一种用于人行天桥减振的新型颗粒阻尼器

一种用于人行天桥减振的新型颗粒阻尼器

武雅琳， 吕熠城， 丁凯璇， 秦宇晓

长安大学建筑工程学院 陕西省西安市 710000

摘要：随着城市化进程与立体化交通的发展，国内大跨径人行天桥的建设越来越多，而我国现有人行天桥设计规范规定人行天桥竖向一阶频率必须大于3.0Hz，这对于超过40m的单跨人行天桥很难做到。为了改善人行天桥的动力特性，需进行人致振动作用下人行天桥的减振，通常采用传统的TMD。但是TMD存在造价高、安装不便、能量吸收率低、减振频率范围小等问题和缺陷。因此，近些年来提出一些用于人行天桥的新型阻尼器。

关键词：地震反应；TMD；阻尼器

引言：

随着社会的发展，过街天桥的建设地越来越多。为了使施工更为方便，过街天桥通常采用简支钢箱梁结构的形式。然而，一方面钢结构人行天桥固有阻尼较低，另一方面大跨度人行天桥的一阶竖向振动固有频率与行人正常步行频率较为接近，极易诱发共振。此时人行天桥挠度、应力将大大超过静力分析值，行人舒适度也难以满足要求。这样下去必将影响结构的正常使用和安全性。

颗粒阻尼器为一种相对新颖的附加质量式被动阻尼器，利用振动体中有限封闭空间内填充的微小颗粒间摩擦与冲击作用消耗系统振动能量，具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感、易用于恶劣环境等优点。但是颗粒阻尼器在土木工程领域中的应用较少，研制和开发简便实用的新型颗粒阻尼装置已成为必然趋势，目前尚未有将颗粒阻尼器应用于人行天桥的减振相关研究。

1. 结构构造

本项目拟提出一种用于人行天桥减振的新型颗粒阻尼器，其构造示意图如下：

图1 新型颗粒阻尼器构造示意图

当人行天桥产生人致振动时，空腔内的颗粒会一同产生振动，由于颗粒表面并不光滑，因此颗粒会产生不同方向上的振动和碰撞。颗粒上的凹陷可以更好的提高接触面积，提高吸能率。腔体与套筒间的粘滞液体可以很好的减缓振动，吸收能量。颗粒阻尼单元为带有密集凹陷状的颗粒，达到提高碰撞面积从而提高能量吸收率的效果。球状腔体提高了有效碰撞面积，扩大了碰撞范围及方向。将颗粒阻尼器与粘滞阻尼器结合在一起大大提高了阻尼效果。此外，该新型颗粒阻尼器造价较低、构造简单、加工方便、施工过程简单、放置位置随意、耐久性强。本发明采用的颗粒单元全部由金属材料构成，可以保证阻尼器的长时间工作。在后期的维护上，可以随时更换部件，或者做频率方面的调整，大大延长了颗粒阻尼器的使用寿命。

2. 研究内容

本项目所涉及到的颗粒阻尼技术，利用在振动体中有限封闭空间内填充的微小颗粒之间的摩擦和冲击消耗系统的振动能量，来达到减振的效果。具有结构简单、成本廉价、耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感(在颗粒金属熔点以下均可正常使用，钨粉能承受近2000℃的高温环境)、易于实施、适合恶劣环境、耗能效果好等优点。因此团队提出一种用于人致振动下人行天桥减振的颗粒粘滞阻尼器。装置包括球形腔体及多凹陷状单元颗粒。其特征在于：腔体为球形，与外部套筒间充满粘滞液体。单元颗粒为表面带有密集凹面的球体。腔体内装有多个颗粒单元，颗粒材质为金属。这个装置可以通过颗粒的碰撞及相互摩擦消耗能量，达到减振效果，可广泛应用于人行天桥的减振。

当人行天桥产生人致振动时，空腔内的颗粒会一同产生振动，由于颗粒表面并不光滑，因此颗粒会产生不同方向上的振动和碰撞。颗粒上的凹陷可以更好的提高接触面积，提高吸能率。腔体与套筒间的粘滞液体可以很好的减缓振动，吸收能量。

3. 解决的关键问题

改进了颗粒阻尼器的结构形式，提高其减振效率。寻找颗粒阻尼与粘滞阻尼的有效结合方式。

4. 结论

通过研究的一种新型颗粒阻尼器结构，达到了更好的减振效果，大幅提高耗能能力，相比较于传统的TMD优化了各项性能。预计可广泛用于高层建筑、大跨

度结构、桥梁结构等土木工程结构的抗震工程中，同时也可应用到机械、轨道交通领域的减振中，进而取得良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]汪志昊, 张闯, 徐宙元, 等. 一种用于天桥的装配式电涡流调谐质量阻尼器及制作方法. CN105386403A[P]. 2016.

[2]鲁正, 吕西林, 闫维明. 颗粒阻尼技术研究综述[J]. 振动与冲击, 2013, 32(7): 1-7.【基金项目】本文系长安大学2019年度大学生创新创业训练计划项目，项目编号：S201910170226

作者简介：

武雅琳，女，长安大学建工学院，土木工程方向

吕熠城，男，长安大学建工学院，土木工程方向

丁凯璇，男，长安大学建工学院，土木工程方向

秦宇晓，女，长安大学建工学院，土木工程方向