7.本发明的目的就是为了提供一种用于施工期间桥塔减振的桥塔塔吊阻尼伸臂连接，利用用于桥塔施工塔吊塔身，虽然横向刚度小但竖向承载力和刚度大的特点，为阻尼器提供竖向支撑，同时结合伸臂桁架将桥塔横向振动时的转角转变为伸臂桁架末端的竖向变形，进而利用支撑在塔吊塔身上的竖向阻尼器消耗桥塔振动能量，从而达到减小桥塔动力响应的目的。8.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：9.一种用于施工期间桥塔减振的桥塔塔吊阻尼伸臂连接，包括桥塔结构本体和用于桥塔施工的塔吊塔身，以及一个或多个伸臂桁架，所述伸臂桁架的一端固定于桥塔结构本体上，另一端设置有多个第一球铰，所述塔吊塔身上设置有牛腿，所述牛腿上设有多个第二球绞，各第二球绞与各第一球铰一一对应，且各第二球绞与其对应第一球铰之间连接有竖向阻尼器，且各第二球绞位于其对应第一球铰的竖直方向下方。10.所有第二球绞在同一水平面上，且所有第一球铰在同一水平面上。11.所述塔吊塔身的轴线穿过由所有第一球铰所围成的区域中。12.所有第一球铰分布于塔吊塔身的四周设置，沿着塔身截面的两个轴线对称布置，保证阻尼器的合力作用下塔吊塔身不承受弯矩作用。13.所述竖向阻尼器为粘性剪切型阻尼器、粘滞液体阻尼器、摩擦阻尼器、高阻尼橡胶阻尼器、电涡流机理阻尼器或金属材料阻尼器。14.所述牛腿通过螺栓安装于塔吊塔身上。15.所述伸臂桁架为钢制件、钢管混凝土结构或复合材料桁架或刚架。16.所述第一球铰焊接于伸臂桁架上。17.所述第二球绞焊接于牛腿上。18.多个伸臂桁架沿桥塔于竖直方向上分布。19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：20.1、采用伸臂桁架将桥塔振动时的弯曲变形转化为伸臂桁架外伸端的竖向变形，以桥塔施工期间的塔吊塔身为竖向支撑，安装阻尼器抑制伸臂末端的竖向变形消耗能量，阻尼器竖向布置，利用了塔吊塔身竖向承载力和刚度大的特点增加阻尼减振，同时结合阻尼器两端的球铰，避免传递桥塔振动时的横向位移，防止桥塔振动引起塔吊振动带来安全隐患。本发明利用塔吊塔身和阻尼器抑制桥塔的弯曲转角变形，达到抑制施工桥塔在风等动荷载作用下的振动或减小振幅的效果，保证施工桥塔的安全性和可施工性。21.2、能够同时提升桥塔多阶模态振动的阻尼效果；22.3、本申请是一种被动减振方案，在满足多模态减振需求的同时，无需测量反馈以及参数调节，适用范围广、工作条件要求低；23.4、提出的桥塔塔吊阻尼伸臂连接，利用桥塔施工中的塔吊塔身安装阻尼器减振，无需增设支架具有很强的实用性；24.5、伸臂桁架可以在多座桥梁上重复使用，针对不同的桥梁只需合理的调整连接方式和更换阻尼器(或者调整阻尼器的数量)，具有较好经济性。附图说明25.图1为本发明的桥塔-塔吊阻尼伸臂连接结构示意图；26.图2为本发明的桥塔-塔吊阻尼伸臂连接结构侧面图；27.图3为某桥塔-塔吊结构中阻尼伸臂连接结构的布置位置示意图；28.其中：1、桥塔结构本体，2、塔吊塔身，3、伸臂桁架，4、第一球铰，5、牛腿，6、第二球39.针对具体的桥塔、塔吊和确定位置的阻尼伸臂，转角阻尼系数cr的设计值根据桥塔-阻尼伸臂-塔吊系统动力分析确定。确定cr后，增大r，可以减小阻尼器的阻尼系数。40.竖向阻尼器7的行程根据桥塔振动时的在阻尼伸臂位置的转角幅度的限值θ、阻尼器轴线距离桥塔的横向间距r等参数确定。竖向阻尼器的行程应不小于θ·r。41.牛腿5设置在塔身上，通过螺栓等方式固定在塔吊塔身上，牛腿的布设应避免塔身在阻尼力作用下受到弯曲，保证塔身轴向受力，牛腿应具有足够的承载力和刚度，保证阻尼力传递到塔身。牛腿5的安装高度与伸臂3的安装高度配合调节。42.伸臂3、球铰4、牛腿5、球铰6、阻尼器7系统沿着桥塔1不同高度布设1道或者多道。43.本实施例中，第一球铰4焊接于伸臂桁架3，同理，第二球绞6焊接于牛腿5上。44.本申请为施工桥塔减振提供了一种新的实用的思路和具体实现方案，解决了高耸自立桥塔多模态减振难题。其次，通过合理的设计和组装，本发明提出的伸臂桁架、球铰、牛腿和阻尼器体系，能够形成标准构件，在多座桥上使用，具有极强的工程实用性和经济性。45.如图3所示，当配置有多个伸臂桁架3时，各伸臂桁架3沿桥塔1于竖直方向上分布。

技术特征：1.一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，包括桥塔结构本体(1)和用于桥塔施工的塔吊塔身(2)，以及一个或多个伸臂桁架(3)，所述伸臂桁架(3)的一端固定于桥塔结构本体(1)上，另一端设置有多个第一球铰(4)，所述塔吊塔身(2)上设置有牛腿(5)，所述牛腿(5)上设有多个第二球绞(6)，各第二球绞(6)与各第一球铰(4)一一对应，且各第二球绞(6)与其对应第一球铰(4)之间连接有竖向阻尼器(7)，且各第二球绞(6)位于其对应第一球铰(4)的竖直方向下方。2.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所有第二球绞(6)在同一水平面上，且所有第一球铰(4)在同一水平面上。3.根据权利要求2所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述塔吊塔身(2)的轴线穿过由所有第一球铰(4)所围成的区域中。4.根据权利要求2所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所有第一球铰(4)分布于塔吊塔身(2)的四周设置，沿着塔身截面的两个轴线对称布置。5.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述竖向阻尼器(7)为粘性剪切型阻尼器、粘滞液体阻尼器、摩擦阻尼器、高阻尼橡胶阻尼器、电涡流机理阻尼器或金属材料阻尼器。6.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述牛腿(5)通过螺栓安装于塔吊塔身(2)上。7.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述伸臂桁架(3)为钢制件、钢管混凝土结构或复合材料桁架或刚架。8.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述第一球铰(4)焊接于伸臂桁架(3)上。9.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，所述第二球绞(6)焊接于牛腿(5)上。10.根据权利要求1所述的一种桥塔塔吊阻尼伸臂连接，其特征在于，多个伸臂桁架(3)沿桥塔(1)于竖直方向上分布。

技术总结本发明涉及一种用于施工期间桥塔减振的桥塔塔吊阻尼伸臂连接，包括桥塔结构本体和用于桥塔施工的塔吊塔身，以及一个或多个伸臂桁架，伸臂桁架的一端固定于桥塔结构本体上，另一端设置有多个第一球铰，塔吊塔身上设置有牛腿，牛腿上设有多个第二球绞，各第二球绞与各第一球铰一一对应，且各第二球绞与其对应第一球铰之间连接有竖向阻尼器，且各第二球绞位于其对应第一球铰的竖直方向下方。与现有技术相比，本发明具有利用塔吊塔身和阻尼器抑制桥塔的弯曲转角变形，达到抑制施工桥塔在风等动荷载作用下的振动或减小振幅的效果，保证施工桥塔的安全性和可施工性等优点。塔的安全性和可施工性等优点。塔的安全性和可施工性等优点。

技术研发人员：陈林 刘展行 孙利民受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：2022.01.25技术公布日：2022/5/17