CN106638311A - 多索复合阻尼索 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多索复合阻尼索。本发明的技术要点是，它包括一根主索和围绕该主索分布的至少一根副索，且至少一根副索位于该主索的上方；所述主索和副索的下端与固定于地面的锚碇连接，主索的上端通过主索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接，副索的上端通过副索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接；所述主索与各副索之间以及各副索之间设置有吊杆。本发明提供了一种可在远距离有相对运动的两结构间安装，并具有与在相距很近的两结构间安装阻尼器基本相等的耗能减振效果的多索复合阻尼索。

Description

多索复合阻尼索

技术领域

本发明属于结构减振技术领域，具体涉及一种多索复合阻尼索。

背景技术

粘滞阻尼器由于其耗能能力强，工作可靠，鲁棒性好，安装方便，费用低等优点，各种各样的粘滞阻尼器被广泛应用于结构抗风和抗震。但粘滞阻尼器对结构振动进行耗能减振时，需要安装在一个与该结构有相对运动的附近的点上，通过结构与该点的相对运动驱动阻尼器的活塞杆与缸体发生往复相对运动进行耗能，从而减小结构的振动。超高层建筑在地震或风的作用下会发生较大幅度的横向震动(或振动)，现有减振技术采用调频质量阻尼器(Tune mass damper，简称TMD)进行减振，但其质量大，需要占用结构的多层空间，并且费用高。当地震来临时，由于地震持续时间短，TMD可能来不及启动。特别是悬臂施工的大跨度桥梁，桥梁合拢前的大悬臂阶段，在强风作用下会发生大幅的竖向和横向摆动，给结构和人员安全带来极大隐患。目前一般采用竖向吊杆控制竖向振动，TMD控制横向振动。如果采用斜向拉索控制桥梁横向振动，拉索在重力作用下会产生较大的垂度(引直线连接索的两端点，直线与索所形成的弧线的最大距离)，这种垂度降低索的轴向刚度，从而降低了索对结构摆动的作用。若需要减小垂度的影响，需要更大的索力，但这样会导致未合拢的桥梁发生过大的变形。也正是因为拉索垂度的影响，如果直接采用粘滞阻尼器与拉索相连，由于拉索轴向刚度小，结构的振动基本不改变索力大小，阻尼器无法工作，导致其不能对结构进行耗能减振。现有拉索减振采用的辅助索串联阻尼器的技术，是因为拉索间距小，并且辅助索接近于竖直安装，辅助索的垂度很小。这种方式无法应用于利用相距较远的两结构间实现减振。

双索复合阻尼索能实现在相距较远的两结构间实现减振，但其存在以下缺点：(1)其主索具有较大的轴向刚度，因副索在竖向平面内下垂，所以主索和副索的竖向刚度相对较大，而横向刚度非常小，在横向风作用下会发生较大的横向变形，导致主索拉力显著增大，从而引起结构发生较大变形。(2)结构振动时，会在其主索、副索轴向产生周期变化的张拉力，当张拉力的变化频率与主索或副索固有频率一致时，会导致主索或副索的大幅振动，给结构减振带来不利影响。(3)其阻尼器安装在靠近下锚固端位置，与阻尼器并联的弹簧刚度相对于主索轴向刚度小，当结构发生振动时，主索的主要变形发生在阻尼器并联弹簧处，而副索的变形沿轴线基本均匀，导致主索横截面与副索横截面的移动距离不同，在不同长度的吊杆约束下，主索会发生较大横向变形，降低其轴向刚度，影响减振效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可在远距离有相对运动的两结构间安装，并具有与在相距很近的两结构间安装阻尼器基本相等的耗能减振效果的多索复合阻尼索。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该多索复合阻尼索，它包括一根主索和围绕该主索分布的至少一根副索，且至少一根副索位于该主索的上方；所述主索和副索的下端与固定于地面的锚碇连接，主索的上端通过主索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接，副索的上端通过副索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接；所述主索与各副索之间以及各副索之间设置有吊杆。

具体的，所述围绕主索分布的副索数量为1-6根。

具体的，所述主索减振装置包括一根分配梁以及一根两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱上的主索横梁，主索的上端固结于分配梁的中点上；所述主索横梁和分配梁上平行地开有两个对称孔，两根主索拉杆平行穿过主索横梁和分配梁上的两个孔中；两根主索拉杆的下端与分配梁上的两个孔通过螺纹连接，两根主索拉杆的上部活动穿过主索横梁上的两个孔后再分别套上两个主索压簧，主索拉杆的上端则分别拧上主索螺母限位；所述主索横梁和分配梁的中点之间设有阻尼器。

具体的，所述副索减振装置包括一根两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱上的副索横梁，所述副索横梁的中点开孔，一根副索拉杆穿过副索横梁的孔中；所述副索拉杆的下端与副索的上端固连，副索拉杆的上部活动穿过副索横梁的孔后再套上一个副索压簧，副索拉杆的上端则拧上副索螺母限位。

具体的，所述主索压簧的刚度远小于主索的轴向刚度，所述副索压簧的刚度远小于副索的轴向刚度；且主索压簧刚度与主索轴向刚度之比等于副索压簧刚度与副索轴向刚度之比。

本发明的多索复合阻尼索，采用主索及围绕主索的多根副索的技术方案，结合粘滞阻尼器良好的耗能能力，可实现在远距离有相对运动的两结构间安装，并具有与在相距很近的两结构间安装阻尼器基本相等的耗能减振效果。例如在两栋具有不同频率之间的房屋结构上安装阻尼索，可同时实现两栋房屋的抗震和抗风；在超高、大跨悬臂施工桥梁与地面安装斜向阻尼索可同时实现竖向和横向振动控制；对于高柔的输电塔，可以将输电塔的任意位置与地面通过阻尼索连接，由于随安装位置的增高，塔的侧向位移增大，阻尼器的行程随之增大，耗能增加，其对输电塔的减振耗能效果也随阻尼索安装高度的增加而增加。

本发明的创新之处及有益效果主要体现如下：

(1)主索与多根副索结合，大大地减小了主索重力垂度，同时减小横向风作用下的主索横向变形，主索只需要很小的拉力就张拉得比较平直，就具有很大的轴向刚度，为远距离安装的阻尼器耗能提供了条件。

(2)对结构的拉力及阻尼耗能主要由主索承担。

(3)副索可以有1-6根等多种方案，副索与主索间、副索与副索间都通过吊杆连接，上副索主要承担减小主索重力垂度作用，左右副索用于减小横向风引起的主索侧向变形，下副索用于减小风作用下主索向上的变形。

(4)在主索与结构间，副索与结构间安装有压簧，压簧刚度远小于索的刚度，但保证主索压簧刚度与主索轴向刚度之比等于副索压簧刚度与副索轴向刚度之比，从而保证结构发生振动时，主索与副索的同一位置的横截面平行移动，所有吊杆平行移动。

(5)阻尼器安装于索与结构之间，索的下端锚固于地面支座。由于主索、副索的轴向刚度远大于相应压簧刚度，结构发生振动时，索的变形远小于压簧变形，保证索的位移小，减小索发生振动的可能。

(6)可根据实际情况任意增大副索的垂度，从而降低了副索的拉力，减小了其对结构的附加作用力。

(7)当结构受到如台风等强风作用时，压簧被完全压平，刚度迅速增大，阻尼索就成为了斜向抗风缆，提高了结构抵抗横向外力变形的能力。

(8)如果去除阻尼器和压簧，斜向张拉的阻尼索就能变成控制结构横向和纵向振动的抗风缆，抵抗静风变形。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图2中C处的局部放大图。

图4为图2中D处的局部放大图。

图5为图1中当副索为两根时的B-B剖视图。

图6为图1中当副索为三根时的B-B剖视图。

图7为图1中当副索为四根时的B-B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1、图2，本实施例以桥梁悬臂施工为例，在悬臂施工的桥梁与地面间安装主索3和副索4，副索4围绕主索3分布；主索3和副索4的下端与固定于地面的锚碇6连接，主索3的上端通过主索减振装置C与固结于结构2(桥梁主梁)上的上锚固端立柱1连接，副索4的上端通过副索减振装置D与固结于结构上的上锚固端立柱1连接；主索3与副索4之间以及各副索4之间设置有吊杆5。

参见图3，主索减振装置C包括分配梁13以及两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱1上的主索横梁10，主索3的上端固结于分配梁13的中点上；主索横梁10和分配梁13上平行地开有两个对称孔，两根主索拉杆11平行穿过主索横梁10和分配13梁上的两个孔中；两根主索拉杆11的下端与分配梁13上的两个孔通过螺纹连接，两根主索拉杆11的上部活动穿过主索横梁10上的两个孔后再分别套上两个主索压簧9，主索拉杆11的上端则分别拧上主索螺母8限位；从图3中可见，主索横梁10和分配梁13的中点之间设有阻尼器12。通过主索压簧9和主索螺母8在主索横梁10和分配梁13间产生张紧力，对主索3产生张拉。

参见图4，副索减振装置D包括两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱1上的副索横梁16，副索横梁16的中点开孔，副索拉杆15穿过副索横梁16的孔中；副索拉杆15的下端与副索4的上端固连，副索拉杆15的上部活动穿过副索横梁16的孔后再套上副索压簧17，副索拉杆15的上端则拧上副索螺母18限位。通过副索压簧17和副索螺母18对副索4产生张拉力。

参见图5至图7，分别是图1中副索4的数量为2、3、4时的B-B剖视图。从图中可见，副索4围绕主索3分布，且至少有一根副索4位于该主索3的上方。值得注意的是，主索压簧9的刚度远小于主索3的轴向刚度，副索压簧17的刚度远小于副索4的轴向刚度；且主索压簧9刚度与主索3轴向刚度之比等于副索压簧17刚度与副索4轴向刚度之比。

副索4有较大的竖向垂度和水平方向的垂度(可根据情况任意设置)，大垂度可以提高其横向刚度，但大垂度降低副索的轴向刚度。副索4的大垂度便于其承担其本身及主索3的重力及风的横向作用力。通过设置不同的吊杆5长度，可以将作用于主索3的重力、横向风作用力传递给副索4，减小主索3的重力垂度和横向风作用产生的垂度，保持主索3近似为直线。近似为直线的主索3的轴向刚度大。

当结构2发生横向振动向左移动(参见图2)，主索3两锚固点的距离增大，导致主索3进一步被拉伸与主索压簧9进一步被压缩，由于主索3的刚度远大于主索压簧9的刚度，变形主要由主索压簧9承担，同时拉伸阻尼器12耗能。

当结构2发生横向振动向右移动(参见图2)，主索3两锚固点的距离减小，导致主索3缩短与主索压簧9伸长，由于主索3的刚度远大于主索压簧9的刚度，变形主要由主索压簧承担，同时压缩阻尼器12耗能。

所以，在主索压簧9和副索压簧17的刚度设计上，尽量保证主索压簧9和副索压簧17的刚度之比等于主索3与副索4的轴向刚度之比，这样，在结构2左右振动的过程中，主索3与副索4就有相同的伸长量，吊杆5只发生平行移动，主索3仍保持近似直线，保证主索3轴向刚度不降低。

当结构2横向位移过大时，压簧被压平，其刚度迅速增大，此时，阻尼索成为力抗风缆，为结构2抵抗静风变形提供支撑。

以上实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，本发明还可以有其它的变形、变换和应用，比如：

(1)可将阻尼器撤除，直接变为斜向张拉抗风缆。

(2)将压簧改为拉簧。

(3)保留副索与主索间吊杆(吊索)，副索间不连接。

(4)设置更多主索或副索。

(5)将副索改成管状，将主索置于副索内。

Claims (5)

1.一种多索复合阻尼索，其特征在于：它包括一根主索和围绕该主索分布的至少一根副索，且至少一根副索位于该主索的上方；所述主索和副索的下端与固定于地面的锚碇连接，主索的上端通过主索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接，副索的上端通过副索减振装置与固结于结构上的上锚固端立柱连接；所述主索与各副索之间以及各副索之间设置有吊杆。

2.根据权利要求1所述多索复合阻尼索，其特征在于：所述围绕主索分布的副索数量为1-6根。

3.根据权利要求1或2所述多索复合阻尼索，其特征在于：所述主索减振装置包括一根分配梁以及一根两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱上的主索横梁，主索的上端固结于分配梁的中点上；所述主索横梁和分配梁上平行地开有两个对称孔，两根主索拉杆平行穿过主索横梁和分配梁上的两个孔中；两根主索拉杆的下端与分配梁上的两个孔通过螺纹连接，两根主索拉杆的上部活动穿过主索横梁上的两个孔后再分别套上两个主索压簧，主索拉杆的上端则分别拧上主索螺母限位；所述主索横梁和分配梁的中点之间设有阻尼器。

4.根据权利要求3所述多索复合阻尼索，其特征在于：所述副索减振装置包括一根两端通过轴承水平安装于上锚固端立柱上的副索横梁，所述副索横梁的中点开孔，一根副索拉杆穿过副索横梁的孔中；所述副索拉杆的下端与副索的上端固连，副索拉杆的上部活动穿过副索横梁的孔后再套上一个副索压簧，副索拉杆的上端则拧上副索螺母限位。

5.根据权利要求4所述多索复合阻尼索，其特征在于：所述主索压簧的刚度远小于主索的轴向刚度，所述副索压簧的刚度远小于副索的轴向刚度；且主索压簧刚度与主索轴向刚度之比等于副索压簧刚度与副索轴向刚度之比。