CN109826095A - 一种可抑制风雨激振的桥梁拉索 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，其包括斜拉索本体，所述斜拉索本体上沿其长度方向依次设置有若干个雨刷装置，所述雨刷装置包括套设在所述斜拉索本体上的壳体、设置在所述壳体上的供电装置、雨量传感器、驱动装置和刷体；所述驱动装置分别与所述壳体和所述刷体连接，并驱动所述刷体沿所述斜拉索本体表面旋转；所述驱动装置、所述雨量传感器均与所述供电装置连接。本发明中所述雨刷装置可广泛适用于不同直径和不同倾斜角度的斜拉索本体，无雨时不开启所述雨刷装置，降雨时开启所述雨刷装置，并可根据雨量大小自动调节转速，通过所述雨刷装置不断地破坏所述斜拉索本体上的水线形成，从而减少甚至避免风雨激振对所述斜拉索本体的破坏。

Description

一种可抑制风雨激振的桥梁拉索

技术领域

本发明涉及桥梁拉索技术领域，尤其涉及一种可抑制风雨激振的桥梁拉索。

背景技术

斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为俄罗斯的俄罗斯岛大桥，主跨径为1104米，我国的苏通长江大桥主跨也达1088米。随着斜拉桥跨径的不断增大，拉索越来越长(最长的长度约为578m)，斜拉桥拉索的风致振动问题日益突出，特别是拉索的风雨激振问题。由于拉索的振动会造成锚具部位拉索的疲劳破坏、拉索表面防腐材料的损伤、桥面板损坏等一系列严重后果，进而会影响到斜拉桥的安全性和可靠性。因此，为避免拉索振动对斜拉桥造成损伤，需要对其采取振动控制措施，以降低振动发生的频率和振幅。

拉索风雨激振是一种在风雨共同作用下发生的拉索大幅低频振动，是目前已知拉索振动中振幅最大、危害最严重的一种振动。据不完全统计，国内外已经观察到拉索风雨振现象的斜拉桥有报道的已经有10多座。已有的研究表明，拉索风雨激振伴随着降雨而出现的，无雨的情况下无振动，在大、中、小雨情况下均有发生拉索风雨激振的情况；雨量的大小主要是影响发生风雨激振的风速范围，雨量较小时，没有明显上水线存在；雨量较大时，有上水线存在，沿倾斜的拉索向下流动，其振动频率与拉索振动频率相同；当发生风雨激振时，水线随着拉索振动在拉索表面振荡。

作为目前应用较为广泛的拉索风雨激振控制方法，空气动力学措施主要通过改变拉索的截面形状及对拉索表面进行特殊处理来改善拉索的风振性能，通过改变斜拉索的剖面形状和表面粗糙状况，破坏斜拉索上水线的生成或改变拉索的气动外形，达到对风雨激振的减振作用，主要包括：采用多边形截面的拉索；在拉索表面沿轴向突起（或开凹槽）；在拉索表面打凹坑；在拉索表面缠绕螺旋线或间隔缠绕带状物。虽然在拉索表面设置凹坑、缠绕螺旋线等气动措施有时可以有效地抑制斜拉索的风雨激振，然而这些气动控制措施的设计不仅影响了美观；还可能在凹槽或螺旋线处可能出现应力集中问题；而且不同直径和倾斜角度的斜拉索需要采取不同的气动措施，缺少广泛适用的气动措施；此外，气动措施的施加一般会增大拉索的阻力系数，对于大跨度斜拉桥来说，将会增加很大一部分风荷载。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，旨在解决现有技术中桥梁拉索在降雨时出现风雨激振的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，其包括斜拉索本体，其中，所述斜拉索本体上沿其长度方向依次设置有若干个雨刷装置，所述雨刷装置包括套设在所述斜拉索本体上的壳体、设置在所述壳体上的供电装置、雨量传感器、驱动装置和刷体；所述驱动装置分别与所述壳体和所述刷体连接，并驱动所述刷体沿所述斜拉索本体表面旋转；所述驱动装置、所述雨量传感器均与所述供电装置连接。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述壳体为透明壳体，所述供电装置为太阳能电池。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述驱动装置为电机，所述电机的转轴与所述刷体连接。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述电机上套设有防水套。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述壳体上设置有缺口，所述缺口的一侧设置有卡扣、另一侧设置有索带，所述索带与所述卡扣卡合连接。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述卡扣包括套环、限位部和旋转装置；所述限位部和所述旋转装置均位于所述套环内，所述索带上设置有若干个齿槽，所述齿槽用于容纳所述限位部，所述旋转装置与所述限位部连接；所述旋转装置用于驱动所述限位部转动，以使所述限位部插入或脱离所述齿槽。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述限位部包括重力板和倾斜板，所述倾斜板与所述重力板连接，所述倾斜板与所述重力板之间具有钝角夹角，所述倾斜板背离所述重力板一端与所述齿槽相配合。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述限位部还包括连接部，所述连接部位于所述重力板靠近所述倾斜板一端；所述连接部的一端与所述重力板连接，另一端向所述倾斜板倾斜方向延伸设置，所述连接部将所述重力板与所述旋转装置连接。

所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其中，所述旋转装置包括转轴、把持部和卡持件；所述转轴位于所述套环内，所述转轴的两端分别穿过所述套环延伸至所述套环外；所述把持部、所述卡持件均位于所述套环外，并分别与所述转轴的两端连接；所述转轴可相对于所述套环转动。

有益效果：本发明中在所述斜拉索本体上设置所述雨刷装置，无雨时不开启所述雨刷装置，降雨时自动开启所述雨刷装置，所述雨刷装置可根据雨量大小自动调节其转速，通过所述雨刷装置不断地破坏所述斜拉索本体上的水线形成，从而减少甚至避免风雨激振对所述斜拉索本体的破坏，且所述雨刷装置可广泛适用于不同直径和不同倾斜角度的斜拉索。

附图说明

图1是本发明中所述可抑制风雨激振的桥梁拉索的结构示意图；

图2是本发明中所述卡扣的结构示意图；

图3是本发明中所述卡扣与所述索带卡合连接时的第一视图；

图4是本发明中所述卡扣与所述索带卡合连接时的第二视图；

图5是本发明中所述雨刷装置在所述斜拉索本体上分布示意图；

图6是本发明中所述可抑制风雨激振的桥梁拉索的功能原理框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图6。本发明提供一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，如图1所示，其包括斜拉索本体1，所述斜拉索本体1上沿其长度方向依次设置有若干个雨刷装置2；本发明对所述斜拉索本体1的直径和倾斜角度并不进行限制，较佳的，所述雨刷装置2与所述斜拉索本体1可拆卸连接，本发明中在所述斜拉索本体1上设置所述雨刷装置2，降雨时开启所述雨刷装置2，通过所述雨刷装置2不断地破坏所述斜拉索本体1上的水线形成，从而减少甚至避免风雨激振对所述斜拉索本体1的破坏。本发明将所述雨刷装置2安装在所述斜拉索本体1上，通过所述雨刷装置2破坏所述斜拉索本体1上形成的水线，而无需更改所述斜拉索本体1的结构，工作人员可以根据实际需要选择是否安装所述雨刷装置2，以及选择所述斜拉索本体1上需要安装的所述雨刷装置2的数量。

由于降雨时，雨水沿所述斜拉索本体1的长度方向向下流动，使得所述斜拉索本体1下部更容易形成水线，因此为节省所述斜拉索本体1上所述雨刷装置2设置的数量，以节省生产成本，本发明中所述斜拉索本体1上所述雨刷装置2的密度从上向下逐渐增大，较佳的实施例，如图5所示，所述斜拉索本体1上半部安装所述雨刷装置2的密度为所述斜拉索本体1下半部安装所述雨刷装置2的密度的1/2。

如图1所示，所述雨刷装置2包括：壳体21、供电装置22、雨量传感器23、驱动装置24和刷体25；所述壳体21套设在所述斜拉索本体1上，所述供电装置22、所述雨量传感器23、所述驱动装置24和所述刷体25均与所述壳体连接，较佳的实施例，本发明中所述供电装置22、所述雨量传感器23和所述驱动装置24均位于所述壳体21内，所述刷体25均位于所述壳体21外；所述驱动装置24的一端与所述壳体21连接、另一端穿过所述壳体21并延伸至所述壳体21外，以便与所述刷体25连接，所述驱动装置24用于驱动所述刷体25转动。所述刷体25转动的中心轴垂直于所述斜拉索本体1，所述斜拉索本体1位于所述刷体25的转动轨迹上，即所述刷体25转动时，可接触所述斜拉索本体1，从而对所述斜拉索本体1上的雨水进行冲刷，破坏所述斜拉索本体1上形成的水线。

如图6所示，本发明中所述可抑制风雨激振的桥梁拉索还包括控制器100，所述驱动装置24、所述雨量传感器23、所述供电装置22均与所述控制器100连接。所述雨量传感器23用于对降雨量进行检测感应，本发明中通过所述雨量传感器23检测感应降雨量，所述控制器100通过所述雨量传感器23获取降雨量后，根据降雨量对所述驱动装置24进行调节，以调节所述刷体25的转动频率。本发明中所述雨量传感器23使用现有技术中能够检测感应降雨量的雨量传感器23，本发明所述雨量传感器23为现有技术，此处对所述雨量传感器23的结构不再进行赘述。较佳的实施例，所述控制器100的芯片型号为MC9S12XS128；所述雨量传感器23为MLX75308芯片。

进一步的，本发明中所述壳体21为透明壳体，所述供电装置22为太阳能电池，所述太阳能电池设置在所述透明壳体21内，在阳光下所述太阳能电池能自动储存电能，并为所述雨量传感器23和所述驱动装置24供电，当所述太阳能电池达到储能极限时，自动结束充电。较佳的实施例，所述太阳能电池使用柔性CIGS太阳能电池板，由于柔性CIGS太阳能电池板采用单晶体结构，因此即使是在雨天，只要有足够的亮度，柔性CIGS太阳能电池板也能为所述雨量传感器23和所述驱动装置24提供电能，且当所述太阳能电池达到储能极限80000mA时，自动结束充电。

所述驱动装置24为电机，所述电机的转轴穿过所述壳体21并与所述刷体25连接；较佳的实施例，当所述雨量传感器23感应到日降雨量（24小时内的降雨量）大于或等于50mm时，所述雨刷装置2开启暴雨模式，所述电机的转轴转动频率调节为每秒1/3转；当所述雨量传感器23感应到日降雨量为25mm~49.9mm时，所述雨刷装置2开启大雨模式，所述电机的转轴转动频率调节为每秒1/6转；当所述雨量传感器23感应到日降雨量为10mm~24.9mm时，所述雨刷装置2开启中雨模式，所述电机的转轴转动频率调节为每秒1/12转；当所述雨量传感器23感应到日降雨量为小于或等于10mm时，所述雨刷装置2开启小雨模式，所述电机的转轴转动频率调节为每秒1/24转。本发明中，当日降雨量越大，所述电机转轴的转动频率越高，所述刷体25旋转速度就越快。

所述电机上套设有防水套，所述防水套用于降低所述电机受雨水侵蚀的速度，延长所述电机的使用寿命，减缓更换所述电机的频率，进而降低生产成本。

所述壳体21上设置有缺口，所述缺口的一侧设置有卡扣3、另一侧设置有索带7，如图2-图4所示，所述索带7与所述卡扣3卡合连接；所述缺口与所述斜拉索本体1相配合，将所述斜拉索本体1穿过所述缺口，使所述壳体21套设在所述斜拉索本体1上，再将所述卡扣3与所述索带7卡合连接，实现所述壳体21在所述斜拉索本体1上的安装，进而实现所述雨刷装置2在所述斜拉索本体1上的安装。本发明中由于使用所述卡扣3与所述索带7的卡合连接，来实现所述壳体21在所述斜拉索本体1上的捆绑固定，因此可根据所述斜拉索本体1的外径适度调整所述索带7与所述卡扣3相适配的固定位置后，将所述索带7与所述卡扣3卡合连接，使得所述雨刷装置2能够适应不同外径和不同倾斜角度的所述斜拉索本体1。

如图2所示，所述卡扣3包括套环4、限位部5和旋转装置6；所述限位部5和所述旋转装置6均位于所述套环4内，所述索带7上设置有若干个齿槽8，所述齿槽8用于容纳所述限位部5，所述旋转装置6与所述限位部5连接，所述套环4安装所述限位部5和所述旋转装置6，并为所述索带7提供容纳空间，供所述索带7在所述套环4内往复移动；所述索带7可以插入所述套环4内，也可自所述套环4内抽出；当需要安装所述雨刷装置2时，将所述斜拉索本体1穿过所述缺口以置于所述壳体21环绕成的空间内，然后将所述索带7插入所述套环4内，并将所述索带7与所述限位部5卡合，实现所述雨刷装置2在所述斜拉索本体1上的安装。所述旋转装置6用于驱动所述限位部5转动，以使所述限位部5插入所述齿槽8或从所述齿槽8脱离；将所述索带7插入所述套环4内后，移动所述索带7，调节所述索带7与所述套环4的重叠位置，并旋转所述限位部5，使所述限位部5插入所述齿槽8内，实现所述齿槽8与所述限位部5的卡合连接；转动所述旋转装置6，驱动所述限位部5转动，使所述限位部5脱离所述齿槽8，便可以将所述索带7在所述套环4内移动，改变与所述限位部5相对应的齿槽8，以改变所述卡扣3的松紧，使所述雨刷装置2可广泛适用于不同直径和不同倾斜角度的斜拉索本体1；当所述限位部5脱离所述齿槽8时，也可将所述索带7从所述套环4内抽出，使所述索带7完全脱离所述套环4。

如图2所示，所述限位部5包括重力板51和倾斜板52，所述倾斜板52与所述重力板51连接，所述倾斜板52与所述重力板51之间具有钝角夹角，所述倾斜板52背离所述重力板51一端与所述齿槽8相配合。如图2-图4所示，本发明中以所述倾斜板52背离所述重力板51一端向上倾斜为例，对所述限位部5与所述索带7的卡合过程进行说明：

所述索带7与所述套环4相分离时，转动所述旋转装置6，以带动所述限位部5旋转，使所述倾斜板52背离所述重力板51一端向下转动，所述重力板51背离所述倾斜板52一端向上转动，且所述套环4上端的内侧面与所述倾斜板52之间、所述套环4上端的内侧面与所述重力板51之间均具有足够所述索带7移动的空隙，将所述索带7自所述空隙内穿过，根据所述斜拉索本体1的直径，将所述索带7向所述套环4内插入至所述壳体21紧贴所述斜拉索本体1，转动所述旋转装置6，以带动所述限位部5旋转，使所述倾斜板52背离所述重力板51一端向上转动，并插入相应的齿槽8内，所述齿槽8对所述倾斜板52进行限位，从而使所述索带7与所述卡扣3定位在当前状态，实现所述壳体21在所述斜拉索本体1上的定位。

所述限位部5还包括连接部53，所述连接部53位于所述重力板51靠近所述倾斜板52一端；所述连接部53的一端与所述重力板51连接，另一端向所述倾斜板52倾斜方向延伸设置，所述连接部53将所述重力板51与所述旋转装置6连接。本发明中由于所述倾斜板52相对于所述重力板51倾斜设置，因此所述倾斜板52与所述重力板51的连接处，形成所述限位部5转动的转动支点，所述连接部53靠近所述转动支点，便于用户对所述旋转装置6施力以带动所述限位部5旋转。

如图3和图4所示，所述齿槽8具有依次连接的第一侧面81、第二侧面82和第三侧面83，所述第二侧面82平行于所述索带7的长度方向，所述第一侧面81垂直于所述第一侧面81，所述第三侧面83远离所述第二侧面82一端到所述第一侧面81的距离大于所述第三侧面83连接所述第二侧面82一端到所述第一侧面81的距离，即所述第三侧面83成倾斜状态；所述限位部5还包括设置在所述倾斜板52背离所述重力板51一端的插板54，所述插板54垂直于所述重力板51。当所述限位部5与所述齿槽8卡合连接时，所述插板54位于所述齿槽8内，所述插板54与所述第一侧面81接触，并平行于所述第一侧面81。

较佳的，所述套环4上靠近所述倾斜板52一端与所述壳体21连接，所述索带7沿所述重力板51、所述倾斜板52排列方向插入所述套环4内；所述索带7位于所述套环4内时，所述第一侧面81、所述第二侧面82以及所述第三侧面83的排列方向与所述倾斜板52、所述重力板51的排列方向相同；通过所述第一侧面81与所述插板54的配合，以及所述第三侧面83的倾斜设置，提升了所述齿槽8对所述插板54的限位作用，使用户无法将所述索带7向脱离所述套环4的方向拉动，只能将所述索带7拉紧；用户将所述索带7插入所述套环4内，并使所述限位部5与所述齿槽8卡合后，无需继续旋转所述旋转装置6，只需继续沿所述重力板51与所述倾斜板52的排列方向（从右向左）拉动所述索带7，即可将所述索带7逐渐拉紧。

所述套环4上与所述倾斜板52倾斜方向相背离一侧设置有磁铁，所述重力板51上设置有磁片，所述磁片与所述磁铁磁性相吸；初始时，即未将所述索带7插入所述套环4内时，在所述磁片与所述磁铁的吸力作用下，所述重力板51与所述套环4下端的内侧面接触，所述倾斜板52向上翘起，所述倾斜板52与所述套环4上端的内侧面之间的距离小于所述索带7的整体厚度，无法供所述索带7在所述套环4内往复移动。转动所述旋转装置6，使所述倾斜板52背离所述重力板51一端向下转动，将所述索带7插入所述倾斜板52与所述套环4上端的内侧面之间，并拉紧所述索带7，松手后，在所述磁铁与所述磁片的吸力作用下，所述限位部5自动旋转，所述倾斜板52背离所述重力板51一端向上旋转，并插入对应的齿槽8内，所述重力板51与所述套环4下端的内侧面接触。

本发明中通过设置所述磁铁和所述磁片，使得所述索带7插入所述套环4内，并松开对所述旋转装置6的把持后，所述限位部5可以自动复位并与所述齿槽8卡合；同时所述磁铁与所述磁片相吸合，可以对所述重力板51进行定位，避免所述限位部5翻转而使所述限位部5脱离所述齿槽8，提升所述限位部5与所述齿槽8卡合的稳定性；当需要将所述索带7从所述套环4内抽出时，必须人工施力转动所述旋转装置6，避免由于所述限位部5与所述齿槽8卡合不稳时，所述索带7从所述套环4内自然松脱。

如图2所示，所述旋转装置6包括转轴61、把持部62和卡持件63；所述转轴61位于所述套环4内，所述转轴61的两端分别穿过所述套环4延伸至所述套环4外；所述把持部62、所述卡持件63均位于所述套环4外，并分别与所述转轴61的两端连接；所述转轴61可相对于所述套环4转动；所述转轴61与所述连接部53固定连接，所述转轴61位于所述倾斜板52与所述重力板51之间形成的钝角夹角内，转动所述把持部62时，所述把持部62带动所述转轴61相对于所述套环4旋转，从而通过所述连接部53带动所述限位部5旋转。

综上所述，本发明提供了一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，其包括斜拉索本体，所述斜拉索本体上沿其长度方向依次设置有若干个雨刷装置，所述雨刷装置包括套设在所述斜拉索本体上的壳体、设置在所述壳体上的供电装置、雨量传感器、驱动装置和刷体；所述驱动装置分别与所述壳体和所述刷体连接，并驱动所述刷体沿所述斜拉索本体表面旋转；所述驱动装置、所述雨量传感器均与所述供电装置连接。本发明中在所述斜拉索本体上设置所述雨刷装置，无雨时不开启所述雨刷装置，降雨时自动开启所述雨刷装置，所述雨刷装置的刷体根据雨量的大小自动调节其转速，通过所述雨刷装置不断地破坏所述斜拉索本体上的水线形成，从而减少甚至避免风雨激振对所述斜拉索本体的破坏，且所述雨刷装置可广泛适用于不同直径和不同倾斜角度的斜拉索。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，其包括斜拉索本体，其特征在于，所述斜拉索本体上沿其长度方向依次设置有若干个雨刷装置，所述雨刷装置包括套设在所述斜拉索本体上的壳体、设置在所述壳体上的供电装置、雨量传感器、驱动装置和刷体；所述驱动装置分别与所述壳体和所述刷体连接，并驱动所述刷体沿所述斜拉索本体表面旋转；所述驱动装置、所述雨量传感器均与所述供电装置连接。

2.根据权利要求1所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述壳体为透明壳体，所述供电装置为太阳能电池。

3.根据权利要求1所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述驱动装置为电机，所述电机的转轴与所述刷体连接。

4.根据权利要求3所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述电机上套设有防水套。

5.根据权利要求1所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述壳体上设置有缺口，所述缺口的一侧设置有卡扣、另一侧设置有索带，所述索带与所述卡扣卡合连接。

6.根据权利要求5所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述卡扣包括套环、限位部和旋转装置；所述限位部和所述旋转装置均位于所述套环内，所述索带上设置有若干个齿槽，所述齿槽用于容纳所述限位部，所述旋转装置与所述限位部连接；所述旋转装置用于驱动所述限位部转动，以使所述限位部插入或脱离所述齿槽。

7.根据权利要求6所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述限位部包括重力板和倾斜板，所述倾斜板与所述重力板连接，所述倾斜板与所述重力板之间具有钝角夹角，所述倾斜板背离所述重力板一端与所述齿槽相配合。

8.根据权利要求7所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述限位部还包括连接部，所述连接部位于所述重力板靠近所述倾斜板一端；所述连接部的一端与所述重力板连接，另一端向所述倾斜板倾斜方向延伸设置，所述连接部将所述重力板与所述旋转装置连接。

9.根据权利要求6所述可抑制风雨激振的桥梁拉索，其特征在于，所述旋转装置包括转轴、把持部和卡持件；所述转轴位于所述套环内，所述转轴的两端分别穿过所述套环延伸至所述套环外；所述把持部、所述卡持件均位于所述套环外，并分别与所述转轴的两端连接；所述转轴可相对于所述套环转动。