CN104631322B - 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器 - Google Patents

一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器 Download PDF

Info

Publication number
CN104631322B
CN104631322B CN201510059994.9A CN201510059994A CN104631322B CN 104631322 B CN104631322 B CN 104631322B CN 201510059994 A CN201510059994 A CN 201510059994A CN 104631322 B CN104631322 B CN 104631322B
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative stiffness
cable
damper
damping
spring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201510059994.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104631322A (zh
Inventor
李惠
周鹏
刘敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology Shenzhen
Original Assignee
Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology Shenzhen filed Critical Harbin Institute of Technology Shenzhen
Priority to CN201510059994.9A priority Critical patent/CN104631322B/zh
Publication of CN104631322A publication Critical patent/CN104631322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104631322B publication Critical patent/CN104631322B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/16—Suspension cables; Cable clamps for suspension cables ; Pre- or post-stressed cables
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F13/00—Units comprising springs of the non-fluid type as well as vibration-dampers, shock-absorbers, or fluid springs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

本发明提供了一种拉索减振的被动弹簧‑阻尼负刚度阻尼器。包括两套基于预压缩弹簧的负刚度部分、连接臂、油阻尼器部分和外框架，两套基于预压缩弹簧的负刚度部分对称位于连接臂的两侧，并与连接臂的两端铰接，连接臂与油阻尼器部分的活塞杆上端固定连接，油阻尼器的底端与外框架底端固定连接。本发明可以实现被动控制下的负刚度，从而显著增加原油阻尼器对拉索振动的控制效果；通过调节预压缩弹簧的刚度系数、原始长度和压缩量，可以实现不同的负刚度及控制效果。

Description

一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器
技术领域
本发明涉及拉索减振控制领域，具体涉及一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器。
背景技术
随着斜拉桥跨度的增加，作为主要受力构件的斜拉索长度也在不断增加。长度的增加使得拉索柔性增加，阻尼减小，在风、风-雨等外部荷载作用下，拉索大幅振动时有发生。而这种振动会造成拉索的疲劳破坏和加速腐蚀，因此抑制拉索大幅振动成为了桥梁工程中的挑战。
目前，基于控制机理，拉索的减振控制方法主要分为三类：一是气动措施，主要是改变拉索表面形状或缠绕螺旋线，但此种方法需通过风动试验确定，一旦实施，无法更改，且只对特定机理的风致振动有效；二是辅助索方法，即通过辅助索把拉索连为整体，增加面内刚度，减少拉索的有效长度，但辅助索的存在显著影响斜拉桥的景观，且只增加索网面内刚度，并不耗散振动能量；三是安装机械阻尼器方法，即在拉索靠近主梁一端安装阻尼器。对于线性粘滞阻尼器，其能给拉索附加阻尼比与安装位置和拉索振动模态有关，且最优只能达到安装位置与拉索全长比值的一半。为克服这种限制，Li和Johnson等人提出利用磁流变阻尼器进行拉索的半主动控制，可显著提高控制效果。Li等人的进一步研究表明，磁流变阻尼器半主动控制中力-位移的滞回曲线有明显的负刚度趋势，而负刚度可以使阻尼器与拉索连接处位移增大，耗能增加，阻尼器能提供更大的阻尼比，具有更好的减振效果。
但基于磁流变阻尼器的半主动控制需要传感器实时的采集拉索的振动信息，并通过控制器计算控制命令，使得基于磁流变阻尼器的半主动控制系统的运营复杂且需要实时的维护，使其实际应用受到限制。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的在于提供一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，用于实现对拉索尤其是超长拉索附加更大模态阻尼比和更好的振动控制效果。
本发明目的是这样实现的：一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，包括两套基于预压缩弹簧的负刚度部分、连接臂、油阻尼器部分和外框架，两套基于预压缩弹簧的负刚度部分对称位于连接臂的两侧，并与连接臂的两端铰接，每套基于预压缩弹簧的负刚度部分包括滑动轴承、预压缩弹簧、挡板、直线轴承杆和支臂，直线轴承杆上依次安装挡板、预压缩弹簧和滑动轴承，滑动轴承能够沿直线轴承杆上的开槽自由运动，预压缩弹簧位于滑动轴承和挡板之间，支臂的一端与外框架固定连接，支臂的另外一端与直线轴承杆的一端铰接，滑动轴承的一端与连接臂的一端铰接；连接臂与油阻尼器部分的活塞杆上端固定连接，油阻尼器的底端与外框架的底端固定连接。
本发明还具有如下技术特征：本阻尼器在使用时，斜拉桥拉索与油阻尼器部分的活塞杆上端固定连接，外框架底端与斜拉桥主梁固定连接，活塞杆运动离开平衡位置时，预压缩弹簧在垂直与活塞杆方向上合力为零，沿活塞杆方向形成背离平衡点即负刚度的出力。
本发明具有负刚度趋势的出力可以使阻尼器与拉索连接处位移增大，耗能增加，阻尼器能提供更大的阻尼比，具有更好的减振效果；本发明可以在不利用半主动控制的磁流变阻尼器，即不需要实时反馈和控制器等复杂系统的被动控制中，实现具有负刚度趋势的阻尼器出力，进而附加给拉索较大的模态阻尼比、取得较好的控制效果。
附图说明
图1为一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器示意图；
图2为一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器在斜拉桥上安装示意图；
图3为本发明阻尼器与油阻尼器力-位移滞回曲线对比示意图(8mm，1Hz力-位移滞回曲线对比图)；
图4为本发明阻尼器与油阻尼器控制效果对比图；(a)拉索一阶；
(b)拉索二阶(横轴坐标xd/L中xd为阻尼器安装位置，L为拉索长度)。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1，
结合图1，一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，包括两套基于预压缩弹簧的负刚度部分、连接臂、油阻尼器部分和外框架，两套基于预压缩弹簧的负刚度部分对称位于连接臂10的两侧，并与连接臂10的两端铰接，每套基于预压缩弹簧的负刚度部分包括滑动轴承1、预压缩弹簧2、挡板3、直线轴承杆4、支臂5，直线轴承杆4上依次安装挡板3、预压缩弹簧2和滑动轴承1，滑动轴承1能够沿直线轴承杆4上的开槽自由运动，预压缩弹簧3位于滑动轴承1和挡板3之间，支臂5的一端与外框架6固定连接，支臂5的另外一端与直线轴承杆4的一端铰接，滑动轴承1的一端与连接臂10的一端铰接；连接臂10与油阻尼器部分的活塞杆9上端固定连接，油阻尼器8的底端与外框架底端7固定连接。本阻尼器在使用时，斜拉桥拉索11与油阻尼器部分的活塞杆9上端固定连接，外框架底端7与斜拉桥主梁12固定连接，活塞杆9运动离开平衡位置时，预压缩弹簧在垂直与活塞杆方向上合力为零，沿活塞杆9方向形成背离平衡点即负刚度的出力。
实施例2，
结合图2，本发明提供一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器底部固定安装到斜拉桥主梁上，而被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器的活塞杆上端安装到斜拉索上，当拉索在风、风-雨等激励下发生大幅振动时，被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器产生负刚度出力，增大连接处的位移响应，增加耗能，给拉索提供更大的阻尼比，取得更好的控制效果。
实施例3，
结合图3-4，本发明一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器的有效性在模型试验中得到很好的验证，图3为本发明阻尼器与油阻尼器力-位移滞回曲线对比图(实线为油阻尼器，虚线为本发明阻尼器)，可见本发明阻尼器的出力具有明显的负刚度特征；图4为本发明阻尼器与油阻尼器控制效果对比图，即拉索的一、二阶附加模态阻尼比与安装位置的关系(点划线为无控结果，三角标线为油阻尼器的结果，正方形标线为本发明阻尼器的结果)。从图中可知，无控状态下，拉索的一、二阶模态阻尼比很小，拉索易发生大幅振动；安装阻尼器后，本发明阻尼器相比于油阻尼器，给拉索提供的一、二阶附加模态阻尼比显著增大，控制效果显著提高。
本发明针对基于磁流变阻尼器半主动控制的缺点，是一种不依赖实时反馈、控制器和出力可控的磁流变阻尼器，能实现被动控制下阻尼器即具有负刚度特性的出力，即本发明提出的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器：一方面可以简化控制系统，便于实际应用；另一方面，显著增大阻尼器与拉索连接处的位移，增加耗能，给拉索尤其是超长拉索提供更大的阻尼比和更好的减振效果。

Claims (2)

1.一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，包括两套基于预压缩弹簧的负刚度部分、连接臂、油阻尼器部分和外框架，其特征在于：两套基于预压缩弹簧的负刚度部分对称位于连接臂的两侧，并与连接臂的两端铰接，每套基于预压缩弹簧的负刚度部分包括滑动轴承、预压缩弹簧、挡板、直线轴承杆和支臂，直线轴承杆上依次安装挡板、预压缩弹簧和滑动轴承，滑动轴承能够沿直线轴承杆上的开槽自由运动，预压缩弹簧位于滑动轴承和挡板之间，支臂的一端与外框架固定连接，支臂的另外一端与直线轴承杆的任意一端铰接，滑动轴承的一端与连接臂的一端铰接；连接臂与油阻尼器部分的活塞杆上端固定连接，油阻尼器的底端与外框架底端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器，其特征在于：使用时，斜拉桥拉索与油阻尼器部分的活塞杆上端固定连接，外框架的底端与斜拉桥主梁固定连接，活塞杆运动离开平衡位置时，预压缩弹簧在垂直与活塞杆方向上合力为零，沿活塞杆方向形成背离平衡点即负刚度的出力。
CN201510059994.9A 2015-01-29 2015-01-29 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器 Expired - Fee Related CN104631322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510059994.9A CN104631322B (zh) 2015-01-29 2015-01-29 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510059994.9A CN104631322B (zh) 2015-01-29 2015-01-29 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104631322A CN104631322A (zh) 2015-05-20
CN104631322B true CN104631322B (zh) 2016-08-31

Family

ID=53210523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510059994.9A Expired - Fee Related CN104631322B (zh) 2015-01-29 2015-01-29 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104631322B (zh)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106013489B (zh) * 2016-06-04 2019-02-01 上海大学 一种附带阻尼多向负刚度装置
CN108302155B (zh) * 2017-12-08 2019-08-02 沈阳远大装备科技有限公司 准零刚度隔振装置的群调方法以及该隔振装置和系统
CN110145044B (zh) * 2019-05-15 2024-05-07 北京工业大学 负刚度阻尼减震装置
CN112942104B (zh) * 2021-04-21 2023-03-03 华北水利水电大学 一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置及设计方法
CN113293879B (zh) * 2021-06-28 2023-01-06 华中科技大学 一种可实现复阻尼自适应控制特性的被动减震装置
CN114278699B (zh) * 2021-11-16 2024-03-05 中国石油大学(华东) 二维平面负刚度装置
CN114108904A (zh) * 2021-12-03 2022-03-01 江西理工大学 一种减振、震单层索网幕墙系统
CN114960402B (zh) * 2022-05-26 2023-03-24 同济大学 一种拉吊索可调刚度高阻尼橡胶减振装置及其安装方法
CN115095621B (zh) * 2022-05-26 2023-03-28 同济大学 一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法
CN115418932B (zh) * 2022-09-08 2025-09-26 中国地质大学（武汉） 一种用于大跨度桥梁结构的负刚度抗震装置
CN116180566B (zh) * 2023-02-16 2026-05-01 同济大学 一种拉索面内外振动控制的内置负刚度阻尼系统
CN115976941B (zh) * 2023-02-24 2026-04-21 同济大学 一种拉索面内外振动控制的外置负刚度阻尼系统
CN116356687B (zh) * 2023-03-06 2025-10-24 同济大学 一种拉索双向振动控制的流体惯容阻尼系统
CN117359650B (zh) * 2023-08-29 2024-07-05 江苏建科土木工程技术有限公司 基于耦合加载机构的建筑缆索加载力主动控制方法
CN120925420B (zh) * 2025-10-15 2026-02-03 保利长大工程有限公司 用于斜拉索的减振装置、减振系统及斜拉桥

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3217331B2 (ja) * 1999-08-19 2001-10-09 本州四国連絡橋公団 ケーブル又は管状体若しくは棒状体の制振装置及びその製造方法
JP4623696B2 (ja) * 2001-07-18 2011-02-02 住友ゴム工業株式会社 並列ケーブルの制振装置
CN102277831B (zh) * 2011-05-13 2012-12-26 大连海事大学 一种斜拉桥梁的斜拉索结构
CN103469731A (zh) * 2013-09-27 2013-12-25 无锡圣丰建筑新材料有限公司 桥梁拉索外置式阻尼器
CN203890883U (zh) * 2014-02-28 2014-10-22 同济大学 全方位斜拉索振动控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN104631322A (zh) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104631322A (zh) 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器
CN107355509B (zh) 一种利用杠杆原理的电涡流减振装置
CN112867833B (zh) 高空提升施工的水平振动控制方法
CN104594520B (zh) 一种多维可调碰撞耗能减振装置
CN202954450U (zh) 一种双向水平可调减振控制装置
CN106704439B (zh) 一种基于对称组合式空气弹簧的质量调谐阻尼器
CN205711702U (zh) 一种适用于索－梁耦合振动的斜拉索减振阻尼装置
CN107864662B (zh) 多功能滞后流变装置
CN103016605B (zh) 一种参数可调的液阻式动力吸振器
CN103306394B (zh) 一种混合型双向可调式减振器
CN104404886B (zh) 双索复合阻尼索
CN106836543A (zh) 串联机制的可调被动负刚度阻尼器
CN207846738U (zh) 一种基于sma调谐质量阻尼器
CN107121274A (zh) 一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置与系统
CN108775994A (zh) 一种基于磁流变弹性体变频阻尼器减振试验装置与系统
CN101550733A (zh) 拉索端部弹性约束振动控制装置
CN203905194U (zh) 一种球面调谐质量阻尼器减振控制装置
CN113789879B (zh) 一种滑轮式调谐质量电涡流阻尼器
CN203808279U (zh) 一种圆筒式金属橡胶隔震支座
CN206128341U (zh) 一种用于大跨度结构的减震装置
CN107130511A (zh) 一种磁浮式智能控制斜拉索阻尼装置及阻尼调节方法
CN207032551U (zh) 串联机制的可调被动负刚度阻尼器
CN105002997B (zh) 一种开敞式阻尼器布置机构
CN106368343A (zh) 一种垂度阻尼索
CN204266130U (zh) 双索复合阻尼索

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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20160831

Termination date: 20170129

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee