УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ПРОЛЕТНЫХ СТРОЕНИЙ МОСТА
DEVICE FOR SUPPRESSING VIBRATIONS OF BRIDGE SPAN STRUCTURES

Изобретение относится к транспортному строительству и может быть использовано при строительстве мостов.
Эксплуатация мостов связана с необходимостью устранения негативных последствий сложных и разнонаправленных колебательных процессов балочных мостовых пролетных строений, возникающих от суммарного взаимодействия собственных колебаний пролетных строений, неравномерности продольного и поперечного распределения вертикальной нагрузки от движущихся по мосту транспортных средств и переменного характера горизонтальной ветровой нагрузки. Для обеспечения комфорта передвижения по мосту, надежности и долговечности мостовых строений требуются устройства для комплексного демпфирования и гашения колебаний.
Известно устройство гидродинамического гасителя колебаний мостового пролета (см. патент РФ 111146, МПК E01D 19/02), содержащее заглубленный в грунт куст свай и объединяющий их поверху оголовок, причем на верхней поверхности оголовка закреплена заполненная водой закрытая емкость, через которую проходит жестко связанный с мостовым пролетом трубчатый тяговый элемент с соосно закрепленным на нем поршнем с перфорацией.
Недостатками данного устройства являются невозможность использования в регионах с холодным климатом вследствие замерзания воды, необходимость обеспечения отсутствия утечек воды, громоздкость сооружения, сложность настройки на требуемую частоту резонансных колебаний, а также возникновение достаточно больших напряжений в точке соединения стержня с пролетным соединением.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для гашения колебаний пролетных строений моста (см. патент РФ 147742, МПК E01D 1/00), содержащее дополнительные инерционные массы, установленные на упругих стержнях, причем упругие стержни переменной длины жестко закреплены по обе стороны пролетных строений моста и расположены в плоскости полотна перпендикулярно к продольной линии пролетного строения моста.
Недостатками данного устройства являются большие габариты, возможность гашения колебаний от воздействий внешних нагрузок только в одной плоскости, а также невозможность обеспечения полного гашения колебаний, так как при наличии закрепленных на упругих стержнях и настроенных на частоту собственных колебаний моста инерционных масс происходит лишь обратимый обмен энергией между объектами без внесения потерь в колебания и, после прекращения вибраций моста, колеблющиеся инерционные массы через те же упругие стержни возвращают накопленную в них энергию профилю моста.
Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение компактности устройства и наиболее полного гашения колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное строение моста нагрузки.
Для решения поставленной задачи устройство для гашения колебаний пролетных строений моста снабжено поглотителем энергии, корпус и основание которого жестко закреплены соответственно к опоре моста и к пролетному строению мостового сооружения, отличающееся тем, что поглотитель энергии выполнен в виде размещенной в корпусе инерционной массы и соосно закрепленных относительно нее несущего упругого элемента и упорных пружин, при этом оси перемещения инерционных масс двух симметрично расположенных устройств для гашения колебаний пересекаются в точке центра масс сечения балки пролетного мостового строения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена схема расположения и соединения элементов устройства и на фиг. 2 - схема установки устройства для гашения колебаний на пролетное мостовое строение.
Устройство для гашения колебаний пролетных строений моста содержит поглотители энергии, каждый из которых выполнен в виде размещенных в корпусе 1, между верхней 2 и нижней 3 упорными пружинами, инерционной массы 4 и соосно установленного с ней несущего упругого элемента 5. Нижняя упорная пружина 3 приварена к опорной крышке корпуса 6, соединенной посредством болтов или шпилек с приливами 7, выполненными в корпусе поглотителя. Верхняя упорная пружина 2 прикреплена к основанию поглотителя 8, жестко присоединенного к нижней части пролетного строения. Корпуса поглотителей энергии жестко прикреплены по обе стороны пролетного строения моста к опоре моста под равными острыми углами к вертикали, таким образом, чтобы оси перемещения инерционных масс двух симметрично расположенных поглотителей пересекались в точке центра масс сечения балки пролетного строения.
Устройство работает следующим образом.
Возникающие колебания пролетного мостового строения вызывают аналогичные колебания основания поглотителя энергии 8. Несущие упругие элемент 5 передает через корпус поглотителя энергии 1 на опору моста переменные усилия, пропорциональные жесткости пружины несущего упругого элемента и амплитуде возникающих колебаний. Инерционная масса 4, изготовленная из чугуна и подобранная расчетным путем по размерам и весу, при этом колеблется в противофазе колебаниям пролетного мостового строения и основания 8 за счет сил, передаваемых на него нижней упорной пружиной инерционной массы 4. В итоге, поскольку направления усилий в несущем упругом элементе 5 и в верхней упорной пружине инерционной массы 2 противоположны и равны по величине, то суммы переменных сил и моментов, передаваемых на опору мостового сооружения, становятся равными нулю. Поскольку при нагружении пролетного строения переменной нагрузкой происходит одновременное пропорциональное сжатие пружины несущего упругого элемента 5, верхней упорной пружины 2 и нижней упорной пружины инерционной массы 3, в равной степени изменяя их характеристики, эффективность гашения колебаний не зависит от величины нагрузки.
Установка двух симметрично расположенных поглотителей энергии, расположенных под острым углом к вертикали, обеспечивает возможность компенсации колебаний при любом возможном направлении перемещений пролетного строения вследствие воздействия как вертикальных, так и горизонтальных ветровых нагрузок. Соосная установка инерционной массы, несущего упругого элемента и упорных пружин инерционной массы, а также расположение двух симметрично расположенных поглотителей энергии под равными острыми углами к вертикали путем крепления к балке моста с трапециевидной формой нижней части, обеспечивают пересечение осей перемещения инерционных масс и, соответственно, равнодействующей инерционных сил системы, в точке центра масс сечения балки мостового строения, что способствует равенству сумм передаваемых на опору моста переменных сил и моментов и наиболее полное гашение колебаний различной частоты и амплитуды.
Заявленное устройство для гашения колебаний в сравнении с прототипом позволяет обеспечить компактность устройства и более полное гашение колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное мостовое строение нагрузки.
Использование поглотителя энергии, корпус и основание которого жестко закреплены соответственно к опоре моста и к пролетному строению мостового сооружения, и выполненного в виде размещенной в корпусе инерционной массы и соосно закрепленных относительно нее несущего упругого элемента и упорных пружин, а также симметричное расположение двух поглотителей энергии под равными острыми углами к вертикали, обеспечивают компактность устройства и пересечение осей перемещения грузов в точке центра масс сечения балки пролетного мостового строения для более полного гашения колебаний вне зависимости от направления воздействующей на пролетное мостовое строение нагрузки и, тем самым, позволяют повысить надежность мостовых сооружений.