CN101709567B - 一种斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刚性连接的空间杠杆质量减振装置，由刚性连接杆将斜拉索索面内和索面外的振动位移传递到转动杠杆，而转动杠杆一端通过纵向连接构件与杠杆支座连接，且能够绕杠杆支座上下转动和绕自身中心轴转动，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，振动位移通过刚性连接杆传递给转动杠杆，带动转动杠杆、质量块、阻尼器上下或绕转动杠杆中心轴转动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，索面外振动时杠杆支座与纵向连接构件的高阻尼结合还提供转动摩阻力和粘滞力，经过转动杠杆的放大作用，通过刚性连接杆传递回斜拉索，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，安装维修方便，对景观影响很小。

Description

一种斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置

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

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。此外，连接索是非线性结构，理论计算参数与实际相差较大，不易达到理想的减振效果，且要求在使用过程中一直处于受拉状态，对安装时张拉工艺、重物重量要求较高。同时，连接索需通过滑轮转向，滑轮的固定装置刚度要求较高，构件尺寸较大，对桥梁的景观也将造成一定影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种刚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刚性连接杆，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连接构件与杠杆支座连接，纵向连接构件的一端与转动杠杆采用耳叉式连接方式，使得转动杠杆能够以杠杆支座为轴上下转动，纵向连接构件的另一端呈圆柱体伸入杠杆支座上的圆孔内，使得转动杠杆能够绕自身中心轴转动，纵向连接构件的圆柱体与杠杆支座上部的伸入圆孔间设置摩擦环和高阻尼材料，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，其振动位移通过刚性连接杆传递给转动杠杆，带动转动杠杆、质量块、阻尼器上下或绕转动杠杆中心轴转动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，斜拉索索面外振动时再通过摩擦环和高阻尼材料提供摩阻力和粘滞力，经过转动杠杆的放大作用，通过刚性连接杆传递回斜拉索，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：

刚性连接的空间杠杆质量减振装置主要由索夹4’、刚性连接杆5’、杠杆支座6’、转动杠杆7’、质量块8’、阻尼器9’、杠杆夹12’、销轴10’、11’、13’等组成；刚性连接杆5’上部通过索夹4’、销轴10’与斜拉索1’连接，下部通过杠杆夹12’、销轴11’连接于转动杠杆7’，通过调整刚性连接杆5’与斜拉索1’的连接角度和杠杆夹12’在转动杠杆7’上的连接位置，实现减振效果的调整；转动杠杆7’的一端通过能够实现上下转动的销轴13’并采用耳叉式连接方式与伸入杠杆支座6’的纵向连接构件14’相连接，固定于桥面2’上的杠杆支座6’限制了纵向连接构件14’竖向运动，使得转动杠杆7’能够绕纵向连接构件14’上的销轴13’上下转动，以接受斜拉索1’索面内振动位移经刚性连接杆5’的传递，纵向连接构件14’伸入杠杆支座6’上圆孔内部分构造为圆柱体，与转动杠杆7’连接端为耳板形，使得转动杠杆7’带动纵向连接构件14’圆柱体能够在杠杆支座6’圆孔内内绕自身中心轴转动，以接受斜拉索1’索面外振动位移经刚性连接杆5’的传递；转动杠杆7’的另一端连接有质量块8’和阻尼器9’，以提供抑振力。

在刚性连接杆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。

刚性连接的空间杠杆质量减振装置调节减振效果的方法为：定义杠杆放大系数n＝L_b/L₀，这里L₀为杠杆夹12’距销轴13’中心的距离，L_b为杠杆质量块8’中心到销轴13’中心的距离，α为刚性连接杆5’与斜拉索1’的夹角，β为刚性连接杆5’与转动杠杆7’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＝n²sin²α/sin²β

式中表明，影响斜拉索减振效果的因素主要有杠杆夹12’安装在转动杠杆7’上的位置、刚性连接杆5’与斜拉索1’、转动杠杆7’的连接角度，杠杆夹12’离销轴13’越近，刚性连接杆5’与斜拉索1’越接近垂直，减振效果越好；另外质量块8’重量、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’产生索面内振动时，振动位移通过刚性连接杆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13’上下运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆7’的放大作用，通过刚性连接杆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。

斜拉索1’产生索面外振动时，振动位移通过刚性连接杆5’传递给转动杠杆7’，转动杠杆7’带动质量块8’、阻尼器9’及纵向连接构件14’圆柱体绕转动杠杆7’自身中心轴转动，杠杆支座6’与纵向连接构件14’的结合面采用高阻尼方式，杠杆支座6’圆孔内与纵向连接构件14’圆柱体间设置摩擦环和高阻尼橡胶阻尼材料提供转动摩阻力和粘滞力，质量块8’、阻尼器9’提供惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆7’的放大作用，通过刚性连接杆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。

刚性连接杆5’可调节长短，在斜拉桥施工阶段即可安装上，抑制拉索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。

本发明将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；减振器质量块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、斜拉索索面内、索面外抑振兼顾，减振效果良好。

2、减振效果容易调节，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是本发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的立面示意图；

图2是本发明刚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是本发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的立面示意图，图2是本发明刚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’经纵向连接构件通过销轴13’支承于杠杆支座6’上，转动杠杆7’能够以杠杆支座6’上销轴13’为转动轴上下转动且能够绕转动杠杆7’中心轴转动，刚性连接杆5’与连接于斜拉索1’上的索夹4’通过销轴10’相连，另一端通过销轴11’与连接于转动杠杆7’的杠杆夹12’相连，在质量块8’与主梁2’之间安装阻尼器9’；斜拉索1’索面内振动时，刚性连接杆5’将斜拉索1’索夹4’处的运动传至转动杠杆7’，引起质量块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，由刚性连接杆5’传递至斜拉索1’，从而抑制斜拉索1’的索面内振动；斜拉索1’索面外运动时，刚性连接杆5’带动转动杠杆7’转动，通过杠杆支座6’的摩阻力和质量块8’、阻尼器9’的惯性力、阻尼力、弹性力控制转动，达到索面外减振的作用；刚性连接杆5’端的销轴10’、11’可方便各角度的实现，使斜拉桥上不同位置斜拉索的减振装置主体结构的设计、制造、安装达到规范化；由于杠杆支座6’、转动杠杆7’、质量块8’及阻尼器9’设在栏杆以内，对斜拉桥的景观影响小。

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。纵向连接构件14’伸入杠杆支座6’圆孔中，中间设置轴承16’、摩擦环15’，摩擦环15’与杠杆支座6’圆孔间填充阻尼材料17’，纵向连接构件14’另一端设置轴承18’，通过销轴13’与转动杠杆7’相连，设置挡圈19’方便销轴13’定位，销轴13’通过销轴固定装置20’固定在转动杠杆7’上。当斜拉索1’索面内振动时，刚性连接杆5’带动转动杠杆7’及其中装置绕销轴13’上下转动，质量块8’及阻尼器9’提供抑振力；当斜拉索1’索面外振动时，刚性连接杆5’带动转动杠杆7’、纵向连接构件14’绕自身中心轴转动，杠杆支座6’圆孔内阻尼材料17’、摩擦环15’提供转动时的摩阻力，与质量块8’、阻尼器9’提供惯性力、阻尼力、弹性力一起抑制斜拉索1’索面外振动。

Claims (4)

1.一种斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：刚性连接杆(5’)上部通过索夹(4’)、销轴(10’)与斜拉索(1’)连接，下部通过杠杆夹(12’)、销轴(11’)连接于转动杠杆(7’)，通过调整刚性连接杆(5’)与斜拉索(1’)的连接角度和杠杆夹(12’)在转动杠杆(7’)上的连接位置，实现减振效果的调整；转动杠杆(7’)的一端通过能够实现上下转动的销轴(13’)并采用耳叉式连接方式与伸入杠杆支座(6’)的纵向连接构件(14’)相连接，固定于桥面(2’)上的杠杆支座(6’)限制了纵向连接构件(14’)竖向运动，使得转动杠杆(7’)能够绕纵向连接构件(14’)上的销轴(13’)上下转动，以接受斜拉索(1’)索面内振动位移经刚性连接杆(5’)的传递，纵向连接构件(14’)伸入杠杆支座(6’)上圆孔内部分构造为圆柱体，与转动杠杆(7’)连接端为耳板形，使得转动杠杆(7’)带动纵向连接构件(14’)圆柱体能够在杠杆支座(6’)圆孔内绕自身中心轴转动，以接受斜拉索(1’)索面外振动位移经刚性连接杆(5’)的传递；转动杠杆(7’)的另一端连接有质量块(8’)和阻尼器(9’)，以提供抑振力；

斜拉索(1’)产生索面内振动时，振动位移通过刚性连接杆(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(13’)上下运动，产生惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆(7’)的放大作用，通过刚性连接杆(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；

斜拉索(1’)产生索面外振动时，振动位移通过刚性连接杆(5’)传递给转动杠杆(7’)，转动杠杆(7’)带动质量块(8’)、阻尼器(9’)及纵向连接构件(14’)圆柱体绕转动杠杆(7’)自身中心轴转动，杠杆支座(6’)与纵向连接构件(14’)的高阻尼结合提供转动摩阻力和粘滞力，质量块(8’)、阻尼器(9’)提供惯性力、弹性力、阻尼力，再经过转动杠杆(7’)的放大作用，通过刚性连接杆(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所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置的减振效果调整方法，其特征在于：

斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置的减振效果主要由转动杠杆(7’)对惯性力、弹性力、阻尼力及转动摩阻力和粘滞力的放大倍数来确定；定义杠杆放大系数n＝L_b/L₀，其中L₀为杠杆夹(12’)距销轴(13’)中心的距离，Lb为杠杆质量块(8’)中心到销轴(13’)中心的距离，α为刚性连接杆(5’)与斜拉索(1’)的夹角，β为刚性连接杆(5’)与转动杠杆(7’)的夹角；转动杠杆(7’)对斜拉索(1)提供抑振力的等效放大倍数由下式确定：

n_等效＝n²sin²α/sin²β

式中表明，影响斜拉索减振效果的因素主要有杠杆夹(12’)安装在转动杠杆(7’)上的位置、刚性连接杆(5’)与斜拉索(1’)和转动杠杆(7’)的连接角度，杠杆夹(12’)离销轴(13’)越近，刚性连接杆(5’)与斜拉索(1’)越接近垂直，减振效果越好。

3.根据权利要求1所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：在刚性连接杆(5’)与桥面(2’)之间安装的阻尼器(9’)采用油阻尼器或粘性剪切型阻尼器或磁流变阻尼器提供阻尼力。

4.根据权利要求1所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置，其特征在于：杠杆支座(6’)圆孔内与纵向连接构件(14’)圆柱体间设置摩擦环和高阻尼橡胶阻尼材料提供转动摩阻力和粘滞力。

Images