CN101709566A - 一种斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种柔性连接空间杠杆质量减振装置，通过设置与斜拉索和转动杠杆相连接的环形连接索及转向滑轮，将斜拉索索面内和索面外的振动位移传递到转动杠杆，转动杠杆一端通过转动构件与杠杆支座连接，使得转动杠杆能够在杠杆支座处上下、左右转动，转动杠杆另一端连接质量块及阻尼器，当斜拉索索面内或索面外振动时，其振动位移通过环形连接索带动转动杠杆、质量块、阻尼器上下或左右运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，经转动杠杆的放大作用，通过环形连接索传递回斜拉索，改变斜拉索的模态质量、刚度及阻尼，有效抑制斜拉索索面内或索面外的振动，装置主体结构位于桥梁栏杆以内，安装维修均方便，对景观影响很小。
Description
技术领域
本发明涉及一种抑制斜拉索振动的减振装置，尤其适用于大跨度斜拉桥斜拉索的振动控制，属于工程结构减振技术领域，具体地说是涉及一种斜拉桥施工和运营过程中抑制斜拉索各种振动的减振装置。
背景技术
斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件，对斜拉桥的承载能力和使用性能有着极其重大的影响。随着斜拉桥跨径的增大，斜拉索的长度也不断增大，斜拉索的振动问题越来越突出。由于斜拉索具有频率低、阻尼小的特点，极易在风雨、地震、车辆等激励下，发生各种方向大幅振动，影响桥梁结构安全、使用性能与寿命。斜拉索的振动会引起斜拉索的疲劳损伤、表面防腐材料破坏，并在索梁接合处产生疲劳裂纹，破坏斜拉索端部防腐系统，进一步加剧斜拉索的腐蚀，造成提前更换斜拉索的严重后果。同时，斜拉索的大幅振动还将严重影响运营中桥梁的舒适度和安全感。因此，斜拉索的抑振对保证斜拉桥正常运营具有重大的意义。与本发明最为相近的现有技术是专利号为200410009969.1、公开号为CN1651656、公开日为2005.08.10的“一种斜拉索减振装置”的发明，该发明采用连接索，其一端与连接于斜拉索上的索夹相连，另一端与带重物的杠杆或滑轮组或直接与一重物相连，连接索中间用定滑轮进行转向，从而使其两端分别与斜拉索和杠杆(或桥面)垂直，在杠杆与桥面之间或重物与桥面之间安装阻尼器，连接索通过重物总是处于受拉状态，可方便地与任意角度的斜拉索进行垂直连接，并传递连接于桥面的阻尼器所提供阻尼力、弹性力及重物惯性力，改变振动系统的模态质量、阻尼及刚度，达到减振目的；由于该发明通过设置定滑轮实现连接索与斜拉索和杠杆(或桥面)垂直，仅能实现斜拉索索面内振动的有效控制，存在斜拉索索面外振动得不到有效控制的严重缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种柔性连接的空间杠杆质量减振装置，通过设置与斜拉索和转动杠杆相连接的环形连接索及转向滑轮，将斜拉索索面内和索面外的振动位移传递到转动杠杆，转动杠杆一端通过纵向和横向转动构件与杠杆支座连接，使得转动杠杆能够在杠杆支座处上下、左右转动，转动杠杆另一端连接质量块及阻尼器，当斜拉索索面内或索面外振动时，其振动位移通过环形连接索传递给转动杠杆，带动转动杠杆、质量块、阻尼器上下或左右运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆的放大作用，通过环形连接索传递回斜拉索，改变斜拉索的模态质量、刚度及阻尼，从而有效抑制斜拉索索面内或索面外的振动；装置主体结构位于桥梁栏杆以内，安装维修均方便，对景观影响很小。
本发明的技术方案是这样实现的：
柔性连接的空间杠杆质量减振装置主要由索夹4、环形连接索5、转向滑轮10、滑轮固定构件11、杠杆支座6、转动杠杆7、质量块8、阻尼器9等组成；环形连接索5上部通过索夹4与斜拉索1连接，环形连接索5中部两侧通过转向滑轮10实现环形连接索5中部的转向，转向后环形连接索5下部连接于转动杠杆7，环形连接索5经连接和转向调整在同一平面上；转向滑轮10通过滑轮固定构件11连接于桥梁栏杆3，通过调整转向滑轮10的安装位置，调整环形连接索5的平面与斜拉索1的连接角度、环形连接索5内部夹角，实现减振效果的调整；转动杠杆7的一端通过能够上下、左右转动的转动连接构件，与固定于桥面的杠杆支座6连接，使得转动杠杆7能够在杠杆支座6处上下、左右转动，以接受斜拉索1索面内或索面外振动位移经环形连接索5的传递，转动杠杆7的上下转动对应斜拉索1索面内转动，转动杠杆7的左右转动对应斜拉索1索面外转动，转动杠杆7的另一端连接有质量块8和阻尼器9，并通过质量块8的重力使得环形连接索5处于受拉状态。
柔性连接的空间杠杆质量减振装置在环形连接索5与桥面2之间安装的阻尼器9可采用如油阻尼器、粘性剪切型阻尼器、磁流变阻尼器等被动或半主动阻尼器提供阻尼力。
柔性连接的空间杠杆质量减振装置在杠杆支座6处对应斜拉索1索面内转动主要由销轴12、轴承13、挡圈14、15、支座固定构件16、销轴固定构件17完成；杠杆支座6内安装轴承13以便于转动；轴承13通过挡圈14、15定位，穿入销轴12；销轴固定构件17将销轴12固定于支座固定构件16上。
柔性连接的空间杠杆质量减振装置在杠杆支座6处对应斜拉索1索面外转动主要由轴承18、挡圈19、销轴20、销轴固定构件21完成；杠杆支座6、转动杠杆7通过销轴20连接；杠杆7中安装轴承18以便于转动；轴承18通过挡圈19定位，穿入销轴20；销轴固定构件21将销轴20固定于转动杠杆7上。
柔性连接的空间杠杆质量减振装置调整减振效果的方法为：定义杠杆放大系数n＝Lb/L0，其中L0为环形连接索5在转动杠杆7上连接点距索面内转动中心销轴12中心的距离，Lb为杠杆质量块8中心距索面内转动中心销轴12中心的距离；定义α为环形连接索5与斜拉索1在环形连接索5平面上投影的夹角，γ为环形连接索5与转动杠杆7在环形连接索5平面上投影的夹角，β1为斜拉索1与其在环形连接索5平面上投影的夹角，β2为转动杠杆7与其在环形连接索5平面上投影的夹角；本发明对斜拉索提供抑振力的等效放大倍数为：
n等效面内＝n2cos2αsin2β1/(cos2γsin2β2)
n等效面外＝n2sin2α/sin2γ
式中表明，影响斜拉索1减振效果的因素主要有环形连接索5安装在转动杠杆7的位置、环形连接索5索面与斜拉索1、转动杠杆7的连接角度以及环形连接索5索内夹角；环形连接索5在转动杠杆7上距索面内转动中心销轴12越近，与斜拉索1越接近垂直，转向滑轮10高度越接近转动杠杆7，减振效果就越好；另外，质量块8、阻尼器9参数选型影响了惯性力、弹性力、阻尼力，对斜拉索1减振效果造成影响。
斜拉索1产生索面内或索面外振动时，其振动位移通过环形连接索5传递给转动杠杆7，转动杠杆7带动质量块8、阻尼器9绕销轴12、20分别上下或左右运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆7的放大作用，通过环形连接索5传递回斜拉索1，改变斜拉索1的模态质量、刚度及阻尼，从而抑制斜拉索1的振动；由于转动杠杆7实现上下、左右转动的转动中心不同，转动杠杆7对惯性力、弹性力、阻尼力的放大倍数也不同，使斜拉索1产生索面内或索面外振动的抑振同时达到最优。
环形连接索5可调节长短，在斜拉桥施工阶段即可安装上，抑制斜拉索1施工期间大幅振动及风雨振，保证施工阶段和运营阶段桥梁的安全。
本发明柔性连接的减振装置对景观影响小，更适合于超长索及对桥梁景观要求更严的斜拉索抑振，但安装时对环形连接索5要求更高，质量块8需要更大的质量来保证效果。
本发明柔性连接的减振装置的主体部分置于桥面，安装更便捷，且主体结构与斜拉索1的角度无关，方便实现减振器的规范化设计、制造及安装，确保制安质量及减振效果。质量块8不仅可系统提供惯性力从而提高减振效果，还可为阻尼器9内粘性料提供保护及保温作用，增强减振装置的耐久性及减振效果的稳定性。
本发明的优点：
1、斜拉索不同方向抑振兼顾，减振效果良好。
2、便于调节，方便达到最佳效果。
3、适用于施工阶段和运营阶段桥梁斜拉索抑振。
4、便于实现减振装置的规范化设计、制造与安装。
5、安装、维修方便，对斜拉桥景观影响小。
附图说明
图1是本发明柔性连接空间杠杆质量减振装置的立面示意图；
图2是本发明柔性连接空间杠杆质量减振装置的侧面示意图；
图3是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处构造示意图；
图4是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处A向剖视图；
图5是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处B向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明，该实施例为针对某斜拉桥斜拉索抑振的模拟试验。
图1是本发明柔性连接空间杠杆质量减振装置的立面示意图，图2是本发明柔性连接空间杠杆质量减振装置的侧面示意图。杠杆支座6固定于斜拉桥主梁2上，转动杠杆7通过转动连接构件连接于杠杆支座6上，因转动连接构件设置横向和竖向转动轴，使得转动杠杆7可绕杠杆支座6上下左右转动，转向滑轮10通过固定在桥梁栏杆3上的滑轮固定装置11固定，环形连接索5与连接于斜拉索1上的索夹4相连，环形连接索5两侧分别绕两边的转向滑轮10进行转向，然后与带质量块8的转动杠杆7相连，在质量块8与主梁2之间安装阻尼器9。质量块8通过转动杠杆7对环形连接索5施加预拉力，使环形连接索5始终处于受拉状态。斜拉索1产生索面内或索面外振动时，环形连接索5将斜拉索索夹4处的运动传至转动杠杆7，由转动杠杆7带动质量块8运动产生惯性力，同时由于阻尼器9的部件运动产生阻尼力、弹性力，通过转动杠杆7的放大作用，由环形连接索5传递至斜拉索1，从而抑制斜拉索1的振动，即通过质量块8、阻尼器9分别提供的惯性力、阻尼力和弹性力，经环形连接索5反馈至斜拉索1等振动系统，从而改变了斜拉索1等振动系统的模态质量、模态刚度和模态阻尼，达到斜拉索1减振的目的。转动杠杆7通过杠杆支座6的转动连接构件可实现上下、左右转动，实现对斜拉索1产生索面内或索面外振动的不同放大倍数，使斜拉索1产生索面内或索面外振动的抑振同时达到最优。
图3是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处构造示意图，图4是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处A向剖视图，图5是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处B向剖视图。杠杆支座6通过销轴12支承于支座固定构件16上，轴承13安装于杠杆支座6和销轴12之间，通过挡圈14、挡圈15的设置使得轴承13定位，销轴12通过销轴固定构件17固定在支座固定构件16上。转动杠杆7通过销轴20与杠杆支座6相连，轴承18安装于销轴20与杠杆7之间，设置挡圈19使得轴承18定位，采用销轴固定构件21将销轴20固定于杠杆支座6上。当斜拉索1索面内振动时，环形连接索5带动转动杠杆7上下运动，杠杆支座6内连接转动杠杆7的转动连接构件，绕固定于支座固定构件16上的销轴12上下转动，使质量块8、阻尼器9产生抑制斜拉索1振动的惯性力、阻尼力和弹性力，进而抑制斜拉索1索面内振动。同样，当斜拉索1索面外振动时，杠杆杠杆7内的转动连接构件绕固定于杠杆支座6的销轴20左右转动，抑制斜拉索1索面外振动。通过设置斜拉索1索面内、索面外转动中心不同，可调整斜拉索1索面内转动杠杆放大倍数与斜拉索1索面外杠杆放大位数不同，使减振效果同时达到最优。
Claims (5)
1.一种斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：
环形连接索(5)上部通过索夹(4)与斜拉索(1)连接，环形连接索(5)中部两侧通过转向滑轮(10)实现环形连接索(5)中部的转向，转向后环形连接索(5)下部连接于转动杠杆(7)，环形连接索(5)经连接和转向调整在同一水平面上；转向滑轮(10)通过滑轮固定构件(11)连接于桥梁栏杆(3)，通过调整转向滑轮(10)的安装位置，调整环形连接索(5)的平面与斜拉索(1)的连接角度、环形连接索(5)内部夹角，实现减振效果的调整；转动杠杆(7)的一端通过能够上下、左右转动的转动连接构件，与固定于桥面的杠杆支座(6)连接，使得转动杠杆(7)能够在杠杆支座(6)处上下、左右转动，以接受斜拉索(1)索面内或索面外振动位移经环形连接索(5)的传递，转动杠杆(7)的上下转动对应斜拉索(1)索面内转动，转动杠杆(7)的左右转动对应斜拉索(1)索面外转动，转动杠杆(7)的另一端连接有质量块(8)和阻尼器(9)，并通过质量块(8)的重力使得环形连接索(5)处于受拉状态；
斜拉索(1)产生索面内或索面外振动时，其振动位移通过环形连接索(5)传递给转动杠杆(7)，转动杠杆(7)带动质量块(8)、阻尼器(9)绕索面内转动中心销轴、索面外转动中心销轴分别上下或左右运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆(7)的放大作用，通过环形连接索(5)传递回斜拉索(1)，改变斜拉索(1)的模态质量、刚度及阻尼，从而抑制斜拉索(1)的振动。
2.根据权利要求1所述的斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置的安装调节方法，其特征在于：
由于转动杠杆(7)实现上下、左右转动的转动中心不同，转动杠杆(7)对惯性力、弹性力、阻尼力的放大倍数也不同，斜拉索(1)减振效果的主要由转动杠杆(7)对惯性力、弹性力、阻尼力的放大倍数来确定，影响因素主要有环形连接索(5)安装在转动杠杆(7)的位置、环形连接索(5)索面与斜拉索(1)、转动杠杆(7)的连接角度以及环形连接索(5)索内夹角；因此，定义杠杆放大系数n＝Lb/L0，其中L0为环形连接索(5)在转动杠杆(7)上连接点距索面内转动中心销轴中心的距离，Lb为杠杆质量块(8)中心距索面内转动中心销轴中心的距离；定义α为环形连接索(5)与斜拉索(1)在环形连接索(5)平面上投影的夹角，γ为环形连接索(5)与转动杠杆(7)在环形连接索(5)平面上投影的夹角，β1为斜拉索(1)与其在环形连接索(5)平面上投影的夹角，β2为转动杠杆(7)与其在环形连接索(5)平面上投影的夹角；斜拉索(1)产生索面内或索面外振动提供抑振力的等效放大倍数由下式确定：
n等效面内＝n2cos2αsin2β1/(cos2γsin2β2)
n等效面外＝n2sin2α/sin2γ
式中表明，环形连接索(5)在转动杠杆(7)上距索面内转动中心销轴越近，与斜拉索(1)越接近垂直，转向滑轮(10)高度越接近转动杠杆(7)，减振效果就越好。
3.根据权利要求1所述的斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：在环形连接索(5)与桥面(2)之间安装的阻尼器(9)可采用如油阻尼器、粘性剪切型阻尼器、磁流变阻尼器等被动或半主动阻尼器提供阻尼力。
4.根据权利要求1所述的斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：在杠杆支座(6)处对应斜拉索(1)索面内转动主要由索面内转动中心销轴(12)、轴承(13)、挡圈(14、15)、支座固定构件(16)、销轴固定构件(17)完成，杠杆支座(6)内安装轴承(13)以便于转动，轴承(13)通过挡圈(14、15)定位，穿入索面内转动中心销轴(12)，销轴固定构件(17)将索面内转动中心销轴(12)固定于支座固定构件(16)上。
5.根据权利要求1所述的斜拉索柔性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：在杠杆支座(6)处对应斜拉索(1)索面外转动主要由轴承(18)、挡圈(19)、索面外转动中心销轴(20)、销轴固定构件(21)完成，杠杆支座(6)、转动杠杆(7)通过索面外转动中心销轴(20)连接，转动杠杆(7)中安装轴承(18)以便于转动，轴承(18)通过挡圈(19)定位，穿入索面外转动中心销轴(20)，销轴固定构件(21)将索面外转动中心销轴(20)固定于转动杠杆(7)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GROUP CO., LTD., ZHONGTIE DAQIAO BUREAU Free format text: FORMER OWNER: CHINA ZHONGTIE MAJOR BRIDGE ENGINEERING CO., LTD. Effective date: 20150226 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20150226 Address after: 103 No. 430034 Hubei Province in Qiaokou District of Wuhan city road construction Patentee after: China Zhongtie Major Bridge Engineering Group Co., Ltd. Patentee after: Group Co., Ltd., Zhongtie Daqiao Bureau Address before: 103 No. 430034 Hubei Province in Qiaokou District of Wuhan city road construction Patentee before: China Zhongtie Major Bridge Engineering Group Co., Ltd. Patentee before: China Zhongtie Major Bridge Engineering Co., Ltd. |
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| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 103 No. 430000 Hubei Province in Qiaokou District of Wuhan city road construction Patentee after: BRIDGE SCIENCE AND TECHNOLOGY INSTITUTE CO., LTD., CHINA RAILWAY ENGINEERING GROUP Patentee after: Group Co., Ltd., Zhongtie Daqiao Bureau Address before: 103 No. 430034 Hubei Province in Qiaokou District of Wuhan city road construction Patentee before: China Zhongtie Major Bridge Engineering Group Co., Ltd. Patentee before: Group Co., Ltd., Zhongtie Daqiao Bureau |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200622 Address after: 430000 No.29 Hanxi Road, Qiaokou District, Wuhan City, Hubei Province Co-patentee after: China Zhongtie Major Bridge Engineering Group Co.,Ltd. Patentee after: China Railway Qiaoyan Technology Co., Ltd Co-patentee after: CHINA RAILWAY BRIDGE SCIENCE RESEARCH INSTITUTE, Ltd. Address before: No. 103 430000 Qiaokou District in Hubei province Wuhan city road construction Co-patentee before: China Zhongtie Major Bridge Engineering Group Co.,Ltd. Patentee before: CHINA RAILWAY BRIDGE SCIENCE RESEARCH INSTITUTE, Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |