CN109989337A - 易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，应用在桥梁抗风结构领域，包括两个为一组成对使用的抗风减震单元；同一组的两个抗风减震单元通过钢带抱箍相对设置在吊杆垂直迎风方向的两侧；在吊杆轴向上间隔布置有多组抗风减震单元。本发明通过采用成对设置的风旋罩，设置于吊杆垂直迎风方向的两侧，可明显的提高圆柱式桥梁吊杆的抗风减震性能。同时通过钢带抱箍可以将该抗风减震装置轻松的加装在已有的圆柱式桥梁吊杆上，而不用重新设计/重新采购新的吊杆，加装过程十分方便快捷，适用性强，因此其具有良好的经济效益，方便大面积应用于市场上进行推广。

Description

易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置

技术领域

本发明属于桥梁抗风结构领域，具体涉及一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置。

背景技术

近年来，我国建设的大跨度拱桥和钢桁架拱桥，大量应用了细长直立杆作为刚性吊杆，连接桥梁拱肋和桥梁横梁(桥面主体)，以将拱式桥梁承担的竖向载荷水平分散，转化为桥墩或墩台的水平推力。

随着社会的进步，拱桥的跨度大幅增加，吊杆长度随之增加，在风的作用下更容易出现风致振动问题，从而导致桥梁构件出现不同程度的损坏。圆柱式吊杆造型优美，受力性能良好，加工方便，在大跨度拱桥和钢桁架拱桥中被广泛应用，作为大体积结构，圆柱式吊杆在桥面上风的作用下容易出现风致振动，控制其风致振动可以减小桥梁构件的损伤，以保证桥梁整体结构的安全。

目前国内外最常规的抑制刚性吊杆风致振动的方式是安装阻尼器。虽然阻尼器对降低吊杆风致振动有明显的效果，但其费用较高，经济性较差。

已公开的诸多专利，以CN106835946B为代表的一种抗风减震装置以及柱式减震吊杆，其用于圆柱式吊杆减震的结构是布置于吊杆迎风一侧，且减震的主要原理是通过固有的结构进行疏风、导风、以及小幅的摆动进行耗能，其抗风减震效果不够明显，且忽略了吊杆在风力作用下产生风致效应的根本原因是：吊杆垂直迎风方向的左右两侧风场不均，导致压强不均，吊杆才会做垂直迎风方向的左右两侧的小幅振动，进而引起吊杆乃至整个拱桥的结构不稳定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，基于风致效应产生的原理合理的设计抗风减震结构，以明显的提高圆柱式桥梁吊杆的抗风减震性能，同时易于加装在已有的圆柱式桥梁吊杆上，而不用重新设计/重新采购新的吊杆，使其具有良好的经济效益，方便大面积应用于市场上进行推广。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，包括两个为一组成对使用的抗风减震单元；同一组的两个抗风减震单元通过钢带抱箍相对设置在吊杆垂直迎风方向的两侧；在吊杆轴向上间隔布置有多组抗风减震单元；单个抗风减震单元包括风旋罩、转轴、阻尼叶片和耗能箱；所述风旋罩包括一体成型的进风口、导流段和出风口，风旋罩在平行于风向的方向的投影呈纺锤形，风旋罩在垂直于风向的方向的投影呈菱形；所述进风口和出风口关于风旋罩垂直风向方向的中轴线M中心对称；所述转轴的中轴线与上述中轴线M同轴，转轴一端与风旋罩的导流段刚性连接，另一端贯穿耗能箱并与耗能箱交接处通过深沟球轴承可转动连接；所述耗能箱呈中空结构，其内盛装有一定量的阻尼油，耗能箱壁面位于阻尼油液面上方开设有加油孔，所述加油孔可通过旋拧活塞打开/关闭；所述阻尼叶片刚性连接于转轴位于耗能箱内侧部分的周向，且阻尼叶片随转轴转动时可部分浸入阻尼油内；所述耗能箱在靠近吊杆一端的内壁至少上下两侧开设有供钢带抱箍的钢带穿过的连接孔；所述吊杆在每一个钢带抱箍的钢带的投影方向开设有一圈钢带卡槽；所述钢带卡槽的宽度和深度略大于钢带抱箍的钢带的宽度和厚度。

优选的，同一组的两个抗风减震单元中的风旋罩的进风口呈上下异向设置。

优选的，所述风旋罩在进风口、出风口的顶角位置过渡至导流段处设有凸出的棱边。

优选的，所述棱边呈波折型。

优选的，所述风旋罩在进风口和出风口的外表面设有若干与棱边交错的加强筋。

优选的，所述阻尼叶片包括上下互成180度的两片，且下侧的阻尼叶片长于上侧的阻尼叶片，上下两侧阻尼叶片顶角的连线与风旋罩进风口、出风口顶角的连线平行。

优选的，所述耗能箱在其内阻尼油的油面上方相对设有两块封油板；所述两块封油板之间留有间隙且不与阻尼叶片的旋转通过轨迹发生干涉。

优选的，所述两块封油板倾斜向下设置。

优选的，所述转轴贯穿风旋罩的导流段并通过焊接的方式与其刚性连接。

优选的，所述耗能箱在靠近吊杆一端的外壁面与吊杆之间焊接。

本发明的有益效果：本发明通过采用成对设置的风旋罩，设置于吊杆垂直迎风方向的两侧，可明显的提高圆柱式桥梁吊杆的抗风减震性能。同时通过钢带抱箍可以将该抗风减震装置轻松的加装在已有的圆柱式桥梁吊杆上，而不用重新设计/重新采购新的吊杆，加装过程十分方便快捷，适用性强，因此其具有良好的经济效益，方便大面积应用于市场上进行推广。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明使用状态整体示意图；

图2为图1中上部结构局部放大示意图；

图3为实施例一中风旋罩正视图；

图4为图3的右视图；

图5为实施例二中风旋罩正视图；

图6为实施例三中风旋罩正视图。

附图中标记如下：风旋罩1、进风口11、导流段12、出风口13、棱边14、加强筋15、转轴2、阻尼叶片3、耗能箱4、连接孔41、深沟球轴承5、阻尼油6、旋拧活塞7、封油板8、抗风减震单元10、钢带抱箍20、钢带201、吊杆30、钢带卡槽301。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例一

如图1～4，一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，包括两个为一组成对使用的抗风减震单元10；同一组的两个抗风减震单元10通过钢带抱箍20相对设置在吊杆30垂直迎风方向的两侧；在吊杆30轴向上间隔布置有多组抗风减震单元10；结合图1，本实施例中有2组抗风减震单元10，每一组的两个抗风减震单元10相对设置在吊杆30的左右侧，风向垂直视图方向往里吹。

单个抗风减震单元10包括风旋罩1、转轴2、阻尼叶片3和耗能箱4；所述风旋罩1包括一体成型的进风口11、导流段12和出风口13，风旋罩1在平行于风向的方向的投影呈纺锤形，如图3，风旋罩1在垂直于风向的方向的投影呈菱形(或是近似菱形)，如图4，该形状结构可使其具有良好的气动外形；所述进风口11和出风口13关于风旋罩1垂直风向方向的中轴线M中心对称，如图2；中心对称简要来说就是，进风口11与风力方向反向设置，刚好承接风载荷，出风口与风力方向相同，即出风口13的开口是背对风力方向的。

转轴2的中轴线与上述中轴线M同轴，转轴2一端与风旋罩1的导流段12刚性连接，以保证风旋罩1的旋转动作直接刚性传递给转轴2；转轴2另一端贯穿耗能箱4并与耗能箱4交接处通过深沟球轴承5可转动连接；本领域技术人员所公知的，深沟球轴承5能承受径向和轴向的联合负荷，因此转轴2既能实现自由转动，又能在其轴向得到限位，防止其滑移。

耗能箱4呈中空结构，其内盛装有一定量的阻尼油6，重力作用下，阻尼油自然位于耗能箱4下部；耗能箱4壁面位于阻尼油6液面上方开设有加油孔(图中未标识出)，所述加油孔可通过旋拧活塞7打开/关闭，需将旋拧活塞7及加油孔的位置设计在方便人手操作的地方；所述阻尼叶片3刚性连接于转轴2位于耗能箱4内侧部分的周向，且阻尼叶片3随转轴2转动时可部分浸入阻尼油6内；所述耗能箱4在靠近吊杆30一端的内壁至少上下两侧开设有供钢带抱箍20的钢带201穿过的连接孔41，本实施例中有上下两个连接孔，以保证抗风减震单元10固定于吊杆30上的稳定性；所述吊杆30在每一个钢带抱箍20的钢带201的投影方向开设有一圈钢带卡槽301；所述钢带卡槽301的宽度和深度略大于钢带抱箍20的钢带201的宽度和厚度，以便在对已有的圆柱式桥梁吊杆上加装本抗风减震装置时，直接在吊杆30周向铣一圈钢带卡槽301出来即可，钢带抱箍20的钢带201可嵌入钢带卡槽301内，实现对抗风减震单元10的承重。

抗风减震原理：由于抗风减震单元10中的风旋罩1的进风口11与风力方向反向设置，刚好承接风载荷，因此当桥面有较大风力作用时，位于吊杆左右两侧的风载荷将由进风口11进入，流经导流段12后由出风口13流出，基于风旋罩1如上文描述的结构特征，其将在风力作用下绕中轴线M旋转，风能转化为了机械能。而转轴2与风旋罩1的导流段12刚性连接，因此转轴2会在深沟球轴承5的限位下绕中轴线M转动。由于阻尼叶片3与转轴2刚性连接，因此阻尼叶片3也将随之转动。因为耗能箱4的底部具有一定量的阻尼油6，因此阻尼叶片3旋转的机械能在阻尼油6中被消耗，进而达到消耗/降低吊杆两侧风载荷大小的目的。由于吊杆垂直迎风方向两侧都设有风旋罩1，因此其两侧都实现了风力削弱，基于风致效应产生的原理，那么吊杆产生风致振动的幅度也会变小很多，以此很明显的提高圆柱式桥梁吊杆的抗风减震性能。

同时，由于抗风减震单元10是两个为一组成对使用的，同一组的两个抗风减震单元10只需通过一套(本实施例中一套是两根)钢带抱箍20即可实现锁紧固定。且如上文描述，本抗风减震装置适用于目前市面上已有的圆柱式桥梁吊杆，而不用重新设计/重新采购新的吊杆，即只需要对吊杆周向铣出一圈用于卡装钢带抱箍20的钢带卡槽301即可，加装过程十分方便快捷，适用性强，因此其具有良好的经济效益，方便大面积应用于市场上进行推广。

特别的，为避免抗风减震单元10过重，降低抗风减震单元10坠落的风险，可将风旋罩1选用轻质硬塑胶材料制成，以及适当缩小风旋罩1和耗能箱4的尺寸。

进一步的，本实施例中，同一组的两个抗风减震单元10中的风旋罩1的进风口11呈上下异向设置，如图2可以看出，异向设置的目的在于，同一组的两个风旋罩1在风力作用下会是异向旋转，如左侧的风旋罩1绕M轴的A向旋转，右侧的风旋罩1绕M轴的B向旋转，A、B方向反向，那么两个风旋罩1本身产生的旋转气流场也是相反的，这有助于扰乱吊杆左右侧的气流场，即破碎均匀流场，防止涡振的发生，进而进一步的提高吊杆的抗风减震性能。

进一步的，本实施例中，风旋罩1在进风口11、出风口13的顶角位置过渡至导流段12处设有凸出的棱边14，如图3和4，棱边14就仿佛一根可以随风旋罩1旋切的刀刃，以对垂直落下的雨水进行且散分割，防止吊杆产生风雨共振的现象。

进一步的，本实施例中，阻尼叶片3包括上下互成180度的两片，结合特征上下两侧阻尼叶片3顶角的连线与风旋罩1进风口11、出风口13顶角的连线平行，且下侧的阻尼叶片3长于上侧的阻尼叶片3，即是下侧的阻尼叶片3会比上侧的阻尼叶片3更重，那么结合以上结构特征，在理想状态(无风)情况下，下侧的阻尼叶片3始终会垂直向下，以保证风旋罩1进风口11、出风口13的顶角的连线也处于竖向的垂直线上，保持可以最大的承载面承载风载荷的结构状态。

进一步的，本实施例中，耗能箱4在其内阻尼油6的油面上方相对设有两块封油板8；封油板8可避免阻尼叶片3卷扬起的阻尼油6四处飞溅至整个耗能箱4内壁，甚至由深沟球轴承5处泄露处并溢油，所述两块封油板8之间留有间隙且不与阻尼叶片3的旋转通过轨迹发生干涉。

进一步的，本实施例中，两块封油板8倾斜向下设置，以保证偶尔被卷扬起的阻尼油6能顺利流回耗能箱4下部。

进一步的，本实施例中，转轴2贯穿风旋罩1的导流段12并通过焊接的方式与其刚性连接，从实现基本传动原理的层面将，转轴2不需要贯穿风旋罩1的导流段12，只需与风旋罩1的一侧的导流段12焊接/刚性连接即可，但是贯穿设置，并且结合图2中不难发现，在贯穿交接的两个端头还设有盖帽，然后再一并焊接固定，可提高风旋罩1带动转轴2旋转时的稳定性。

进一步的，本实施例中，耗能箱4在靠近吊杆30一端的外壁面与吊杆30之间焊接，即是对抗风减震单元10固定于吊杆两侧的稳定性采取了双重保险(焊接+钢带抱箍20卡接)，进一步降低抗风减震单元10坠落的风险。

实施例二

如图5，与实施例一的区别在于，本实施例中，棱边14呈波折型，那么风旋罩1旋转时，棱边14切割雨水的切割范围将会更大，进而能更好的避免风雨共振。

实施例三

如图6，与实施例二的区别在于，本实施例中，风旋罩1在进风口11和出风口13的外表面设有若干与棱边14交错的加强筋15，加强筋15一方面能更加扩大风旋罩1旋转时棱边14切割雨水的切割范围，同时又可以增加风旋罩1的结构强度，降低风旋罩1采用非金属材料时被大风刮破碎的可能性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：包括两个为一组成对使用的抗风减震单元；同一组的两个抗风减震单元通过钢带抱箍相对设置在吊杆垂直迎风方向的两侧；在吊杆轴向上间隔布置有多组抗风减震单元；

单个抗风减震单元包括风旋罩、转轴、阻尼叶片和耗能箱；

所述风旋罩包括一体成型的进风口、导流段和出风口，风旋罩在平行于风向的方向的投影呈纺锤形，风旋罩在垂直于风向的方向的投影呈菱形；所述进风口和出风口关于风旋罩垂直风向方向的中轴线M中心对称；

所述转轴的中轴线与上述中轴线M同轴，转轴一端与风旋罩的导流段刚性连接，另一端贯穿耗能箱并与耗能箱交接处通过深沟球轴承可转动连接；

所述耗能箱呈中空结构，其内盛装有一定量的阻尼油，耗能箱壁面位于阻尼油液面上方开设有加油孔，所述加油孔可通过旋拧活塞打开/关闭；所述阻尼叶片刚性连接于转轴位于耗能箱内侧部分的周向，且阻尼叶片随转轴转动时可部分浸入阻尼油内；

所述耗能箱在靠近吊杆一端的内壁至少上下两侧开设有供钢带抱箍的钢带穿过的连接孔；所述吊杆在每一个钢带抱箍的钢带的投影方向开设有一圈钢带卡槽；所述钢带卡槽的宽度和深度略大于钢带抱箍的钢带的宽度和厚度。

2.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：同一组的两个抗风减震单元中的风旋罩的进风口呈上下异向设置。

3.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述风旋罩在进风口、出风口的顶角位置过渡至导流段处设有凸出的棱边。

4.根据权利要求3所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述棱边呈波折型。

5.根据权利要求3或4所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述风旋罩在进风口和出风口的外表面设有若干与棱边交错的加强筋。

6.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述阻尼叶片包括上下互成180度的两片，且下侧的阻尼叶片长于上侧的阻尼叶片，上下两侧阻尼叶片顶角的连线与风旋罩进风口、出风口顶角的连线平行。

7.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述耗能箱在其内阻尼油的油面上方相对设有两块封油板；所述两块封油板之间留有间隙且不与阻尼叶片的旋转通过轨迹发生干涉。

8.根据权利要求7所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述两块封油板倾斜向下设置。

9.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述转轴贯穿风旋罩的导流段并通过焊接的方式与其刚性连接。

10.根据权利要求1所述的易于加装的圆柱式桥梁吊杆用抗风减震装置，其特征在于：所述耗能箱在靠近吊杆一端的外壁面与吊杆之间焊接。