CN113308983A - 一种桥梁拉索抑振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及桥梁技术领域，尤其涉及一种桥梁拉索抑振装置，包括沿拉索长度方向依次设置的若干除水机构，除水机构包括套管和转柱，套管为圆管套设在拉索外与拉索固定连接，转柱套设在套管外与套管转动连接，转柱的上下端面设有涡扇叶片，转柱内设有贯穿转柱上下端面的通槽，转柱的外壁设置将通槽与转柱外部空间连通的排水孔，排水孔的轴线沿转柱的外圆周的切线方向设置。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，有效避免拉索风雨激振的产生，为桥梁结构提供安全保障。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁技术领域，尤其涉及一种桥梁拉索抑振装置。
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，风雨激振是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。现有研究表明，桥梁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，雨量较小时，没有明显的上水线存在，雨量较大时，有上水线存在，水体沿倾斜的拉索向下流动，水体振动频率与拉索频率相同，水线随着拉索振动在拉索表面振荡。
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和转柱，所述套管为圆管套设在拉索外与拉索固定连接，所述转柱套设在所述套管外与套管转动连接，所述转柱的上下端面均固定连接涡扇叶片，转柱内设有将转柱上下端面贯穿的通槽，所述转柱的外壁设置将所述通槽与转柱外部空间连通的排水孔，所述排水孔的轴线沿转柱的外圆周的切线方向设置。
进一步，所述转柱的上下端面均设置环形凹槽，所述环形凹槽绕转柱的轴线旋转设置，所述涡扇叶片设置在所述环形凹槽内，环形凹槽靠近转柱外壁的侧壁向外倾斜设置。
将涡扇叶片设置在环形凹槽内可以减小转柱旋转时受到的风阻，同时环形凹槽的侧壁向外倾斜设置可以起到聚风作用，增大风力对涡扇叶片的推力，加速转柱旋转。
进一步，所述通槽为螺旋通槽，所述螺旋通槽的旋向与所述涡扇叶片的旋向一致。
螺旋通槽在风力和水流冲击下都可以使转柱旋转加快水体甩出。
进一步，所述转柱的外形为纺锤形。
外壁设置有连通螺旋通槽的排水孔的纺锤形转柱能破坏拉索尾流区卡门涡脱的规律性，破坏干索驰振发生条件有利抑制干索驰振。
进一步，在所述套管内壁设置弹性密封层。
由于拉索通常是多根缠绕的钢绳，其整体外圆并不是完整规范的圆柱面，设置弹性密封层可与使套管与拉索更加紧密贴合。
进一步，所述套管由上管片和下管片两个半圆型管片组成，所述上管片和所述下管片上对应设置安装槽，所述上管片和所述下管片通过螺栓固定连接。以方便安装和移动套管。
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为转柱内部结构示意图。
图4为转柱外形图。
图5为套管的组合结构示意图。
图6为套管外形示意图。
图7为除水机构在拉索上的分布示意图
图8为除水机构实际工作位置图。
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、上管片201、下管片202、弹性密封层21、安装槽22、转柱30、环形凹槽31、涡扇叶片32、螺旋通槽33、排水孔34。
一种桥梁拉索1抑振装置，如图7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和转柱30，套管20为圆管套设在拉索1外与拉索1固定连接，结合图5图6，为使套管20与拉索1紧密贴合更加牢固，套管20内壁粘接有由橡胶制成的弹性密封层21，使套管20与拉索1紧密贴合更加牢固，防止套管20与拉索1之间产生滑动和转动，为了方便在拉索1上不同位置固定安装和移动套管20，套管20由上管片201和下管片202两个半圆型管片组成，在上管片201和下管片202上对应地设置安装槽22，上管片201和下管片202通过螺栓固定连接。
如图1-图4所示，转柱30套设在套管20外壁与套管20转动连接，转柱30的上下端面均设置环形凹槽31，环形凹槽31绕转柱30的轴线旋转设置，环形凹槽31靠近转柱30外壁的侧壁向外倾斜设置，转柱30的上下端面的环形凹槽31内均设置旋向相同的涡扇叶片32，涡扇叶片32与转柱30一体成型，将涡扇叶片32设置在环形凹槽31内可以减小转柱30旋转时受到的风阻，同时环形凹槽31起到聚风作用，可以增大风力对涡扇叶片32的推力，加速转柱30旋转。
转柱30内设有将转柱30的上下端面贯穿的螺旋通槽33，螺旋通槽33的旋向与涡扇叶片32的旋向一致，转柱30的外壁设置将螺旋通槽33与转柱30外部空间连通的排水孔34，排水孔34的轴线沿转柱30的外圆周的切线方向设置。
为了破坏拉索1尾流区卡门涡脱的规律性，转柱30的外形设为纺锤形，外壁设置有连通螺旋通槽33的排水孔34的纺锤形转柱30能破坏干索驰振发生条件，有利抑制干索驰振。
本发明一种桥梁拉索抑振装置的工作原理和有益效果为：
雨天在拉索1上形成沿拉索1向下流淌的水线，水线流入转柱30上端面上的环形凹槽31内再经螺旋通槽33向下流动，水体在下流过程中冲击涡扇叶片32和螺旋通槽33的斜面使转柱30发生旋转将螺旋通槽33内的水体由排水孔34甩出转柱30，起到隔断水线的目的，沿转柱30外圆周切向设置的排水孔34有利于螺旋通槽33内的水体快速排出。
如图8所示，由于实际工作中转柱30是倾斜放置的，在有风有雨的环境下，风力作用在转柱30下端面或上端面上的涡扇叶片32上，加速了转柱30的旋转速率，由于拉索1上的上水线或下水线不会同时流入所有的螺旋通槽33内，因此总有部分螺旋通槽33处于通风导风状态，有利于风(气)流高速冲击涡扇叶片32并产生推力使转柱30快速旋转将其余的螺旋通槽33内的水体甩出转柱30外。
转柱30的外形设为纺锤形，转柱30的外壁设置有连通螺旋通槽33的排水孔34，起到导风改变风向的作用，无雨有风的环境下，纺锤形转柱30能起到破坏拉索1尾流区卡门涡脱的规律性，破坏干索驰振发生条件，有利抑制干索驰振。
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.转柱30在风雨环境下能利用水流动能和风能使转柱30旋转将水体甩出转柱30外防止水线的不断增大，起到隔断水线形成防止拉索1风雨激振产生。
3.本方案纺锤形转柱30能起到破坏拉索1尾流区卡门涡脱的规律性，破坏干索驰振发生条件，有利抑制干索驰振，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和转柱，所述套管为圆管套设在拉索外与拉索固定连接，所述转柱套设在所述套管外与套管转动连接，其特征在于：所述转柱的上下端面均固定连接涡扇叶片，转柱内设有将转柱上下端面贯穿的通槽，所述转柱的外壁设置将所述通槽与转柱外部空间连通的排水孔，所述排水孔的轴线沿转柱的外圆周的切线方向设置。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁拉索抑振装置，其特征在于：所述转柱的上下端面均设置环形凹槽，所述环形凹槽绕转柱的轴线旋转设置，所述涡扇叶片设置在所述环形凹槽内，环形凹槽靠近转柱外壁的侧壁向外倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的一种桥梁拉索抑振装置，其特征在于：所述通槽为螺旋通槽，所述螺旋通槽的旋向与所述涡扇叶片的旋向一致。
4.根据权利要求3所述的一种桥梁拉索抑振装置，其特征在于：所述转柱的外形为纺锤形。
5.根据权利要求4所述的一种桥梁拉索抑振装置，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抑振装置，其特征在于：所述套管由上管片和下管片两个半圆型管片组成，所述上管片和所述下管片上对应设置安装槽，所述上管片和所述下管片通过螺栓固定连接。
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