CN105220614A - 一种摆轴式散索鞍 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种摆轴式散索鞍，包括鞍体和底座，所述鞍体的底部设有横向的凹槽，所述底座的顶面设有对应鞍体底部凹槽的凸台，所述凸台的顶面为弧形曲面结构，底座和鞍体装配在一起后，凸台的弧形曲面与凹槽的底面形成直线接触关系，该直线作为鞍体和底座活动联接的虚拟摆轴。本发明以简单结构，可靠地实现了摆轴动作，摆轴转动角度范围较大且转动灵活，同时摆轴处能够持久、可靠地承受巨大的作用力，其在悬索桥工程中受力可靠、稳定性好、安全性高。

Description

一种摆轴式散索鞍

技术领域

本发明涉及悬索桥工程用的散索鞍，具体是一种摆轴式散索鞍。

背景技术

悬索桥主缆的架设和固定是通过散索鞍的转角和位移，来实现主缆散索后各索股的应力均匀，进而保证悬索桥建设和安全的可靠性。由此可见，散索鞍是悬索桥工程中的重要承载构件。

目前，国内常见的悬索桥散索鞍为摆轴式散索鞍，如图1至图4所示：其主要由活动联接在一起的鞍体1和底座2组成，即鞍体1根据主缆受力情况，能够在底座2上顺着主缆的延伸方向作前、后摆动，这样能够适应悬索桥所受动态载荷的转化调整。前述轴摆式散索鞍的具体结构是：在鞍体1的底面开设有横向(相对主缆延伸的纵向而言)的凹槽，在底座2的顶面亦开设有横向的凹槽，二者的凹槽相互对应；在鞍体1底面的凹槽内装配有上承板3，上承板3的底面为平面，在上承板3的宽度中线上间隔开设有多个直径约50mm的圆孔；在底座2顶面的凹槽内装配有下承板5，下承板5的顶面为弧形曲面，在下承板5的宽度中线上间隔开设有多个直径约50mm的圆孔；上承板3和下承板5通过两两对应孔内所装配的锥形钢销4(锥形钢销4在长度上分为圆柱段和锥形段，圆柱段用于装入下承板5内、锥形段用于装入上承板3内)连接在一起，以此使上承板3的底平面和下承板5的圆弧顶面形成线性接触，实现鞍体1与底座2之间的活动联接；鞍体1与底座2在长度方向上的相对位置，是由鞍体1凹槽内的侧面所设置的侧板6来调整的。前述轴摆式散索鞍的具体工作原理是：当上承板3处于水平位置时，锥形钢销4的锥形段圆周(尤其是锥形钢销4的上部)不与上承板3的圆孔接触，而是形成一定的环空间隙；当上承板3底平面沿下承板5的弧形顶面转动一定角度时，则锥形钢销4与上承板3的圆孔孔壁产生接触挤压，以此限制上承板3继续沿下承板5弧形曲面的转动。

通过对上述现有摆轴式散索鞍的结构分析可以清楚的看出：

1.现有摆轴式散索鞍的活动联接结构过于复杂，其存在零部件数量多、制造步骤繁琐、安装不便(光调整位置的侧板嵌装就非常麻烦)、制造成本高等缺点；

2.更甚的是，作为定位和限位而使用的锥形钢销，在使用过程中，为了限位防止鞍体不再继续转动，锥形钢销与上承板圆孔孔壁接触后会承受非常大的挤压和剪切力，而且这种对作用力的承受是长期的；众所周知，在悬索桥工程中，散索鞍安装后的约100年设计工作寿命期内，锥形钢销是无法进行更换的；由此可见，现有摆轴式散索鞍的活动联接结构随着长时间的服役，作为活动联接结构关键零件的锥形钢销将不可避免的出现疲劳损伤，最终导致断裂损坏，这必然会危及整个悬索桥工程的使用安全性和可靠性；

3.现有摆轴式散索鞍的活动联接结构决定了鞍体在底座上的转动角度小，甚至会转动困难，因而容易导致散索鞍无法可靠地根据悬索桥所受动态载荷变化而进行有效、灵活的转化调整，进而导致主缆的各索股的应力不够均匀，影响了悬索桥的安全可靠性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、受力持久且可靠、转动角度范围大且转动灵活、稳定性好、安全性高的轴摆式散索鞍。

本发明所采用的技术方案是：一种摆轴式散索鞍，包括鞍体和底座，所述鞍体的底部设有横向的凹槽，所述底座的顶面设有对应鞍体底部凹槽的凸台，所述凸台的顶面为弧形曲面结构，底座和鞍体装配在一起后，凸台的弧形曲面与凹槽的底面形成直线接触关系，该直线作为鞍体和底座活动联接的虚拟摆轴。

所述凹槽的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、底面直线型线和另一侧侧壁斜型线构成，凹槽的内底部宽度小于口部宽度；所述凸台的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、顶面弧形型线和另一侧侧壁斜型线构成，凸台的底部宽度大于顶部宽度；所述凸台的两侧侧壁斜型线的斜度分别对应的小于凹槽两侧侧壁的斜型线的斜度，凸台的两侧侧壁与凹槽的对应两侧侧壁分别留有摆动间隙。进一步的，所述凸台的两侧侧壁斜型线与顶面弧形型线分别平滑过渡衔接。

所述凹槽从鞍体的底部左、右两侧贯通。

所述底座的顶面具有大于鞍体底部左右两侧间宽度的横向沉槽，所述鞍体坐落在底座顶面的沉槽内，鞍体的底部左、右两侧与沉槽上对应的侧壁分别留有调整间隙。

所述散索鞍的鞍体和底座之间的虚拟摆轴的接触应力满足下述关系式：

${\mathrm{\σ}}_j=0.418\·\sqrt{\frac{R\·E}{l_e\·r_{sb}}}\≤\[{\mathrm{\σ}}_j\];$

式中：σ_j为虚拟摆轴的接触应力；

R_sb为凸台弧形曲面的圆弧半径；

l_e为凹槽底面和凸台弧形曲面的有效接触长度；

E为材料弹性模量，对于钢材，可取E＝2.10×10⁵MPa；

[σ_j]为材料容许接触应力，按所选用材料硬度及相应的标准、规范取用；

R为虚拟摆轴上的总荷载，该总载荷按下式计算：

$R=2F_c\·\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{sa}-{\mathrm{\θ}}_{s_s}}{2}\right)+G_s\·cos\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{sa}+{\mathrm{\θ}}_{ss}}{2}\right);$ 其中，G_s为散索鞍重力；F_c为单根主缆拉力，取锚跨缆力和边跨缆力中的较大值；θ_sa为计算缆力对应的主缆锚跨切线角；θ_ss为计算缆力对应的主缆边跨切线角。

本发明的有益效果：上述结构的散索鞍以简单结构(具有制造简单、方便装配、节约材料、制造成本低等特点)，可靠地实现了摆轴动作，摆轴转动角度范围较大(至少相对现有锥形钢销的很大)且转动灵活，同时摆轴处能够持久、可靠地承受巨大的作用力，其在悬索桥工程中受力可靠、稳定性好、安全性高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有摆轴式散索鞍的结构示意图。

图2是图1中局部Ⅰ的放大图。

图3是图1的侧视图。

图4是图3中局部Ⅱ的放大图。

图5是本发明的一种结构示意图。

图6是图5中局部Ⅰ的放大图。

图7是图5的侧视图。

图8是图7中局部Ⅱ的放大图。

图中代号含义：1—鞍体；2—底座；3—上承板；4—锥形钢销；5—下承板；6—侧板；7—凹槽；8—凸台；9—限位止口；10—沉槽。

具体实施方式

实施例1

参见图5至图8所示，本发明为悬索桥工程用的散索鞍，其包括鞍体1和底座2，鞍体1和底座2以活动联接结构装配在一起。

具体的，鞍体1的底部设有横向(相对主缆延伸方向的纵向而言的)的凹槽7，该凹槽7从鞍体1的底部左、右两侧贯通。前述凹槽7的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、底面直线型线和另一侧侧壁斜型线构成，两侧侧壁斜型线的斜度具体应视特定悬索桥的设计要求(包括底座2顶面凸台8的设计要求)而定，通常为3～15°(例如5°、8°、10°或13°等)，凹槽7的内底部(即处于上位的槽底)宽度小于口部(即处于下位的开口部)宽度。

底座2顶面用于装配鞍体1的部位为沉槽10结构，即沉槽10相对底座2顶面横向设置；要求该沉槽10的横向两侧侧壁(即限位止口9)的间距大于鞍体1底部左右两侧间的宽度(即凹槽7的长度)，如此便使装配在一起的鞍体1左、右两侧与沉槽10上对应的侧壁(即限位止口9)间留有调整间隙，这样既能有效保证装配在一起后的鞍体1灵活摆动，又能保证鞍体1和底座2装配时的便利性和可靠性。前述沉槽10内的底座2顶面设有对应鞍体1底部凹槽7的凸台8，通常凸台8的左、右两端与沉槽10的左、右侧壁贯通一体，即凸台8亦横向设置，要求该凸台8的顶面为弧形曲面结构；前述凸台8的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、顶面弧形型线和另一侧侧壁斜型线构成，凸台8的两侧侧壁斜型线与顶面弧形型线分别平滑过渡衔接，凸台8两侧侧壁斜型线的斜度具体应视特定悬索桥的设计要求(包括鞍体1底部凹槽7的设计要求)而定，通常为1～10°(例如1°、3°、5°或8°等)，由此可以看出，凸台8的两侧侧壁斜型线的斜度分别对应的小于凹槽7两侧侧壁的斜型线的斜度，如此便能使凸台8的两侧侧壁与凹槽7的对应两侧侧壁间分别留有摆动间隙，凸台8的底部(即处于下位的根部-亦即沉槽10底面处)宽度大于顶部(即处于上位的弧形曲面根部处)宽度，而且凸台8的有效高度(即弧形曲面顶点垂直于沉槽10底面的高度)大于凹槽7的有效深度(即鞍体1底部底面垂直于凹槽7底面的高度)，二者的差值应视特定悬索桥的设计要求而定(主要考虑因素为允许鞍体在底座上的最大摆动角度)。

上述底座2通过顶部的凸台8与鞍体1底部的凹槽7装配在一起后，底座2上的凸台8的弧形曲面与鞍体1上的凹槽7的底面形成直线接触关系，该接触直线作为鞍体1和底座2活动联接的虚拟摆轴，此结构可使鞍体1以虚拟摆轴为摆动中心，在底座2上作前、后方向(即顺着主缆延伸方向的纵向)的摆动。

本发明的鞍体1和底座2之间的虚拟摆轴的接触应力满足下述关系式：

${\mathrm{\σ}}_j=0.418\·\sqrt{\frac{R\·E}{l_e\·r_{sb}}}\≤\[{\mathrm{\σ}}_j\];$

式中：σ_j为虚拟摆轴的接触应力；

R_sb为凸台8弧形曲面的圆弧半径；

l_e为凹槽7底面和凸台8弧形曲面的有效接触长度；

E为材料弹性模量，对于钢材，可取E＝2.10×10⁵MPa；

[σ_j]为材料容许接触应力，按所选用材料硬度及相应的标准、规范取用；

R为虚拟摆轴上的总荷载，该总载荷按下式计算：

其中，G_s为散索鞍重力；F_c为单根主缆拉力，取锚跨缆力和边跨缆力中的较大值；θsa为计算缆力对应的主缆锚跨切线角；θss为计算缆力对应的主缆边跨切线角。

实施例2

本实施例的其它结构与实施例1相同，不同之处在于：鞍体底部的凹槽设计成横向并列的多个，底座顶部的凸台亦为横向并列的多个，每个凸台分别对应鞍体上的一个凹槽。此结构虽能在一定程度上实现本发明的发明目的，但其制造难度和制造成本将超过实施例1，然而，其受力性能却不及实施例1；但是，本实施例的结构，只要鞍体上的凹槽数量和底座上的凸台数量合理时，其相较现有的锥形钢销连接限位的摆轴式散索鞍而言，性能明显优于它。

上述各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种摆轴式散索鞍，包括鞍体(1)和底座(2)，其特征在于，所述鞍体(1)的底部设有横向的凹槽(7)，所述底座(2)的顶面设有对应鞍体(1)底部凹槽(7)的凸台(8)，所述凸台(8)的顶面为弧形曲面结构，底座(2)和鞍体(1)装配在一起后，凸台(8)的弧形曲面与凹槽(7)的底面形成直线接触关系，该直线作为鞍体(1)和底座(2)活动联接的虚拟摆轴。

2.根据权利要求1所述摆轴式散索鞍，其特征在于，所述凹槽(7)的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、底面直线型线和另一侧侧壁斜型线构成，凹槽(7)的内底部宽度小于口部宽度；所述凸台(8)的端面呈等腰梯形状，其端面的轮廓型线主要由顺序衔接的一侧侧壁斜型线、顶面弧形型线和另一侧侧壁斜型线构成，凸台(8)的底部宽度大于顶部宽度；所述凸台(8)的两侧侧壁斜型线的斜度分别对应的小于凹槽(7)两侧侧壁的斜型线的斜度，凸台(8)的两侧侧壁与凹槽(7)的对应两侧侧壁分别留有摆动间隙。

3.根据权利要求2所述摆轴式散索鞍，其特征在于，所述凸台(8)的两侧侧壁斜型线与顶面弧形型线分别平滑过渡衔接。

4.根据权利要求1或2所述摆轴式散索鞍，其特征在于，所述凹槽(7)从鞍体(1)的底部左、右两侧贯通。

5.根据权利要求1所述摆轴式散索鞍，其特征在于，所述底座(2)的顶面具有大于鞍体(1)底部左右两侧间宽度的横向沉槽(10)，所述鞍体(1)坐落在底座(1)顶面的沉槽(10)内，鞍体(1)的底部左、右两侧与沉槽(10)上对应的侧壁分别留有调整间隙。

6.根据权利要求1、2或5所述摆轴式散索鞍，其特征在于，所述散索鞍的鞍体(1)和底座(2)之间的虚拟摆轴的接触应力满足下述关系式：

${\mathrm{\σ}}_j=0.418\·\sqrt{\frac{R\·E}{l_e\·r_{sb}}}\≤\[{\mathrm{\σ}}_j\];$

式中：σ_j为虚拟摆轴的接触应力；

R_sb为凸台(8)弧形曲面的圆弧半径；

l_e为凹槽(7)底面和凸台(8)弧形曲面的有效接触长度；

E为材料弹性模量，对于钢材，可取E＝2.10×10⁵MPa；

[σ_j]为材料容许接触应力，按所选用材料硬度及相应的标准、规范取用；

R为虚拟摆轴上的总荷载，该总载荷按下式计算：

$R=2F_c\·\sin \left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{sa}-{\mathrm{\θ}}_{s_s}}{2}\right)+G_s\·cos\left(\frac{{\mathrm{\θ}}_{sa}+{\mathrm{\θ}}_{ss}}{2}\right);$ 其中，G_s为散索鞍重力；F_c为单根主缆拉力，取锚跨缆力和边跨缆力中的较大值；θ_sa为计算缆力对应的主缆锚跨切线角；θ_ss为计算缆力对应的主缆边跨切线角。