CN105220616B - 一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，包括多根辅助索，所述辅助索连接主缆、拉索以及桥面和桥塔，形成索网减振体系。所述辅助索包括辅助索索体、结点装置、桥面连接装置和桥塔连接装置；所述辅助索索体通过所述结点装置连接主缆与拉索；所述桥面连接装置和所述桥塔连接装置将所述辅助索索体与桥面和桥塔相连。所述辅助索索体由两股并行布置的记忆合金丝组成，且所述两股记忆合金丝之间间隔采用固索夹相连，固索夹两端分别钳制在两股记忆合金丝上。所述结点装置包括索夹、调节套筒及第一锚具，所述调节套筒通过螺杆分别与所述索夹和所述第一锚具进行连接。本发明通过辅助索的连接，有效抑制拉索的振动。

Description

一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，涉及一种用于斜拉－悬索协作桥的索网减振体系。

背景技术

拉索是斜拉—悬索协作桥的关键构件，长细比大，阻尼小质量轻，在风雨、交通活载作用下容易发生振动，由于其基频很低，模态密集，因此在较低的风速下就可引起拉索的复杂振动。持续的拉索振动对于拉索的使用十分不利，其根部会由于反复的弯曲应力而导致疲劳破坏，同时，拉索的振动还会引起刚性护筒及其锚具的破坏，严重时造成拉索失效，且拉索的反复振动也会使人对桥梁的安全和可靠性产生怀疑，从而导致心理上的不安。随着大跨径斜拉—悬索协作桥的建设需要和未来跨径的不断增加，拉索的振动问题日益突出，尤其是超长拉索的振动问题已成为极限跨径的制约因素。对比拉索的风致振动的几种控制措施优劣：a)空气动力学措施行之有效，但理论未成熟，需要验证；b)减振阻尼器应用成熟，但其抑振效率受到诸多条件的限制；c)机械措施：例如辅助索对于超过400m的超长斜拉索，可以有效的抑制振动。因此，辅助索可以作为未来斜拉—悬索协作桥中长拉索抗风措施设计的重点。

辅助索是将若干根索相互连接起来，通过连接，将辅助索长拉索转换为相对较短的索，提高了索网体系整体的刚度和各阶振型的广义质量，增加拉索的机械阻尼和气动阻尼，拉索振动时各模态间相互耦合，从而有效的抑制索的振动。目前辅助索的应用只在国外某些斜拉桥中得以实现，这些工程应用表明，辅助索减振措施可以有效的减小多种类型的斜拉索振动，例如风雨激振和驰振等。但传统应用于斜拉桥拉索的辅助索存在长期使用中易松弛、抗疲劳性能差、安装张拉难度大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，能够有效抑制协作体系桥中超长拉索的振动，从而提高拉索的使用寿命。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，包括多根辅助索，所述辅助索连接主缆、拉索以及桥面和桥塔，形成索网减振体系。

所述辅助索包括辅助索索体、结点装置、桥面连接装置和桥塔连接装置；所述辅助索索体通过所述结点装置连接主缆与拉索；所述桥面连接装置和所述桥塔连接装置将所述辅助索索体与桥面和桥塔相连。

所述辅助索索体由两股并行布置的记忆合金丝组成，且所述两股记忆合金丝之间间隔采用固索夹相连，固索夹两端分别钳制在两股记忆合金丝上。

所述结点装置包括索夹、调节套筒及第一锚具，所述调节套筒通过螺杆分别与所述索夹和所述第一锚具进行连接。

所述辅助索索体通过调节套筒和索夹与拉索或主缆垂直交叉连接。

所述索夹的上下两部分通过螺栓连接锁紧于拉索或主缆上，所述索夹通过两侧耳板与调节套筒的延伸杆构件利用销轴连接。

所述索夹的内表面进行粗糙处理设置摩擦层，所述摩擦层与拉索或主缆间增设高阻尼橡胶层。

所述调节套筒包括外部套筒和内部螺杆，所述外部套筒和所述内部螺杆之间通过预制的螺纹进行连接，所述外部套筒两端侧内壁带有反向的螺纹。

所述第一锚具包括螺母、主体锚板和楔形夹片，所述主体锚板上面设有两个安装孔，辅助索索体通过所述楔形夹片固定位于所述安装孔内，所述螺母顶紧主体锚板。

所述主体锚板的形状呈椭圆形。

所述桥面连接装置或所述桥塔连接装置包括锚板、转换连接件及第二锚具，所述锚板利用高强螺栓固定在桥面或桥塔上，并通过叉耳连接件与转换连接件连接，所述第二锚具与第一锚具构造相同，锚固辅助索索体并与转换连接件连接。

所述转换连接件呈扁平的方环形，两端穿孔附带螺纹连接螺杆。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过辅助索的连接，减小了长拉索的自由长度，将拉索相互连接成整体，提高了索网体系的整体刚度和各阶振型的广义质量，使拉索振动时各模态间相互耦合，从而有效抑制拉索的振动。

本发明中辅助索索体采用记忆合金丝材料，具有形状记忆功能和超弹性等优良特性，可以给索网提供更大的内阻尼，有效抑制拉索在外界各种激励下所导致的振动，同时在外力作用下产生较大变形，避免索夹对拉索(主缆)带来的硬性冲击伤害。

本发明中辅助索索体两股记忆合金丝之间每隔一定间距采用固索夹相连，能有效抑制辅助索索体自身的振动，减小辅助索振动对拉索(主缆)的伤害，同时提高辅助索自身的使用寿命。

本发明中辅助索通过与桥面(桥塔)相连接，使索网的振动受到桥面(桥塔)的抑制作用，可以提高索网的自振频率，更好的抑制索网的振动。

本发明中索网结点装置的锚具结构和调节套筒具有调整索力的功能，可以保证辅助索索体在长期运营期间具有足够的张力。

本发明中辅助索系统连接结构简单，可以保证索体与拉索之间的相互垂直，且具有安装、维护施工方便的优势，使用期间可以方便地更换索体。

本发明通过辅助索的连接，将长索转换成为相对较短的短索，提高拉索振动频率，提供较大的内阻尼，可以有效抑制主缆和长拉索在各种外界激励下导致的振动，能够方便调节辅助索张力，且便于更换。

附图说明

图1为本发明实施例的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系的整体结构示意图。

图2为单根辅助索的剖视图。

图3为结点装置的结构示意图。

图4为辅助索索体的结构示意图。

图5为辅助索的固索夹的结构示意图。

图6为桥面连接装置的结构示意图。

图7为索夹结构的俯视图。

图8为索夹结构的侧视图。

图9为索夹结构的正视图。

图10为第一锚具的结构示意图。

图11为第一锚具中主体锚板的结构示意图。

图12为叉耳连接件的剖视图。

图13为叉耳连接件的正视图。

其中：1为桥塔，2为桥面，3为主缆，4为拉索，5为辅助索，51为辅助索索体，52为第一锚具，53为调节套筒，54为索夹，55为转换连接件，56为锚板，57为第二锚具，511为记忆合金丝，512为固索夹，521为主体锚板，522为螺母，523为楔形夹片，524为安装孔，531为外部套筒，532为内部螺杆，541为摩擦层，542为高阻尼橡胶层，543为两侧耳板，544为螺栓，545为销轴，561为叉耳连接件。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，图1为本发明实施例的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系的整体结构示意图。一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，包括多根辅助索5，所述辅助索5连接主缆3、拉索4以及桥面2和桥塔1，形成索网减振体系。

所述辅助索5包括辅助索索体51、结点装置、桥面连接装置和桥塔连接装置；所述辅助索索体51通过所述结点装置连接主缆3与拉索4；所述桥面连接装置和所述桥塔连接装置将所述辅助索索体51与桥面2和桥塔1相连，提高索网整体刚度。如图2所示，图2为单根辅助索的剖视图。

其中，所述辅助索索体51(结构如图4所示，图4为辅助索索体的结构示意图。)由两股并行布置的记忆合金丝511组成，增大体系的内阻尼，且所述两股记忆合金丝511之间每隔两米左右采用固索夹512(结构如图5所示，图5为辅助索的固索夹的结构示意图。)相连，固索夹512两端分别钳制在两股记忆合金丝511上，使两者之间的振动相互关联，可以减小辅助索索体51自身的振动，提高其使用寿命。该材料具有形状记忆功能和超弹性等优良特性，可以给体系提供更大的内阻尼，能有效抑制拉索在外界各种激励下所导致的振动。所述辅助索索体51需施加较大的初张力，以避免其在大幅振动过程中由于张力过低而导致辅助索索体51受到冲击。

所述结点装置包括索夹54(结构如图7～9所示，图7为索夹结构的俯视图，图8为索夹结构的侧视图，图9为索夹结构的正视图。)、调节套筒53及第一锚具52，所述调节套筒53通过螺杆分别与所述索夹54和所述第一锚具52进行连接。如图3所示，图3为结点装置的结构示意图。

所述辅助索索体51通过调节套筒53和索夹54与拉索4或主缆3垂直交叉连接。

所述索夹54的上下两部分通过螺栓544连接锁紧于拉索4或主缆3上，所述索夹54通过两侧耳板543与调节套筒53的延伸杆构件利用销轴545连接，可以允许小幅转动，具有一定灵活性，方便施工。

所述索夹54的内表面进行粗糙处理设置摩擦层541，可以起到防止索夹下滑的作用，同时振动时产生的摩擦力可以有效耗散振动能量。摩擦层541与拉索4或主缆3间增设高阻尼橡胶层542，产生挤压变形既保护了拉索4或主缆3的索体，又能提供较高的内阻尼。

所述调节套筒53包括外部套筒531和内部螺杆532，所述外部套筒531和所述内部螺杆532之间通过预制的螺纹进行连接，所述外部套筒531两端侧内壁带有反向的螺纹，通过转动外部套筒531来拧紧或拧松内部螺杆532，可以调节辅助索索体51的索力。通过调节套筒53可以实现对索力的控制，这样既能保证安装时的控制索力达到设计值，又能确保在运营期间辅助索具有足够的张力。

所述第一锚具52(结构图10和11所示，图10为第一锚具的结构示意图，图11为第一锚具中主体锚板的结构示意图。)包括螺母522、主体锚板521和楔形夹片523，所述主体锚板521上面设有两个安装孔524，辅助索索体51通过所述楔形夹片523固定位于所述安装孔524内，索体张拉时，所述螺母522顶紧主体锚板521。辅助索索体51中的两股记忆合金丝511穿过主体锚板521上的两个安装孔524，张拉后通过楔形夹片523固定，张拉索体时拧紧螺母522顶紧主体锚板521，张拉完成后通过旋转拧紧螺母522可以调整张拉力。同时，通过调节套筒53也可以实现对索力的控制，这样既能保证安装时的控制索力达到设计值，又能确保在运营期间辅助索具有足够的张力。

所述主体锚板521的形状呈椭圆形。

如图6所示，图6为桥面连接装置的结构示意图。所述桥面连接装置或所述桥塔连接装置包括锚板56、转换连接件55及第二锚具57，所述锚板56利用高强螺栓固定在桥面2或桥塔1上，并通过叉耳连接件561(结构如图12和13所示，图12为叉耳连接件的剖视图，图13为叉耳连接件的正视图。)与转换连接件55连接。所述第二锚具57与第一锚具52构造相同，用来锚固辅助索索体51，并与转换连接件55相连接。

所述转换连接件55呈扁平的方环形，两端穿孔附带螺纹连接螺杆，通过转换转换连接件55可以调节索力。转换连接件55调整索力的基本原理与调节套筒53相似，通过旋转转换连接件55带动孔内穿过的螺杆移动，可以实现对辅助索索体51的张拉力进行调节。所述螺杆须用螺母拧紧固定，防止松动脱落。

利用以上设计，辅助索能够将多根拉索和主缆连接起来，将长拉索分段为相对较短的索，提高了拉索的刚度和自振频率，桥面连接装置和桥塔连接装置将索网与桥面或桥塔相连，使索网的振动受到桥面和桥塔的抑制作用。高阻尼橡胶层542和索体中记忆合金丝511的设计能够进一步提供系统更高的内阻尼，抑制拉索振动。另外，利用固索夹将两根记忆合金丝连接起来，可以减小辅助索索体自身的振动，提高辅助索寿命。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：包括多根辅助索，所述辅助索连接主缆、拉索以及桥面和桥塔，形成索网减振体系；所述辅助索包括辅助索索体、结点装置、桥面连接装置和桥塔连接装置；所述辅助索索体通过所述结点装置连接主缆与拉索；所述桥面连接装置和所述桥塔连接装置将所述辅助索索体与桥面和桥塔相连。

2.根据权利要求1所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述辅助索索体由两股并行布置的记忆合金丝组成，且所述两股记忆合金丝之间间隔采用固索夹相连，固索夹两端分别钳制在两股记忆合金丝上。

3.根据权利要求1所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述结点装置包括索夹、调节套筒及第一锚具，所述调节套筒通过螺杆分别与所述索夹和所述第一锚具进行连接。

4.根据权利要求1所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述辅助索索体通过调节套筒和索夹与拉索或主缆垂直交叉连接。

5.根据权利要求3所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述索夹的上下两部分通过螺栓连接锁紧于拉索或主缆上，所述索夹通过两侧耳板与调节套筒的延伸杆构件利用销轴连接；优选的，所述索夹的内表面进行粗糙处理设置摩擦层，所述摩擦层与拉索或主缆间增设高阻尼橡胶层。

6.根据权利要求3所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述调节套筒包括外部套筒和内部螺杆，所述外部套筒和所述内部螺杆之间通过预制的螺纹进行连接，所述外部套筒两端侧内壁带有反向的螺纹。

7.根据权利要求3所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述第一锚具包括螺母、主体锚板和楔形夹片，所述主体锚板上面设有两个安装孔，辅助索索体通过所述楔形夹片固定位于所述安装孔内，所述螺母顶紧主体锚板；优选的，所述主体锚板的形状呈椭圆形。

8.根据权利要求1所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述桥面连接装置或所述桥塔连接装置包括锚板、转换连接件及第二锚具，所述锚板利用高强螺栓固定在桥面或桥塔上，并通过叉耳连接件与转换连接件连接，所述第二锚具与转换连接件连接。

9.根据权利要求8所述的用于斜拉—悬索协作桥的索网减振体系，其特征在于：所述转换连接件呈扁平的方环形，两端穿孔附带螺纹连接螺杆。