CN101550733B - 拉索端部弹性约束振动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于拉索减振技术领域，具体涉及一种拉索端部弹性约束振动控制装置。由定滑轮、凹槽、滚动轴、拉索、弹性约束和拉索支座组成，弹性约束由弹簧与阻尼器并联连接构成，定滑轮固定于拉索支座上，定滑轮中心的两端分别设有滚动轴，定滑轮表面开有凹槽，拉索一端沿轴向通过凹槽穿过定滑轮，连接弹性约束的一端，弹性约束的另一端固定。本发明避免拉索减振装置对索结构整体美观的影响。避免横向减振器连接刚度的缺陷，保证减振器的稳定性。弹性约束便于制造、安装及维护更换，造价比较低。通过调节弹簧刚度和阻尼器阻尼，可以获得最优减振效果。

Description

拉索端部弹性约束振动控制装置

技术领域

本发明属于拉索减振技术领域，具体涉及一种拉索端部弹性约束振动控制装置。

背景技术

随着计算机技术和有限元分析的不断发展，钢索与其他材料或其他结构形式组合形成了空间结构新的增长点，大大丰富了空间结构范畴，如近10年来发展起来的索膜结构、索网结构、张拉整体结构、索拱结构等。然而，由于拉索柔性大、质量小、阻尼小，在外界环境激励或外载作用下，容易导致大范围振动，如涡激振动、风雨激振、参数振动和内共振等。为了安全和经济目的，必须对拉索的振动进行控制。

目前拉索的减振措施主要分为被动控制和主动控制。主动控制虽然效果较好，适用范围较广，但需要外部能源的输入，存在设备昂贵、运行复杂以及可靠性等问题；被动控制由于成本较低、方法简单、容易实施而在工程中被广泛应用。被动控制主要包括气动减振法、辅助索法和阻尼器法三类，气动减振法通过改变拉索表面形式改变拉索振动特性，减振效果不明显；辅助索法通过将拉索互相相连达到减振效果，但影响了拉索的整体美观；应用最多的是阻尼器法，通过安装减振器消耗拉索振动的能量，达到减振的效果。目前，常用的拉索减振器有橡胶阻尼器(如专利99253182.9，专利名称：斜拉索减振装置)、油阻尼器(如专利97241962.4，专利名称：斜拉桥拉索液压减振器)、粘性剪切阻尼器(如专利98232486.3，专利名称：拉索振动阻尼器)、摩擦型阻尼器和磁流变阻尼器等。但是所有减振器都是沿横向设置在斜拉索支座附近的，其减振效果与减振器的安装位置有关，减振器安装位置距离斜拉索支座越远，减振效果越好，但这影响了结构整体的美观，而且要求减振器的连接刚度增大，增加了减振器连接构件的制造成本。

发明内容

本发明目的在于提供一种拉索端部弹性约束振动控制装置。

本发明提出的拉索端部弹性约束振动控制装置，由定滑轮1、凹槽2、滚动轴3、拉索4、弹性约束和拉索支座7组成，其中，弹性约束由弹簧5与阻尼器6并联连接构成，定滑轮1固定于拉索支座7上，定滑轮1中心的两端分别设有滚动轴3，定滑轮1表面开有凹槽2，拉索4一端沿轴向通过凹槽2穿过定滑轮1，连接弹性约束的一端，弹性约束的另一端固定。

本发明中，所述阻尼器6为橡胶阻尼器、油阻尼器或粘性剪切阻尼器等中任一种。

本发明中，所述凹槽2的直径略大于拉索4的直径。

本发明所采用的技术思路是：由弹簧和阻尼器并联组成弹性约束，拉索支座处设置定滑轮，拉索沿轴向通过定滑轮与弹性约束相连接，弹簧承受拉索拉力，阻尼器提供阻尼力，弹性约束影响索端支座移动，改变拉索-弹性约束系统的振动特性，最终达到减振效果。具体的技术方案是：定滑轮表面开凹槽，其直径略大于拉索直径，目的是防止拉索在支座处发生偏移，定滑轮的作用是减小拉索轴向运动的摩擦力；将定滑轮固定于拉索支座处，拉索通过凹槽穿过定滑轮，沿轴向与弹性约束一端相连接；弹性约束由弹簧和阻尼器并联组成，一端与拉索连接，另一端固定。弹簧主要承受拉索的拉力，阻尼器提供阻尼力，增加拉索-弹性约束系统的模态阻尼。弹性约束通过影响拉索支座的轴向振动，影响拉索-弹性约束系统的振动特性，抑制拉索的大幅振动。弹性约束中的阻尼器可以是橡胶阻尼器、油阻尼器、粘性剪切阻尼器等被动型阻尼器，以实现拉索振动的轴向被动控制。对于拉索不同的激振机理，如涡激振动、风雨激振、参数振动和内共振等，弹性约束需要不同的弹簧刚度和阻尼器类型及阻尼，本发明可以方便地更换弹簧5和阻尼器6，以适应不同的拉索激振情况，拓宽了拉索轴向被动控制的应用范围。通过改变弹簧刚度和阻尼器阻尼，可以改变弹性约束的减振效果，以适应不同拉索及激励机理的减振要求，从而使拉索-弹性约束系统的设计、制造和安装达到规范化。理论分析表明弹性约束的减振效果比较明显，拉索中点处振动的对数衰减率达到0.05，均方根位移减小了50％；存在最优阻尼参数，使拉索的减振效果达到最佳，弹簧刚度对弹性约束的减振效果有影响，弹簧刚度越小，减振效果越明显。

本发明具有以下优点：

1.避免拉索减振装置对索结构整体美观的影响。

2.避免横向减振器连接刚度的缺陷，保证减振器的稳定性。

3.弹性约束便于制造、安装及维护更换，造价比较低。

4.通过调节弹簧刚度和阻尼器阻尼，可以获得最优减振效果。

附图说明

图1为本发明定滑轮的结构示意图，其中，(a)为平面图，(b)为A-A剖面图。

图2为本发明拉索端部弹性约束振动控制示意图。

图中标号：1为定滑轮，2为凹槽，3为滚动轴，4为拉索，5为弹簧，6为阻尼器，7为拉索支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：在图1中，定滑轮1表面开有凹槽2，为了减小定滑轮1处的摩擦力，在定滑轮1两端安装滚动轴3。在图2中，拉索4穿过定滑轮2，与弹性约束相连接，弹性约束由弹簧5和阻尼器6并联组成。拉索4的初始拉力由弹簧5承担，弹簧5伸长，此时阻尼器6的行程位于中点处；拉索4振动时，拉索4可以在定滑轮1的凹槽内自由滑动，并带动阻尼器6沿拉索轴向移动，阻尼器6的移动会消耗能量，抑制拉索的振动。弹性约束中的阻尼器6可以是橡胶阻尼器、油阻尼器、粘性剪切阻尼器等被动型阻尼器，以实现拉索振动的轴向被动控制。在外界环境激励或外载作用下，容易导致大范围振动，如涡激振动、风雨激振、参数振动和内共振等，不同的激励机理，需要不同的弹簧刚度和阻尼器类型及阻尼，本发明可以方便地更换弹簧5和阻尼器6，以适应不同拉索及激励机理的减振要求，拓宽了拉索轴向被动控制的应用范围。通过改变阻尼器6的阻尼，可以使拉索的轴向被动控制效果达到最优。

Claims (3)

1.一种拉索端部弹性约束振动控制装置，由定滑轮(1)、凹槽(2)、滚动轴(3)、拉索(4)、弹性约束和拉索支座(7)组成，其特征在于弹性约束由弹簧(5)与阻尼器(6)并联连接构成，定滑轮(1)固定于拉索支座(7)上，定滑轮(1)中心的两端分别设有滚动轴(3)，定滑轮(1)表面开有凹槽(2)，拉索(4)一端沿轴向通过凹槽(2)穿过定滑轮(1)，连接弹性约束的一端，弹性约束的另一端固定。

2.根据权利要求1所述的拉索端部弹性约束振动控制装置，其特征在于所述阻尼器(6)为橡胶阻尼器、油阻尼器或粘性剪切阻尼器中任一种。

3.根据权利要求1所述的拉索端部弹性约束振动控制装置，其特征在于所述凹槽(2)的直径略大于拉索(4)的直径。

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