CN112942105B - 一种悬索桥吊索减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及悬索桥减振领域，特别是一种悬索桥吊索减振系统，包括斜向辅助索和沿桥纵向设置的纵向辅助索，斜向辅助索与纵向辅助索之间具有夹角A，纵向辅助索的一端与桥塔相连接，纵向辅助索的另一端与主缆相连接，纵向辅助索与至少一根吊索通过刚性分隔架相连接；斜向辅助索的一端与桥塔相连接，斜向辅助索的另一端与主缆相连接，斜向辅助索与至少一个刚性分隔架相连接。本申请的一种悬索桥吊索减振系统，主缆、吊索、纵向辅助索和斜向辅助索形成的整体，既要能够通过自身柔性进行少量变形，以满足悬索桥的使用变形要求，同时其整体又不会有较大的变形，进而能够对吊索整体振动进行更有效的控制，从而对悬索桥达到更好的抑振效果。

Description

一种悬索桥吊索减振系统

技术领域

本发明涉及悬索桥减振领域，特别是一种悬索桥吊索减振系统。

背景技术

悬索桥跨越能力突出，抗震性能优越，造型美观，伴随着科学技术的突飞猛进,悬索桥已经逐步成为大跨径桥梁的首选方案。

悬索桥是由加劲梁、主缆、吊索、桥塔、鞍座以及锚碇等构件构成的柔性悬吊体系。如图1所示，其主要结构为：主缆1、吊索6和桥塔7，其中，吊索6作为悬索桥的主要受力构件，如图2所示，吊索6上端通过索夹2连接于主缆1，吊索6下端通过锚头固定于桥面主梁,吊索6形式主要有两种：钢丝绳吊索6和平行钢丝束吊索6。钢丝绳吊索6一般采用骑跨式，平行钢丝束吊索6常采用销铰式。随着悬索桥跨度的不断增大，吊索6长度也相应增长，其自重轻、柔度大以及阻尼低等特点越发明显。已有的研究结果表明：在中等风速下10m/s左右，同一束吊索6的索股61之间会存在气动干扰现象，引起索股61的大幅相对振动；在强/台风作用下，吊索6会发生大幅整体振动。吊索6振动会缩短其使用寿命，甚至影响行车安全和桥梁结构安全，对驾驶员和行人也会造成视觉冲击。

为了减小吊索6风致振动，人们尝试采用阻尼器对吊索6振动进行控制，但实践证明阻尼器的抑振效率不佳。理论和试验研究结果均表明，吊索6索股61气动干扰引起的尾流致振是由气动负刚度驱动的，这也解释了为什么采用增加阻尼的措施抑振效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在现有悬索桥采用增加阻尼的措施抑振效果不佳的问题，提供一种悬索桥吊索减振系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种悬索桥吊索减振系统，包括主缆、桥塔和吊索，还包括斜向辅助索和沿桥纵向设置的纵向辅助索，所述斜向辅助索与所述纵向辅助索之间具有夹角A，A为(0°，90°)，其中，

所述纵向辅助索的一端与所述桥塔相连接，所述纵向辅助索的另一端与所述主缆相连接，所述纵向辅助索与至少一根所述吊索通过刚性分隔架相连接；

所述斜向辅助索的一端与所述桥塔相连接，所述斜向辅助索的另一端与所述主缆相连接，所述斜向辅助索与至少一个刚性分隔架相连接。

本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，在施工时，所述纵向辅助索的一端与所述桥塔相连接，所述纵向辅助索的另一端与所述主缆相连接，所述纵向辅助索与至少一根所述吊索通过刚性分隔架相连接；

所述斜向辅助索的一端与所述桥塔相连接，所述斜向辅助索的另一端与所述主缆相连接，所述斜向辅助索与至少一个刚性分隔架相连接。

通过利用沿桥纵向设置的纵向辅助索和与所述纵向辅助索具有夹角的斜向辅助索，实现桥塔、主缆和吊索两两之间至少两点连接，并且在至少部分位置，斜向辅助索的设置使得桥塔、纵向辅助索和斜向辅助索，或吊索、纵向辅助索和斜向辅助索围成较稳定的类三角结构，在配合纵向辅助索、斜向辅助索和吊索柔性特点，使得主缆、吊索、纵向辅助索和斜向辅助索形成的整体，既要能够通过自身柔性进行少量变形，以满足悬索桥的使用变形要求，同时其整体又不会有较大的变形，进而能够对吊索整体振动进行更有效的控制，从而对悬索桥达到更好的抑振效果。

优选地，所述纵向辅助索为至少两根，相邻所述纵向辅助索沿高度方向间隔布置；所述纵向辅助索与所述吊索形成网状结构。

优选地，所述纵向辅助索包括至少两根纵向辅助索单元，所述刚性分隔架包括分隔架本体，所述分隔架本体的两端连接有连接装置一，分隔架本体的中部连接有连接装置二，其中，

所述分隔架本体与所述吊索相连接；

所述分隔架本体的两端分别设置有至少一个所述纵向辅助索单元，所述纵向辅助索单元与对应侧的所述连接装置一相连接；

所述连接装置二与所述斜向辅助索相连接。

所述纵向辅助索包括至少两根纵向辅助索单元，所述分隔架本体的两端分别铰接有连接装置一，分隔架本体的中部铰接有连接装置二，纵向辅助索单元与对应侧的所述连接装置一相连接，使得纵向辅助索对分隔架本体更平衡，进而优化分隔架本体的受力，同时，将纵向辅助索分成至少两根纵向辅助索单元，来减小纵向辅助索的直径，使得在桥面肉眼几乎不可见纵向辅助索单元，大大减小了纵向辅助索对悬索桥美观的影响，进而大大减小过往行人和驾驶员的心里负担。

优选地，所述吊索包括至少两根索股，同一所述吊索的所有所述索股与所述分隔架本体相连接，所述连接装置二位于至少两根所述索股之间。

在吊索索股之间设置刚性分隔架，可减小索股的有效长度，增加单根索股的刚度，从而有针对性地抑制吊索尾流致振。另外，在吊索上安装刚性分隔架，可以减小索股间的相对运动(即尾流致振)。但当风速较大时，吊索仍会发生大幅整体振动。进而使得纵向辅助索对吊索整体振动进行有效控制。

优选地，所述刚性分隔架与所述纵向辅助索可拆卸地连接。

优选地，所述分隔架本体上设置有吊索扣件，所述吊索扣件与所述索股对应设置，所述吊索扣件与对应的所述索股相连接。

优选地，所述斜向辅助索与所述桥塔通过连接结构一相铰接，所述斜向辅助索与所述桥塔还连接有限位装置一，所述限位装置一用于限定所述斜向辅助索与所述桥塔之间的相对角度。

优选地，所述连接结构一包括耳板一和耳板二，所述耳板一和耳板二通过铰接轴相铰接，所述耳板一与所述桥塔相连接，所述耳板二与所述斜向辅助索相连接，所述限位装置一包括角度调节固定板和至少两个与所述角度调节固定板相配合的限位槽，所有所述限位槽均设置于所述耳板二上，且所有所述限位槽沿所述铰接轴周向布置。

上述方案中的周向布置并不是要布置一周，而是以铰接轴为中心，所以限位槽绕铰接轴形成弧形布置。

通过连接结构一和限位装置一，使得斜向辅助索与所述桥塔相连接时，铰接的形式便于安装拆卸，且角度调节固定板与限位槽相配合便于调节斜向辅助索与所述桥塔之间的相对角度。

优选地，所述耳板二与所述斜向辅助索通过连接套筒相连接，所述连接套筒用于张紧所述斜向辅助索。

优选地，所述耳板一与所述桥塔通过底板相连接，所述角度调节固定板位于所述底板上。

优选地，所述耳板一为两个，所述耳板二设置于两个所述耳板一之间，所述铰接轴贯穿所述耳板一和所述耳板二，所述角度调节固定板也位于两个所述耳板一之间。

所述耳板二设置于两个所述耳板一之间，使得铰接轴受力更好，所述角度调节固定板位于两个所述耳板一之间，不沾占据额外位置，同时角度调节固定板只受到限位槽施加其的侧向力，而基本不受扭力，能保证角度调节固定板与限位槽的接触面积，进而增加了角度调节固定板和限位槽的使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，通过利用沿桥纵向设置的纵向辅助索和与所述纵向辅助索具有夹角的斜向辅助索，实现桥塔、主缆和吊索两两之间至少两点连接，并且在至少部分位置，斜向辅助索的设置使得桥塔、纵向辅助索和斜向辅助索，或吊索、纵向辅助索和斜向辅助索围成较稳定的类三角结构，在配合纵向辅助索、斜向辅助索和吊索柔性特点，使得主缆、吊索、纵向辅助索和斜向辅助索形成的整体，既要能够通过自身柔性进行少量变形，以满足悬索桥的使用变形要求，同时其整体又不会有较大的变形，进而能够对吊索整体振动进行更有效的控制，从而对悬索桥达到更好的抑振效果。

2、本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，所述纵向辅助索包括至少两根纵向辅助索单元，所述分隔架本体的两端分别铰接有连接装置一，分隔架本体的中部铰接有连接装置二，纵向辅助索单元与对应侧的所述连接装置一相连接，使得纵向辅助索对分隔架本体更平衡，进而优化分隔架本体的受力，同时，将纵向辅助索分成至少两根纵向辅助索单元，来减小纵向辅助索的直径，使得在桥面肉眼几乎不可见纵向辅助索单元，大大减小了纵向辅助索对悬索桥美观的影响，进而大大减小过往行人和驾驶员的心里负担。

3、本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，在吊索索股之间设置刚性分隔架，可减小索股的有效长度，增加单根索股的刚度，从而有针对性地抑制吊索尾流致振。另外，在吊索上安装刚性分隔架，可以减小索股间的相对运动(即尾流致振)。但当风速较大时，吊索仍会发生大幅整体振动。进而使得纵向辅助索对吊索整体振动进行有效控制。

4、本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，所述耳板二设置于两个所述耳板一之间，使得铰接轴受力更好，所述角度调节固定板位于两个所述耳板一之间，不占据额外位置，同时角度调节固定板只受到限位槽施加其的侧向力，而基本不受扭力，能保证角度调节固定板与限位槽的接触面积，进而增加了角度调节固定板和限位槽的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的背景技术中悬索桥的结构示意图。

图2是本发明的背景技术中主缆与吊索的连接结构示意图。

图3是本发明的一种悬索桥吊索减振系统的结构示意图。

图4是本发明的主缆、吊索和纵向辅助索之间的连接关系示意图。

图5是本发明的刚性分隔架的结构示意图。

图6是本发明的桥塔和斜向辅助索的连接结构示意图。

图7是本发明的耳板一与底板的连接结构示意图。

图8是本发明的连接套筒和斜向辅助索的连接结构示意图。

图9是本发明的分隔架本体和U型夹片的连接结构示意图(未画出吊索扣件)。

图标：1-主缆,2-索夹，3-纵向辅助索，31-纵向辅助索单元，4-刚性分隔架,41-分隔架本体,42-吊索扣件，5-连接装置一，51-U型夹片，6-吊索，61-索股，7-桥塔，73-耳板一,74-耳板二，75-角度调节固定板，76-限位槽，77-铰接轴，78-连接套筒；79-底板；8-斜向辅助索，9-连接装置二。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-9所示，本实施例所述的一种悬索桥吊索减振系统，包括主缆1、桥塔7和吊索6，吊索6通过索夹2与主缆1相连接，还包括斜向辅助索8和沿桥纵向设置的纵向辅助索3，所述斜向辅助索8与所述纵向辅助索3之间具有夹角A，A为(0°，90°)，其中，

所述纵向辅助索3的一端与所述桥塔7相连接，所述纵向辅助索3的另一端与所述主缆1相连接，所述纵向辅助索3与至少一根所述吊索6通过刚性分隔架4相连接；

所述斜向辅助索8的一端与所述桥塔7相连接，所述斜向辅助索8的另一端与所述主缆1相连接，所述斜向辅助索8与至少一个刚性分隔架4相连接。

本申请所述的一种悬索桥吊索减振系统，在施工时，所述纵向辅助索3的一端与所述桥塔7相连接，所述纵向辅助索3的另一端与所述主缆1相连接，所述纵向辅助索3与至少一根所述吊索6通过刚性分隔架4相连接；

所述斜向辅助索8的一端与所述桥塔7相连接，所述斜向辅助索8的另一端与所述主缆1相连接，所述斜向辅助索8与至少一个刚性分隔架4相连接。

通过利用沿桥纵向设置的纵向辅助索3和与所述纵向辅助索3具有夹角的斜向辅助索8，实现桥塔7、主缆1和吊索6两两之间至少两点连接，并且在至少部分位置，斜向辅助索8的设置使得桥塔7、纵向辅助索3和斜向辅助索8，或吊索6、纵向辅助索3和斜向辅助索8围成较稳定的类三角结构，在配合纵向辅助索3、斜向辅助索8和吊索6柔性特点，使得主缆1、吊索6、纵向辅助索3和斜向辅助索8形成的整体，既要能够通过自身柔性进行少量变形，以满足悬索桥的使用变形要求，同时其整体又不会有较大的变形，进而能够对吊索6整体振动进行更有效的控制，从而对悬索桥达到更好的抑振效果。

优选地，所述纵向辅助索3为至少两根，相邻所述纵向辅助索3沿高度方向间隔布置；所述纵向辅助索3与所述吊索6形成网状结构。

优选地，所述纵向辅助索3包括至少两根纵向辅助索单元31，所述刚性分隔架4包括分隔架本体41，所述分隔架本体41的两端分别铰接有连接装置一5，分隔架本体41的中部铰接有连接装置二9，其中，

所述分隔架本体41与所述吊索6相连接；

所述分隔架本体41的两端分别设置有至少一个所述纵向辅助索单元31，所述纵向辅助索单元31与对应侧的所述连接装置一5相连接；

所述连接装置二9与所述斜向辅助索8相连接。

所述纵向辅助索3包括至少两根纵向辅助索单元31，所述分隔架本体41的两端分别连接有由通过螺栓固定U型夹片51构成的连接装置一5，分隔架本体41的中部通过螺栓连接有连接装置二9，在安装时，连接装置二9能够绕螺栓相对于分隔架本体41转动，在调节好与连接装置二9相连接的斜向辅助索8之后，螺栓拧紧，使得分隔架本体41与连接装置二9相对固定，纵向辅助索单元31与对应侧的所述连接装置一5相连接，使得纵向辅助索3对分隔架本体41更平衡，进而优化分隔架本体41的受力，同时，将纵向辅助索3分成至少两根纵向辅助索单元31，来减小纵向辅助索3的直径，使得在桥面肉眼几乎不可见纵向辅助索单元31，大大减小了纵向辅助索3对悬索桥美观的影响，进而大大减小过往行人和驾驶员的心里负担。

优选地，所述吊索6包括至少两根索股61，同一所述吊索6的所有所述索股61与所述分隔架本体41相连接，所述连接装置二9位于至少两根所述索股61之间。

在吊索6索股61之间设置刚性分隔架4，可减小索股61的有效长度，增加单根索股61的刚度，从而有针对性地抑制吊索6尾流致振。另外，在吊索6上安装刚性分隔架4，可以减小索股61间的相对运动即尾流致振。但当风速较大时，吊索6仍会发生大幅整体振动。进而使得纵向辅助索3对吊索6整体振动进行有效控制。

优选地，所述刚性分隔架4与所述纵向辅助索3可拆卸地连接。

优选地，所述分隔架本体41上设置有吊索扣件42，所述吊索扣件42与所述索股61对应设置，所述吊索扣件42与对应的所述索股61相连接。

优选地，所述斜向辅助索8与所述桥塔7通过连接结构一相铰接，所述斜向辅助索8与所述桥塔7还连接有限位装置一，所述限位装置一用于限定所述斜向辅助索8与所述桥塔7之间的相对角度。

优选地，所述连接结构一包括耳板一73和耳板二74，所述耳板一73和耳板二74通过铰接轴77相铰接，所述耳板一73与所述桥塔7相连接，所述耳板二74与所述斜向辅助索8相连接，所述限位装置一包括角度调节固定板75和至少两个与所述角度调节固定板75相配合的限位槽76，所有所述限位槽76均设置于所述耳板二74上，且所有所述限位槽76沿所述铰接轴77周向布置。

上述方案中的周向布置并不是要布置一周，而是以铰接轴77为中心，所以限位槽76绕铰接轴77形成弧形布置。

通过连接结构一和限位装置一，使得斜向辅助索8与所述桥塔7相连接时，铰接的形式便于安装拆卸，且角度调节固定板75与限位槽76相配合便于调节斜向辅助索8与所述桥塔7之间的相对角度。

优选地，所述耳板二74与所述斜向辅助索8通过连接套筒78相连接，所述连接套筒78用于张紧所述斜向辅助索8。

优选地，所述耳板一73与所述桥塔7通过底板79相连接，所述角度调节固定板75位于所述底板79上。

在上述基础上，进一步优选的方式，所述耳板一73为两个，所述耳板二74设置于两个所述耳板一73之间，所述铰接轴77贯穿所述耳板一73和所述耳板二74，所述角度调节固定板75也位于两个所述耳板一73之间。

所述耳板二74设置于两个所述耳板一73之间，使得铰接轴77受力更好，所述角度调节固定板75位于两个所述耳板一73之间，不沾占据额外位置，同时角度调节固定板75只受到限位槽76施加其的侧向力，而基本不受扭力，能保证角度调节固定板75与限位槽76的接触面积，进而增加了角度调节固定板75和限位槽76的使用寿命。

本实施例所述的一种悬索桥吊索减振系统，主要包括刚性分隔架4、纵向辅助索3和斜向辅助索8。

根据索股的数量，刚性分隔架4可分为适用两索股式、四索股式、六索股式等类型，其中六索股式刚性分隔架4可由两个四索股骑分隔架和夹具组成。刚性分隔架4的分隔架本体41为一个整体，刚度大，整体性能好。

辅助索有两种布置方式：纵向辅助索3和斜向辅助索8，纵向辅助索3水平布置，斜向辅助索8斜向布置，辅助索中间通过刚性分隔架4连接悬索桥吊索，两端分别固定于主缆1和桥塔7，与悬索桥的悬吊体系共同构成抗风减振体系。斜向辅助索8和纵向辅助索3协同进一步限制吊索之间的相对运动。同时可通过纵向辅助索3调整辅助索张力来改善控制效果。

连接套筒78的两端内壁都设置有螺纹，且旋向不同，其一端与耳板二74螺纹连接，另一端与斜向辅助索8螺纹连接。

纵向辅助索单元31布设在连接装置的两端，斜向辅助索8布设在连接装置的中间位置，在满足受力的情况下，尽量减小纵向辅助索单元31的直径，尽量在桥面肉眼不可见，减少对悬索桥的美观影响，不增加过往行人和驾驶员的心里负担。

根据减振要求设置纵向辅助索3和斜向辅助索8的数量和位置。

减振体系中的纵向辅助索3和斜向辅助索8一端固定于桥塔7，一端固定于主缆主缆1，固定应牢固，中间与刚性分隔架4连接，将多根索股61形成整体，可增加整体刚度。主缆1处通过索夹2固定，纵向辅助索3与桥塔7之间通过连接结构一和限位装置一固定，优点在于整体性好，便于安装拆卸，便于调节角度，底板79通过膨胀螺栓固定在桥塔7处，底板79上有两个耳板一73以及角度调节固定板75，角度调节固定板75可以小范围调节伸缩长度，便于与连接套筒78的安装，连接套筒78一端连接斜向辅助索8，并调节斜向辅助索8张紧程度，另一端连接带有限位槽76的耳板二74，限位槽76的布置根据斜向辅助索8的倾斜角度确定,耳板二74与底板79的两个耳板一73通过铰接轴77连接，铰接轴77可以选择螺栓。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种悬索桥吊索减振系统，包括主缆(1)、桥塔(7)和吊索(6)，

其特征在于，

还包括斜向辅助索(8)和沿桥纵向设置的纵向辅助索(3)，所述斜向辅助索(8)与所述纵向辅助索(3)之间具有夹角A，A为(0°，90°)，其中，

所述纵向辅助索(3)的一端与所述桥塔(7)相连接，所述纵向辅助索(3)的另一端与所述主缆(1)相连接，所述纵向辅助索(3)与至少一根所述吊索(6)通过刚性分隔架(4)相连接；

所述斜向辅助索(8)的一端与所述桥塔(7)相连接，所述斜向辅助索(8)的另一端与所述主缆(1)相连接，所述斜向辅助索(8)与至少一个刚性分隔架(4)相连接；

所述斜向辅助索(8)与所述桥塔(7)通过连接结构一相铰接，所述斜向辅助索(8)与所述桥塔(7)还连接有限位装置一，所述限位装置一用于限定所述斜向辅助索(8)与所述桥塔(7)之间的相对角度；

所述连接结构一包括耳板一(73)和耳板二(74)，所述耳板一(73)和耳板二(74)通过铰接轴(77)相铰接，所述耳板一(73)与所述桥塔(7)相连接，所述耳板二(74)与所述斜向辅助索(8)相连接，所述限位装置一包括角度调节固定板(75)和至少两个与所述角度调节固定板(75)相配合的限位槽(76)，所有所述限位槽(76)均设置于所述耳板二(74)上，且所有所述限位槽(76)沿所述铰接轴(77)周向布置；

所述耳板一(73)与所述桥塔(7)通过底板(79)相连接，所述角度调节固定板(75)位于所述底板(79)上。

2.根据权利要求1所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述纵向辅助索(3)为至少两根，相邻所述纵向辅助索(3)沿高度方向间隔布置；所述纵向辅助索(3)与所述吊索(6)形成网状结构。

3.根据权利要求1所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述纵向辅助索(3)包括至少两根纵向辅助索单元(31)，所述刚性分隔架(4)包括分隔架本体(41)，所述分隔架本体(41)的两端分别连接有连接装置一(5)，分隔架本体(41)的中部连接有连接装置二(9)，其中，

所述分隔架本体(41)与所述吊索(6)相连接；

所述分隔架本体(41)的两端分别设置有至少一个所述纵向辅助索单元(31)，所述纵向辅助索单元(31)与对应侧的所述连接装置一(5)相连接；

所述连接装置二(9)与所述斜向辅助索(8)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述吊索(6)包括至少两根索股(61)，同一所述吊索(6)的所有所述索股(61)与所述分隔架本体(41)相连接，所述连接装置二(9)位于至少两根所述索股(61)之间。

5.根据权利要求4所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述分隔架本体(41)上设置有吊索扣件(42)，所述吊索扣件(42)与所述索股(61)对应设置，所述吊索扣件(42)与对应的所述索股(61)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述耳板二(74)与所述斜向辅助索(8)通过连接套筒(78)相连接，所述连接套筒(78)用于张紧所述斜向辅助索(8)。

7.根据权利要求1所述的一种悬索桥吊索减振系统，其特征在于，所述耳板一(73)为两个，所述耳板二(74)设置于两个所述耳板一(73)之间，所述铰接轴(77)贯穿所述耳板一(73)和所述耳板二(74)，所述角度调节固定板(75)也位于两个所述耳板一(73)之间。

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