CN113293691B - 一种桥梁拉索风雨激振抑振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及桥梁拉索技术领域，尤其涉及一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，包括套管、转盘、风车和隔水板，套管与拉索固定连接，转盘套设在套管外，转盘上固定连接支座，风车通过转轴与支座转动连接，转轴包括内轴和套设在内轴外的外轴，内轴与外轴花键连接，内轴的一端设置锥体，外轴与支座转动连接，外轴上固定连接滚轮，转盘的外周面上固定连接翼板，隔水板套设在套管外，隔水板的底面与滚轮接触。本方案机械结构简单，安全性高、结构可靠性强，本方案利用风能截断水线的生成，有效避免风雨激振的产生，本方案能吸收风车周围的气流流动带来的风能，降低风能对拉索的影响，避免拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。

Description

一种桥梁拉索风雨激振抑振装置

技术领域

本发明涉及桥梁拉索技术领域，尤其涉及一种桥梁拉索风雨激振抑振装置。

背景技术

斜拉桥由于结构受力性能好、跨越能力强、结构造型多样抗震能力强及施工方法成熟等特点，成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一，在桥梁工程中得到了越来越多的应用。

由于斜拉索的质量、刚度和阻尼都很小，随着斜拉桥跨度的增大，拉索振动问题的影响日益显著，在各种振动情况中，风雨激振使拉索风致振动中最强烈的一种，且风雨激振的起振条件容易满足、振幅极大、对桥梁的危害最为严重。

风雨激振是指干燥气候下气动稳定的圆形截面的拉索，在风雨共同作用下，由于水线的出现，改变了拉索的截面形状，使其在气流中失去稳定性，由此发生的一种大幅振动。

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。但是较使用圆柱形拉索来说，使用上述方法极大可能会在拉索表面的曲率突变处出现应力集中、降低拉索强度问题，另外相比圆形拉索而言，使用多边形拉索存在制造困难，成本增大问题。

为解决上述问题，中国专利CN 109826095 B公开了一种可抑制风雨激振的桥梁拉索，通过在斜拉索本体上设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、驱动装置和刷体的雨刷装置，在降雨时自动开启雨刷装置，雨刷装置可根据雨量大小自动调节其转速，通过雨刷装置不断地破坏斜拉索本体上的水线形成，从而减少甚至避免风雨激振对斜拉索本体的破坏,上诉方案能有效破坏水线的形成防止风雨激振现象出现，但是该方案设置了包括余量传感器、供电装置和驱动装置等大量的电子元件，这些电子元件在暴晒、风雨交加的环境中容易损坏，存在漏电等安全风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，以有效解决现有技术中桥梁拉索在降雨时出现风雨激振的问题。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，包括沿拉索长度方向依次设置的若干除水机构，所述除水机构包括套管、转盘、风车和隔水板，所述套管为圆管套设在拉索外与拉索固定连接，所述转盘为圆盘套设在所述套管外，转盘与套管间设置止推轴承转动连接，所述转盘上固定连接支座；

所述风车包括扇叶和转轴，所述转轴的轴线垂直所述拉索的轴线，所述转轴包括内轴和套设在所述内轴外的外轴，内轴上设有外花键，所述内轴与所述外轴花键连接，所述内轴的一端与所述扇叶同轴固定连接，内轴的另一端与内轴同轴设置锥体，所述外轴与所述支座转动连接，外轴上与外轴同轴固定连接滚轮，所述转盘的外周面上固定连接翼板，所述翼板位于由所述转轴的轴线与所述套管的轴线确定的平面内；

所述套管的外壁同一圆周上设置若干与所述锥体配合的锥孔，所述内轴靠近所述锥体的一端外部套设套环，所述套环与所述内轴螺纹连接，所述套环上设置第一拉簧，所述第一拉簧的一端与所述套环连接，第一拉簧的另一端与所述外轴连接；

所述隔水板为圆形板，隔水板位于所述转盘上方套设在所述套管外，隔水板与套管间设置止推轴承转动连接，隔水板的底面与所述滚轮接触。

本方案一种桥梁拉索风雨激振抑振装置的原理和有益效果在于：

在没有风时，在第一拉簧的弹力下，内轴上的锥体离开套管上的锥孔使得转盘可以绕套管自由转动，当有风出现时，风力作用在翼板上使翼板绕套管转动到翼板平面与风向平行的位置，这时扇叶受到的风力的最大，在风力作用下扇叶开始旋转并使扇叶带动内轴克服第一拉簧的弹力向靠近套管方向移动，内轴向靠近套管移动使内轴端部的锥体插入到对应得锥孔里防止转盘转动，扇叶转动带动内轴转动，内轴带动外轴同步转动，外轴带动滚轮同步转动，滚轮通过摩擦传动带动隔水板转动，在风雨交加的天气状况里，拉索上的水线在下流到隔水板上时，被旋转的隔水板甩掉阻止水线形成，防止风雨激振发生，隔水板的转动可以消耗掉由扇叶传递而来的动能，使得扇叶能够将扇叶周围的风能吸收并消耗掉，降低风能对拉索带来的其它振动影响。

当风力方向改变时，由于风力作用在扇叶上的角度变小而使得扇叶受到沿内轴轴线方向的推力减小，在第一拉簧的弹力下内轴向远离套管方向移动使锥体离开套管上的锥孔，这时转盘可以自由转动，同时，风向的改变使风力作用在翼板上的角度加大对翼板产生推力使翼板绕套管转动到翼板平面与风向平行的位置，这时扇叶受到的风力作用最大，锥体又重新插入锥孔里使转盘不能转动，扇叶在风力作用下转动继续通过滚轮带动隔水板转动。

与现有的技术相比，本方案具有以下有益效果：

1.本方案机械结构简单，不使用任何电子元件，不需要额外提供电能，安全性高、结构可靠性强，

2.风车可以主动适应不同方向的气流使得风车的转速最快，使得隔水板旋转更快进而达到最快除水甩水效率，防止水线的再次生成，有效避免风雨激振的产生。

3.本方案除了在有风有雨的天气状况下使得隔水盘的转动可以隔断并甩掉水体外，在无雨有风的天气状况下转盘的旋转还具有消耗风车经滚轮传递的能量，使得风车能够有效的吸收风车周围的气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对拉索的影响，避免拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。

进一步，靠近所述套管的隔水板上表面设置环形槽，靠近隔水板外沿的隔水板下表面均布至少两个轴线与隔水板轴线平行的盲孔，隔水板的上表面与所述盲孔对应地设置凹槽，所述盲孔内滑动连接滑柱，盲孔的孔口处螺纹连接环状止推板，盲孔内设置第一压簧，所述第一压簧的一端与所述滑柱接触，第一压簧的另一端与所述环状止推板接触，隔水板内与盲孔轴线同轴设置推杆，所述推杆与隔水板密封滑动连接，推杆的下端与所述滑柱固定连接，推杆的上端伸入所述凹槽内，凹槽内滑动连接阻风板，推杆的上端与所述阻风板固定连接，隔水板内设置斜流道，所述斜流道的一端与所述盲孔的底部连通，斜流道的另一端与所述环形槽连通。

无雨水的天气状况下，斜流道内没有水体，在第一压簧的弹力下滑柱位于盲孔内靠近凹槽的一端，推杆将阻风板原理推杆的一端推出凹槽外，伸出凹槽的阻风板起到阻碍隔水板转动的作用，可以加大消耗由风车经滚轮传递给隔水板的能量，进而能够有效的吸收风车周围的气流流动带来的风能，从而进一步降低风能对拉索的影响，避免拉索抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。

当在下雨天气时，雨水顺拉索流入隔水板上的环形槽内再进入斜流道内，当隔水板转动时，斜流道内的水体在离心力作用下挤压滑柱使滑柱克服第一压簧的弹力向远离凹槽方向移动，进而通过推杆带动阻风板缩回凹槽里，使没有阻风板造成风阻的隔水板转动更快，能更快将隔水板上的水体甩掉。

进一步，所述环形槽靠近隔水板外沿的侧壁倾斜设置。可以防止在雨停后凹槽里和斜流道里还聚集水体，由于斜流道里有水体，在下次有风无雨天气时隔水板旋转导致滑柱将会再次被挤压造成阻风板无法伸出隔水板外，降低对风车周围风能的消耗，起不到降低风能对拉索影响的作用。

进一步，相邻除水机构上的扇叶的旋转方向相反。防止同一拉索上所有的转盘对拉索产生相同方向的扭矩对拉索产生扭转变形。

进一步，在所述套管内壁设置弹性密封层。

由于实际使用状态下的拉索并不是呈直线状态，不是标椎的圆柱体，增加弹性密封层使套管与拉索紧密接触防止有雨水由拉索与套管内壁的间隙向下流动。

进一步，所述锥体与所述内轴转动连接。防止锥体随内轴同步旋转导致间锥同锥孔间的摩擦产生高热。

附图说明

图1为本发明实施例主视图方向的结构示意图。

图2为本发明实施例俯视图方向的结构示意图。

图3为图1中A部放大图。

图4为图1中B部放大图。

图5为图2中C部放大图。

图6为除水机构在拉索上的安装示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：拉索1、除水机构2、套管20、锥孔201、弹性密封层202、转盘30、支座301、开槽302、扇叶303、内轴3041、外轴3042、外花键3043、锥体305、翼板306、套环307、第一拉簧308、滚轮309、隔水板40、环形槽401、盲孔402、凹槽403、滑柱404、环状止推板405、第一压簧406、推杆407、阻风板408、斜流道409。

一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，如图6所示，包括沿拉索1的长度方向依次设置的多个除水机构2。

如图1所示，除水机构2包括套管20、转盘30、风车和隔水板40，套管20为圆管套设在拉索1外，套管20采用螺钉与拉索1固定连接，转盘30为圆盘套设在套管20外，在转盘30与套管20间设置止推轴承使转盘30与套管20转动连接，转盘30上表面上固定连接2个支座301；

如图1、图2所示，风车包括扇叶303和转轴，如图1、图2、图4、图5所示，转轴包括同轴设置的内轴3041和外轴3042，外轴3042套设在内轴3041外部，内轴3041上设有外花键3043，外轴3042上设有与外花键3043配合的沿外轴3042的轴线方向贯穿外轴3042的内花键，内轴3041与外轴3042花键连接使得内轴3041可在外轴3042内沿外轴3042的轴线方向滑动，内轴3041的一端与扇叶303同轴固定连接，内轴3041的另一端与内轴3041同轴设置锥体305，锥体305与内轴3041转动连接，锥体305的锥尖指向远离内轴3041的方向；

如图1、图2、图4、图5所示，外轴3042贯穿2个支座301，外轴3042的轴线垂直于套管20的轴线，外轴3042与支座301间通过设置止推轴承使外轴3042与支座301转动连接，位于2个支座301之间的外轴3042上与外轴3042同轴固定连接滚轮309，转盘30上开设有与滚轮309配合的开槽302。如图1、图2所示，转盘30的外周面上固定连接翼板306，翼板306呈长方形板状，翼板306位于由外轴3042的轴线与套管20的轴线确定的平面内；

由图2、图5所示，套管20的外壁同一圆周上设置若干与锥体305配合的锥孔201，内轴3041靠近锥体305的一端外部套设套环307，套环307上设置有内螺纹，内轴3041上设置有与套环307上内螺纹配合的外螺纹，套环307与内轴3041螺纹连接。如图4、图5所示，套环307上设置第一拉簧308，第一拉簧308的一端与套环307固定连接，第一拉簧308的另一端与外轴3042固定连接。

如图1所示，隔水板40为圆形板，隔水板40位于转盘30上方套设在套管20外，隔水板40与套管20间设置止推轴承转动连接，隔水板40的底面与滚轮309接触。

如图1、图3所示，靠近套管20的隔水板40上表面设置环形槽401，环形槽401靠近隔水板40外沿的侧壁倾斜设置使环形槽401的底部收窄，靠近隔水板40外沿的隔水板40下表面均布4个轴线与隔水板40轴线平行的盲孔402，隔水板40的上表面与盲孔402对应地设置呈矩形的凹槽403，盲孔402内滑动连接滑柱404，盲孔402的孔口处设置内螺纹，盲孔402孔口处设置环状止推板405，环状止推板405上设置与盲孔402孔口处内螺纹配合的外螺纹，盲孔402内设置第一压簧406，第一压簧406的一端与滑柱404接触，第一压簧406的另一端与环状止推板405接触，隔水板40内与盲孔402轴线同轴设置推杆407，推杆407的下端与滑柱404固定连接，推杆407的上端伸入凹槽403内，推杆407与隔水板40密封滑动连接，凹槽403内滑动连接呈长方形的阻风板408，推杆407的上端与阻风板408固定连接，隔水板40内设置斜流道409，斜流道409的一端与盲孔402的底部连通，斜流道409的另一端与环形槽401连通。

由于实际使用状态下的拉索1并不是呈直线状态，不是标椎的圆柱体，套管20与拉索1之间可能存在较大缝隙，下雨时雨水会由缝隙顺着拉索1往下流，在套管20内壁设置弹性密封层202使套管20与拉索1紧密接触防止有雨水由拉索1与套管20内壁的间隙向下流动。

为了防止同一拉索1上所有的转盘30对拉索1产生相同方向的扭矩对拉索1产生扭转变形，相邻除水机构2上的扇叶303的旋转方向相反设置。

本发明一种桥梁拉索风雨激振抑振装置的工作原理和有益效果为：

在没有风时，在第一拉簧308的弹力下，内轴3041上的锥体305离开套管20上的锥孔201使得转盘30可以绕套管20自由转动；当有风出现时，风力作用在翼板306上使翼板306绕套管20转动到翼板306平面与风向平行的位置，这时扇叶303受到的风力的最大，在风力作用下扇叶303开始旋转并使扇叶303带动内轴3041克服第一拉簧308的弹力向靠近套管20方向移动，内轴3041向靠近套管20移动使内轴3041端部的锥体305插入到对应的锥孔201里防止转盘30转动，扇叶303转动带动内轴3041转动，内轴3041带动外轴3042同步转动，外轴3042带动滚轮309同步转动，滚轮309通过摩擦传动带动隔水板40转动，在风雨交加的天气状况里，拉索1上的水线在下流到隔水板40上时，被旋转的隔水板40甩掉阻止水线形成，防止风雨激振发生。

当风力方向改变时，由于风力作用在扇叶303上的角度变小而使得扇叶303受到沿内轴3041轴线方向的推力减小，在第一拉簧308的弹力下内轴3041向远离套管20方向移动使锥体305离开套管20上的锥孔201，这时转盘30可以自由转动，同时，风向的改变使风力作用在翼板306上的角度加大对翼板306产生推力使翼板306绕套管20转动到翼板306平面与风向平行的位置，这时扇叶303受到的风力作用最大，锥体305由重新插入锥孔201里使转盘30不能转动，扇叶303在风力作用下转动继续通过滚轮309带动隔水板40转动。

有风无雨水的天气状况下，斜流道409内没有水体，在第一压簧406的弹力下滑柱404位于盲孔402内靠近凹槽403的一端，推杆407将阻风板408远离推杆407的一端推出凹槽403外，伸出凹槽403的阻风板408起到阻碍隔水板40转动的作用，可以加大消耗由风车经滚轮309传递给隔水板40的能量，进而能够有效的吸收风车周围的气流流动带来的风能，从而进一步降低风能对拉索1的影响，避免拉索1抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。

当在下雨天气时，雨水顺拉索1流入隔水板40上的环形槽401内再进入斜流道409内，当隔水板40转动时，斜流道409内的水体在离心力作用下挤压滑柱404使滑柱404克服第一压簧406的弹力向远离凹槽403方向移动，进而通过推杆407带动阻风板408缩回凹槽403里，使没有阻风板408造成风阻的隔水板40转动更快，能更快将隔水板40上的水体甩掉。

与现有的技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本方案机械结构简单，不使用任何电子元件，不需要额外提供电能，安全性高、结构可靠性强。

2.风车可以主动适应不同方向的气流使得风车的转速最快，使得隔水板40旋转更快进而达到最快除水甩水效率，防止水线的再次生成，有效避免风雨激振的产生。

3.本方案除了在有风有雨的天气状况下使得隔水盘的转动可以隔断并甩掉水体外，在无雨有风的天气状况下转盘30的旋转还具有消耗风车经滚轮309传递的能量，使得风车能够有效的吸收风车周围的气流流动带来的风能，从而在一定程度上降低风能对拉索1的影响，避免拉索1抖动程度超出安全范围，为桥梁结构提供安全保障。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，包括沿拉索长度方向依次设置的若干除水机构，其特征在于：所述除水机构包括套管、转盘、风车和隔水板，所述套管为圆管套设在拉索外与拉索固定连接，所述转盘为圆盘套设在所述套管外，转盘与套管间设置止推轴承转动连接，所述转盘上固定连接支座；

所述风车包括扇叶和转轴，所述转轴的轴线垂直所述拉索的轴线，所述转轴包括内轴和套设在所述内轴外的外轴，内轴上设有外花键，所述内轴与所述外轴花键连接，所述内轴的一端与所述扇叶同轴固定连接，内轴的另一端与内轴同轴设置锥体，所述外轴与所述支座转动连接，外轴上与外轴同轴固定连接滚轮，所述转盘的外周面上固定连接翼板，所述翼板位于由所述转轴的轴线与所述套管的轴线确定的平面内；

所述套管的外壁同一圆周上设置若干与所述锥体配合的锥孔，所述内轴靠近所述锥体的一端外部套设套环，所述套环与所述内轴螺纹连接，所述套环上设置第一拉簧，所述第一拉簧的一端与所述套环连接，第一拉簧的另一端与所述外轴连接；

所述隔水板为圆形板，隔水板位于所述转盘上方套设在所述套管外，隔水板与套管间设置止推轴承转动连接，隔水板的底面与所述滚轮接触。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，其特征在于：靠近所述套管的隔水板上表面设置环形槽，靠近隔水板外沿的隔水板下表面均布至少两个轴线与隔水板轴线平行的盲孔，隔水板的上表面与所述盲孔对应地设置凹槽，所述盲孔内滑动连接滑柱，盲孔的孔口处螺纹连接环状止推板，盲孔内设置第一压簧，所述第一压簧的一端与所述滑柱接触，第一压簧的另一端与所述环状止推板接触，隔水板内与盲孔轴线同轴设置推杆，所述推杆与隔水板密封滑动连接，推杆的下端与所述滑柱固定连接，推杆的上端伸入所述凹槽内，凹槽内滑动连接阻风板，推杆的上端与所述阻风板固定连接，隔水板内设置斜流道，所述斜流道的一端与所述盲孔的底部连通，斜流道的另一端与所述环形槽连通。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，其特征在于：所述环形槽靠近隔水板外沿的侧壁倾斜设置。

4.根据权利要求3所述的一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，其特征在于：相邻除水机构上的扇叶的旋转方向相反。

5.根据权利要求4所述的一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，其特征在于：在所述套管内壁设置弹性密封层。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁拉索风雨激振抑振装置，其特征在于：所述锥体与所述内轴转动连接。

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