CN102561184A - 一种斜拉索外置式竖向减振装置 - Google Patents

Abstract

一种斜拉索外置式竖向减振装置，主要设置刚性连接杆、支座、销轴、连接杠杆、杠杆、连接筒、质量块、上容器、下容器和加劲板，产生索面内振动时，将振动位移经刚性连接杆传递给杠杆，连接筒、质量块、上容器在连接杠杆带动下绕销轴转动，上容器插板剪切下容器内的阻尼液，产生惯性力、阻尼力、弹性力，抑制斜拉索的索面内振动；产生索面外振动时，将振动位移经刚性连接杆传递给杠杆，杠杆绕自身轴线转动，带动摩擦装置与连接筒内壁发生相对转动，产生摩擦力，抑制杠杆绕自身轴线转动，进而抑制斜拉索的索面外振动。

Description

一种斜拉索外置式竖向减振装置

技术领域

本发明涉及一种抑制斜拉索振动的减振装置，尤其适用于斜拉桥斜拉索的短索或索水平倾角较大索的振动控制，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索面内、索面外振动的减振装置。

背景技术

与本发明最为相近的现有技术是专利号为CN200910272400.7、公开号为CN101709567A、公开日为2010.05.19的“一种斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置”发明，该发明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，从而抑制斜拉索索面内或索面外的振动，但该发明在实际中存在如下缺陷：1、由于斜拉索索面外振动时，通过杠杆支座上圆孔内摩擦环和高阻尼材料提供摩阻力和粘滞力，受减振装置内部腔体空间限制，索面外振动控制效果有限；2、由于采用固定长度刚性连接杆，且转动杠杆一端连接质量块及阻尼器，随着施工过程中索力的调整，斜拉索垂度和主梁线形均发生变化，导致索夹安装位置发生变化，在连接杆的带动下，质量块与阻尼器绕转动轴发生上下转动，因内置的阻尼器腔体空间有限，容易发生碰撞而导致减振装置阻尼器失效或毁坏，需要针对施工阶段和运营期人为进行安装位置调整，较不方便；3、景观效果和减振效果不能兼顾，对短索或倾角较大的拉索适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种斜拉索外置式竖向减振装置，主要设置刚性连接杆、支座、销轴、连接杠杆、杠杆、连接筒、质量块、上容器、下容器和加劲板，产生索面内振动时，将振动位移经刚性连接杆传递给杠杆，连接筒、质量块、上容器在连接杠杆带动下绕销轴转动，上容器插板剪切下容器内的阻尼液，产生惯性力、阻尼力、弹性力，抑制斜拉索的索面内振动；产生索面外振动时，将振动位移经刚性连接杆传递给杠杆，杠杆绕自身轴线转动，带动摩擦装置与连接筒内壁发生相对转动，产生摩擦力，抑制杠杆绕自身轴线转动，进而抑制斜拉索的索面外振动。

本发明的技术方案是这样实现的：

所述斜拉索外置式竖向减振装置，主要由索夹2，刚性连接杆4，支座6，销轴3、5、7，连接杠杆8，盖板9，杠杆10，轴座顶板11，轴座底板12，连接筒13，质量块14，上容器15，下容器16和加劲板17组成，其特征是：

刚性连接杆4一端通过销轴3与固定在斜拉索1上的索夹2连接，另一端通过销轴5与杠杆10连接，以实现传递斜拉索1的振动位移；连接杠杆8一端通过销轴7与固定在主梁18上的支座6连接，另一端与连接筒13上端焊接成一体，实现连接杠杆8以销轴7为轴上下转动；连接筒13下端与质量块14焊接成一体，质量块14内部设置上容器15，质量块14与上容器15两者之间填注混凝土，除配重加大抑振力外，兼有保温隔热作用；主梁18上对应上容器15的位置固定设置下容器16，下容器16腔室中填有阻尼液26，上容器15插板插入下容器16腔室内的阻尼液26中，相互运动时即产生阻尼力和弹性力，主梁18上对应质量块14的两侧设置加劲板17；斜拉索1索面内振动时，将振动位移经刚性连接杆4传递给杠杆10，连接筒13、质量块14、上容器15在连接杠杆8、杠杆10带动下绕销轴7转动，上容器15插板剪切下容器16内的阻尼液26，产生惯性力、阻尼力、弹性力，抑制连接筒13、质量块14、上容器15在连接杠杆8带动下绕销轴7转动，进而抑制斜拉索1的索面内振动；

杠杆10两端分别托放在连接杠杆8和焊接于连接筒13上的轴座底板12上，分别经盖板9和轴座顶板11压盖而与连接杠杆8和连接筒13连成一体，杠杆10能绕自身轴转动；杠杆10下端伸入连接筒13内部，杠杆10下末端安装螺杆21，连接筒13内部设有摩擦装置23，摩擦装置23一端与薄钢片27下端连接，薄钢片27上端安装在螺杆21上，并通过螺栓22拧紧固定，摩擦装置23另一端与连接筒13内壁紧贴当杠杆10绕自身轴线转动时，带动摩擦装置23与连接筒13内壁发生相对转动产生摩擦力；斜拉索1索面外振动时，将振动位移经刚性连接杆4传递给杠杆10，杠杆10绕自身轴线转动，带动摩擦装置23与连接筒13内壁发生相对转动，产生摩擦力，抑制杠杆10绕自身轴线转动，进而抑制斜拉索1的索面外振动；

所述斜拉索外置式竖向减振装置，杠杆10两端与盖板9和轴座顶板11之间装配轴承20，盖板9和轴座顶板11采用沉头螺栓19压紧，实现杠杆10绕自身轴转动，其余构件不动；连接筒13内部摩擦装置23的另一端内侧以挤压方式设置弹簧24，弹簧24提供的正压力实现摩擦装置23与连接筒13内壁的紧贴，保证正压力施加持续稳定，避免出现因正压力施加故障而导致摩擦装置23无效；

所述斜拉索外置式竖向减振装置，质量块14外表面安装限位摩擦挡块25，限制拉索1面外振动时连接筒13、质量块14及上容器15的位移，同时限位摩擦挡块25与加劲板17之间产生摩擦力，抑制斜拉索1的索面外振动；

所述斜拉索外置式竖向减振装置，支座6及连接筒13均采用标准规格矩形钢管制作；

所述斜拉索外置式竖向减振装置，其安装调试方法为：

在斜拉索施工阶段安装除下容器16外的减振装置构件，利用摩擦装置23、限位摩擦挡块25提供摩擦力，抑制斜拉索1的风雨振动；

安装调试使刚性连接杆4轴线与斜拉索1垂直，保证斜拉索1振动时位移全部传递给刚性连接杆4，减小传递给杠杆10的位移损失，保证抑振力达到最大；

通过改变销轴7距主梁18高度，进而改变销轴5与销轴7的距离，从而调整斜拉索1的索面内抑振力的放大倍数，该放大倍数由销轴5距上容器15插板中心距离与销轴5距销轴7距离的比值来确定，销轴7距主梁18高度越大，索面内放大倍数越大，并且安装调试销轴5和销轴7距离主梁18的高度，使销轴5和销轴7轴心连线与刚性连接杆4轴线垂直，使斜拉索1位移全部传递给杠杆10，减小位移损失，保证减振效果最优；

通过改变摩擦装置23距主梁18高度，进而调整销轴5距摩擦装置23的距离，从而调整斜拉索1的索面外抑振力的放大倍数，该放大倍数由销轴5距摩擦装置23的距离与销轴5距销轴7距离的比值来确定，摩擦装置23距主梁18距离越小，索面外放大倍数越大；

在运营阶段补充安装下容器16，填充阻尼液26，提供阻尼力、弹性力，进一步加强抑振效果，与摩擦力共同抑制斜拉索1的索面内外振动；

结合确定刚性连接杆4轴线与斜拉索1垂直、销轴5和销轴7距离主梁18的高度、摩擦装置23距主梁18高度，经数值分析计算确定下容器16内填充阻尼液26的最优用量，使阻尼力最优，保证减振效果。

本发明综合摩擦耗能和阻尼减振，除索夹规格、连接杆长度需分别设计外，其余部分可实行规范设计、制造和施工，特别针对斜拉索索面外振动设置摩擦装置，有效地提高了斜拉索索面外减振能力，摩擦发生装置可靠，抑振持久，尤其对大振幅振动效果良好，在斜拉桥施工阶段安装上可很好地抑制拉索施工期间大幅振动及风雨振，成桥后补充安装阻尼发生装置，可避免因桥面荷载变化产生拉索与主梁相对位移过大导致减振器破坏的问题，同时加强减振效果，特别地粘弹性减振对拉索小振幅控制良好，摩擦减振对拉索大振幅控制良好，摩擦力与阻尼力共同作用，互相补充，保障施工阶段和运营阶段桥梁的安全。

本发明的优点：

1、摩擦耗能机理明确，简单可行；

2、弹簧作为正压力施加装置，施力稳定，效果持久；

3、索面内外振动抑振效果兼顾；

4、减振效果不受环境影响，性能稳定；

5、仅需调整销轴5与销轴7的位置，即可使两轴连接线与拉索平行，适应各种拉索倾角的变化，使位移损失最小，大大提高阻尼效率；

6、解决了短索减振器景观效果与抑振效果无法兼顾的问题，适用于各种长短索，造型简洁，对桥梁景观影响小；

7、适用于施工阶段和运营阶段桥梁斜拉索抑振。

8、构造简单，方便加工，现场装配作业量小，提高安装效率。

附图说明

图1是本发明实施例的立面示意图；

图2是本发明实施例的杠杆、连接筒内部构造立面图；

图3是本发明实施例的阻尼器上下容器、加劲板构造立面图；

图4是本发明实施例的阻尼器上下容器、加劲板构造侧面图。

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是本发明实施例的立面示意图。索夹2固定于斜拉索1上，支座6、下容器16固定于斜拉索主梁18上，连接杠杆8一端通过销轴7与支座6连接，另一端与连接筒13焊为一体；刚性连接杆4分别通过销轴3、销轴5连接索夹2、杠杆10，传递斜拉索1的位移给杠杆10，杠杆10两端设置轴承，分别安装在连接杠杆8和与连接筒13焊接的轴座底板12上，与盖板9、轴座顶板11压为一体，杠杆10下部伸入连接筒13中，其间设置摩擦装置，提供摩擦力；连接筒13与填注混凝土的质量块14焊为一体，上容器15内置于质量块14内部，共同运动；支座6外表面与主梁之间安装加劲板17，加强支座6的刚度，并与限位摩擦挡块25配合提供摩擦力；

图2为本发明实施例的杠杆、连接筒内部构造立面图。杠杆10两端装配轴承20，安装在连接杠杆8、轴座底板12相应位置处，盖上盖板9、轴座顶板11，用沉孔螺栓19拧紧压实，实现斜拉索1索面内运动时一起上下转动；杠杆10下端伸入连接筒13内部，末端安装螺杆21；摩擦装置23与薄钢片27下端连接，薄钢片27上端则安装在螺杆21上，并通过螺栓22拧紧固定，摩擦装置23在弹簧24提供的正压力作用下与连接筒13内壁紧贴，由于弹簧24具有压缩性，保证了正压力施加持续稳定，避免出现因正压力施加故障导致摩擦装置无效的情况；当斜拉索1索面外振动时，杠杆10带动摩擦装置23与连接筒13内壁发生相对转动，产生摩擦力；

图3为本发明实施例的阻尼器上下容器、加劲板构造立面图，图4是本发明实施例的阻尼器上下容器、加劲板构造侧面图。质量块14与连接筒13焊为一体，质量块14内置上容器15，两者之间填注混凝土，除配重加大抑振力外，兼有保温隔热作用，使内部上下容器15、16温度不致过高，保证阻尼液26阻尼性能的稳定性；下容器16腔室中填有阻尼液26，底板与主梁18或焊接或螺栓固定连接，上容器15插板插入下容器16腔室内的阻尼液26中，相互运动时即产生阻尼力和弹性力，抑制拉索1振动；质量块14外表面与加劲板17间放置有限位摩擦挡块25，限制斜拉索1索面外振动时连接筒13、质量块14、上容器15的转动。

斜拉索1发生索面内振动时，斜拉索1位移经索夹2、刚性连接杆4，传至杠杆10，带动连接筒13、质量块14、上容器15共同上下转动，上容器15与下容器16内阻尼液26发生剪切运动，产生阻尼力、弹性力，抑制斜拉索1索面内振动；斜拉索1发生索面外振动时，斜拉索1位移经索夹2、刚性连接杆4，传至杠杆10，使杠杆10带动摩擦装置23与连接筒13发生相对转动，产生摩擦力，抑制斜拉索1索面外振动。

Claims (5)

1.一种斜拉索外置式竖向减振装置，主要由索夹(2)、刚性连接杆(4)、支座(6)、销轴(3、5、7)、连接杠杆(8)、盖板(9)、杠杆(10)、轴座顶板(11)、轴座底板(12)、连接筒(13)、质量块(14)、上容器(15)、下容器(16)和加劲板(17)组成，其特征是：

刚性连接杆(4)一端通过销轴(3)与固定在斜拉索(1)上的索夹(2)连接，另一端通过销轴(5)与杠杆(10)连接，以实现传递斜拉索(1)的振动位移；连接杠杆(8)一端通过销轴(7)与固定在主梁(18)上的支座(6)连接，另一端与连接筒(13)上端焊接成一体，实现连接杠杆(8)以销轴(7)为轴上下转动；连接筒(13)下端与质量块(14)焊接成一体，质量块(14)内部设置上容器(15)，质量块(14)与上容器(15)两者之间填注混凝土，除配重加大抑振力外，兼有保温隔热作用；主梁(18)上对应上容器(15)的位置固定设置下容器(16)，下容器(16)腔室中填有阻尼液(26)，上容器(15)插板插入下容器(16)腔室内的阻尼液(26)中，相互运动时即产生阻尼力和弹性力，主梁(18)上对应质量块(14)的两侧设置加劲板(17)；斜拉索(1)索面内振动时，将振动位移经刚性连接杆(4)传递给杠杆(10)，连接筒(13)、质量块(14)、上容器(15)在连接杠杆(8)、杠杆(10)带动下绕销轴(7)转动，上容器(15)插板剪切下容器(16)内的阻尼液(26)，产生惯性力、阻尼力、弹性力，抑制连接筒(13)、质量块(14)、上容器(15)在连接杠杆(8)带动下绕销轴(7)转动，进而抑制斜拉索(1)的索面内振动；

杠杆(10)两端分别托放在连接杠杆(8)和焊接于连接筒(13)上的轴座底板(12)上，分别经盖板(9)和轴座顶板(11)压盖而与连接杠杆(8)和连接筒(13)连成一体，杠杆(10)能绕自身轴转动；杠杆(10)下端伸入连接筒(13)内部，杠杆(10)下末端安装螺杆(21)，连接筒(13)内部设有摩擦装置(23)，摩擦装置(23)一端与薄钢片(27)下端连接，薄钢片(27)上端安装在螺杆(21)上，并通过螺栓(22)拧紧固定，摩擦装置(23)另一端与连接筒(13)内壁紧贴当杠杆(10)绕自身轴线转动时，带动摩擦装置(23)与连接筒(13)内壁发生相对转动产生摩擦力；斜拉索(1)索面外振动时，将振动位移经刚性连接杆(4)传递给杠杆(10)，杠杆(10)绕自身轴线转动，带动摩擦装置(23)与连接筒(13)内壁发生相对转动，产生摩擦力，抑制杠杆(10)绕自身轴线转动，进而抑制斜拉索(1)的索面外振动。

2.根据权利要求1所述斜拉索外置式竖向减振装置的安装调试方法，其特征是：

在斜拉索施工阶段安装除下容器(16)外的减振装置构件，利用摩擦装置(23)、限位摩擦挡块(25)提供摩擦力，抑制斜拉索1的风雨振动；

安装调试使刚性连接杆(4)轴线与斜拉索(1)垂直，保证斜拉索(1)振动时位移全部传递给刚性连接杆(4)，减小传递给杠杆(10)的位移损失，保证抑振力达到最大；

通过改变销轴(7)距主梁(18)高度，进而改变销轴(5)与销轴(7)的 距离，从而调整斜拉索(1)的索面内抑振力的放大倍数，该放大倍数由销轴(5)距上容器(15)插板中心距离与销轴(5)距销轴(7)距离的比值来确定，销轴(7)距主梁(18)高度越大，索面内放大倍数越大，并且安装调试销轴(5)和销轴(7)距离主梁(18)的高度，使销轴(5)和销轴(7)轴心连线与刚性连接杆(4)轴线垂直，使斜拉索(1)位移全部传递给杠杆(10)，减小位移损失，保证减振效果最优；

通过改变摩擦装置(23)距主梁(18)高度，进而调整销轴(5)距摩擦装置(23)的距离，从而调整斜拉索(1)的索面外抑振力的放大倍数，该放大倍数由销轴(5)距摩擦装置(23)的距离与销轴(5)距销轴(7)距离的比值来确定，摩擦装置(23)距主梁(18)距离越小，索面外放大倍数越大；

在运营阶段补充安装下容器(16)，填充阻尼液(26)，提供阻尼力、弹性力，进一步加强抑振效果，与摩擦力共同抑制斜拉索(1)的索面内外振动；

结合确定刚性连接杆(4)轴线与斜拉索(1)垂直、销轴(5)和销轴(7)距离主梁(18)的高度、摩擦装置(23)距主梁(18)高度，经数值分析计算确定下容器(16)内填充阻尼液(26)的最优用量，使阻尼力最优，保证减振效果。

3.根据权利要求1所述斜拉索外置式竖向减振装置，其特征是：杠杆(10)两端与盖板(9)和轴座顶板(11)之间装配轴承(20)，盖板(9)和轴座顶板(11)采用沉头螺栓(19)压紧，实现杠杆(10)绕自身轴转动，其余构件不动；连接筒(13)内部摩擦装置(23)的另一端内侧以挤压方式设置弹簧(24)，弹簧(24)提供的正压力实现摩擦装置(23)与连接筒(13)内壁的紧贴，保证正压力施加持续稳定，避免出现因正压力施加故障而导致摩擦装置(23)无效。

4.根据权利要求1所述斜拉索外置式竖向减振装置，其特征是：质量块(14)外表面安装限位摩擦挡块(25)，限制拉索(1)面外振动时连接筒(13)、质量块(14)及上容器(15)的位移，同时限位摩擦挡块(25)与加劲板(17)之间产生摩擦力，抑制斜拉索(1)的索面外振动。

5.根据权利要求1所述斜拉索外置式竖向减振装置，其特征是：支座(6)及连接筒(13)均采用标准规格矩形钢管制作。 

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