CN113622304B - 一种斜拉索杠杆放大阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构振动控制技术领域，具体涉及一种斜拉索杠杆放大阻尼装置。该斜拉索杠杆放大阻尼装置包括：第一夹持机构、索套管、刚性支架和第一阻尼器。其中，第一夹持机构用于夹持在斜拉索的第一设定位置；索套管用于套设在斜拉索上，并与斜拉索之间留有间隙，位于第一夹持机构和斜拉索与桥面的锚点之间，索套管包括铰接端和阻尼端，铰接端与第一夹持机构铰接；刚性支架一端与索套管铰接，并且与索套管的铰接位置靠近铰接端，刚性支架的另一端固定在桥面上；第一阻尼器与阻尼端通过第一传力杆连接，并固定在桥面上。现有技术中安装阻尼器时，需要较长的传力杆影响美观，以及会导致外置式阻尼器无法发挥减振功能的问题。

Description

一种斜拉索杠杆放大阻尼装置

技术领域

本发明涉及结构振动控制技术领域，具体涉及一种斜拉索杠杆放大阻尼装置。

背景技术

斜拉桥由于其结构形式优良、构造美观、跨度大且布置灵活，在桥梁建设工程领域中已被广泛应用。随着科学技术的发展，越来越多的新材料被研发、新技术被推广，跨度超过1000m的超大跨度斜拉桥的数量也在不断增加。作为主要承力构件的斜拉索长径比随之增大，其刚度、阻尼不断降低，极易在风、风雨、地震及车载等外界激励下产生大幅振动，如涡振、驰振、颤振、抖振、风雨激振和参数振动等。持续的振动会造成斜拉索的疲劳损伤和斜拉索保护套的破坏，从而加速斜拉索的锚固区锈蚀、应力腐蚀、疲劳损伤，降低了斜拉索的使用寿命和引起行人的不舒适感和不安全感，严重的情况下可能会使斜拉索丧失大部分的承载力或失效，致使整座桥梁的安全性受到严重的影响。

利用外置式斜拉索阻尼器控制斜拉索的振动，已经得到了工程界和学术界的广泛认可，但是选择一种能够为斜拉索面内(斜拉索曲线平面内，以下简称面内)和面外(垂直于斜拉索挠曲线所在平面，以下简称面外)提供有效的附加阻尼的阻尼装置，仍然有一定的困难，而且随着拉索的增加，景观要求、阻尼器相对安装位置的降低、阻尼器支撑刚度折减等问题，都在一定程度上影响了阻尼器的减振效果。如某长江大桥所采用的磁流变阻尼器，只能控制斜拉索较大幅度的面内振动，对斜拉索面内的微幅面内振动和面外振动无法有效控制。

随着斜拉桥跨度的不断增大，主塔高度也不断增加，斜拉索的倾斜角度也不断变大，如某超大跨度斜拉索中短索索长为200m时，倾斜角度达到了60度，若按照斜拉索外置阻尼器理论若按照理论安装高度3％(斜拉索模态阻尼比3％)，此时阻尼器传力杆长安装高度及长度分别达到5.19m和10.39m，对传力杆刚度提出更高要求，并严重影响桥梁景观。此外，较高阻尼器安装位置会导致外置式阻尼器安装位置为振动驻点(此处振动位移为0)，使得斜拉索外置式阻尼器无法发挥减振功能，需采取其他附加措施加以控制，如增加调谐质量阻尼器，将进一步增加阻尼器使用成本。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉索杠杆放大阻尼装置，现有技术中安装阻尼器时，需要较长的传力杆影响美观，以及会导致外置式阻尼器无法发挥减振功能的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明提供一种斜拉索杠杆放大阻尼装置，包括：

第一夹持机构，其用于夹持在斜拉索的第一设定位置；

索套管，其用于套设在所述斜拉索上，并与所述斜拉索之间留有间隙，位于所述第一夹持机构和所述斜拉索与桥面的锚点之间，所述索套管包括铰接端和阻尼端，所述铰接端与所述第一夹持机构铰接；

刚性支架，其一端与所述索套管铰接，并且与所述索套管的铰接位置靠近所述铰接端，所述刚性支架的另一端固定在所述桥面上；

第一阻尼器，其与所述阻尼端通过第一传力杆连接，并固定在所述桥面上。

在一些可选的方案中，所述刚性支架呈L型，包括相互垂直并一端相互连接的外伸架和传力架，所述外伸架的另一端与所述索套管铰接，所述传力架的另一端和固定在所述桥面上，并位于靠近所述阻尼端一侧。

在一些可选的方案中，所述铰接端与所述第一夹持机构通过第一球铰铰接，所述外伸架与所述索套管通过第二球铰铰接。

在一些可选的方案中，所述第一夹持机构和铰接端之间通过至少两个第一球铰连接。

在一些可选的方案中，还包括第二阻尼器和第二夹持机构，所述第二夹持机构用于夹持在斜拉索的第二设定位置，位于所述第一夹持机构和所述斜拉索与桥面的锚点之间，所述第二阻尼器固定在所述桥面上，并通过第二传力杆与第二夹持机构连接。

在一些可选的方案中，所述传力架为中空的支架或者套筒结构，所述第二夹持机构、第二传力杆和第二阻尼器处于同一直线方向，并与所述传力架方向一致，且所述第二阻尼器和第二传力杆设于所述传力架内。

在一些可选的方案中，所述第二传力杆上设有可与所述传力架铰接的铰接点，并且所述铰接点靠近所述第二夹持机构一侧。

在一些可选的方案中，所述第二传力杆与所述传力架可通过第三球铰铰接。

在一些可选的方案中，第一设定位置为距离斜拉索与桥面的锚点2.5-3.5％倍斜拉索长度的位置，第二设定位置为距离斜拉索与桥面的锚点1.5-2％倍斜拉索长度的位置。

在一些可选的方案中，所述索套管与所述斜拉索之间的间隙大于斜拉索最大振幅乘以放大系数之积，所述放大系数为刚性支架和所述索套管的铰接位置到阻尼端的距离与到铰接端的距离比值。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将第一设定位置的斜拉索振动，通过索套管、刚性支架构成的杠杆结构放大至索套管的阻尼端，通过第一阻尼器减振，可以提高减振效果。另外，索套管套设在斜拉索上，基本不影响美观，也更加稳定，刚性支架设置在第一设定位置与斜拉索与桥面的锚点之间，避免了直接采用阻尼器与第一设定位置连接对斜拉索减振，会阻尼器传力杆过长的问题，刚性支架也会较以前的阻尼器传力杆会更短，更加美观。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中斜拉索杠杆放大阻尼装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一阻尼器的放大系数示意图；

图3为本发明实施例中第二阻尼器的放大系数示意图。

图中：1、第一夹持机构；2、斜拉索；3、索套管；13、第一球铰；130、连接杆；31、铰接端；32、阻尼端；33、套管孔；34、支座；4、桥面；41、锚点；42、第一底座；43、第二底座；5、刚性支架；51、外伸架；52、传力架；35、第二球铰；6、第一阻尼器；61、第一传力杆；7、第二阻尼器；71、第二传力杆；57、第三球铰；8、第二夹持机构。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供一种斜拉索杠杆放大阻尼装置，包括：第一夹持机构1、索套管3、刚性支架5和第一阻尼器6。

其中，第一夹持机构1用于夹持在斜拉索2的第一设定位置；索套管3用于套设在斜拉索2上，并与斜拉索2之间留有间隙，位于第一夹持机构1和斜拉索2与桥面4的锚点41之间，索套管3包括铰接端31和阻尼端32，铰接端31与第一夹持机构1铰接；刚性支架5一端与索套管3铰接，并且与索套管3的铰接位置靠近铰接端31，刚性支架5的另一端固定在桥面4上；第一阻尼器6与阻尼端32通过第一传力杆61连接，并固定在桥面4上。

在使用该斜拉索杠杆放大阻尼装置时，通过将第一夹持机构1夹持在斜拉索2的第一设定位置，并将索套管3套设在第一夹持机构1和斜拉索2与桥面4的锚点41的斜拉索上，并留有间隙；再利用刚性支架5一端与索套管3铰接，刚性支架5的另一端固定在桥面4上，并且与索套管3的铰接位置靠近铰接端31，形成一个杠杆支点，最后将第一阻尼器6与阻尼端32通过第一传力杆61连接，并固定在桥面4上。这样的设计可以将第一设定位置的斜拉索振动，通过索套管3、刚性支架5构成的杠杆结构放大至索套管3的阻尼端32，通过第一阻尼器6减振，可以提高减振效果。另外，索套管3套设在斜拉索2上，基本不影响美观，也更加稳定，刚性支架5设置在第一设定位置与斜拉索2与桥面4的锚点41之间，避免了直接采用阻尼器与第一设定位置连接对斜拉索2减振，会阻尼器传力杆过长的问题，刚性支架5也会较以前的阻尼器传力杆会更短，更加美观。

在本实施例中，索套管3采用两个半圆筒拼接而成，这样的设计可方便索套管3的安装。第一阻尼器6与斜拉索2之间相互垂直，这样的设计可使第一阻尼器6对放大后的振动有更好的减振效果。另外，第一阻尼器6通过第一底座42固定在桥面4上，第一底座42可方便第一阻尼器6的安装。

在一些可选的实施例中，刚性支架5呈L型，包括相互垂直并一端相互连接的外伸架51和传力架52，外伸架51的另一端与索套管3铰接，传力架52的另一端和固定在桥面4上。

在本实施例中，外伸架51与斜拉索2平行，外伸架51和传力架52相互垂直，所以传力架52与斜拉索2相互垂直，传力架52靠近阻尼端32一侧，可使传力架52的位置更低，在保留放大系数的前提下，即保留减振效果的前提下，使传力架52更加靠近斜拉索2与桥面4的锚点41，以减小对斜拉索美观的影响。

本例中，传力架52通过第二底座43固定在桥面4上。

在一些可选的实施例中，铰接端31与第一夹持机构1通过第一球铰13铰接，外伸架51与索套管3通过第二球铰35铰接。

在本实施例中，铰接端31与第一夹持机构1和外伸架51与索套管3均通过第一球铰13和第二球铰35连接，当斜拉索2发生横桥向和纵桥向的振动时，第一阻尼器6都可以通过索套管3、刚性支架5构成的杠杆结构对放大的振动进行减振。本例中，索套管3与外伸架51的连接处设有支座34，第二球铰35设置在支座34，外伸架51与索套管3通过支座34上设置的第二球铰35铰接。

在其他实施例中，铰接端31与第一夹持机构1和外伸架51与索套管3也可以采用可在相同方向转的销轴铰接，例如，设置在纵桥向转动的销轴铰接，第一阻尼器6可以控制纵桥向的振动；设置在横桥向转动的销轴铰接，第一阻尼器6可以控制横桥向的振动。

在一些可选的实施例中，第一夹持机构1和铰接端31之间通过至少两个第一球铰13连接。

在本实施例中，第一夹持机构1和铰接端31之间通过三个第一球铰13连接。采用三个第一球铰13将第一夹持机构1和铰接端31连接，可以使连接更加稳定。

本例中，铰接端31与第一夹持机构1的连接处均设有用于连接第一球铰13，并与第一球铰13个数相同的连接杆130，铰接端31与第一夹持机构1通过设置在其上面的连接杆130和用于铰接的第一球铰13连接。

在一些可选的实施例中，还包括第二阻尼器7和第二夹持机构8，第二夹持机构8用于夹持在斜拉索2的第二设定位置，位于第一夹持机构1和斜拉索2与桥面4的锚点41之间，第二阻尼器7固定在桥面4上，并通过第二传力杆71与第二夹持机构8连接。

在本实施例中，第二夹持机构8为索夹，第二阻尼器7、第二传力杆71和第二夹持机构8处于同一直线上，并且与斜拉索2垂直，设置第二阻尼器7可以对斜拉索2其他频段的振动减振。并与第一阻尼器6协同作用，实现对斜拉索2多个频段振动频率的减振覆盖。

当然，在其他实施例中，也可以设置多个阻尼器对斜拉索2实现全频段的减振控制。索套管3上与第二设定位置的对应处，设有套管孔33，第二传力杆71穿过套管孔33后与第二夹持机构8连接。

在一些可选的实施例中，第一设定位置为距离斜拉索2与桥面4的锚点2.5-3.5％倍斜拉索长度的位置，第二设定位置为距离斜拉索2与桥面4的锚点1.5-2％倍斜拉索长度的位置。

在本实施例中，第一设定位置设置在距离斜拉索2在桥面4的锚点3％倍斜拉索长度的位置，第二设定位置设置在距离斜拉索2在桥面4的锚点1.5％倍斜拉索长度的位置。

在一些可选的实施例中，传力架52为中空的支架或者套筒结构，第二夹持机构8、第二传力杆71和第二阻尼器7处于同一直线方向，并与传力架52方向一致，且第二阻尼器7和第二传力杆71设于传力架52内。

在本实施例中，传力架52设计为其延长线与斜拉索2的交点为第二设定位置，并将传力架52设计为中空的支架或者套筒结构，可将第二传力杆71和第二阻尼器7设于传力架52内部，可保证整体结构的美观，还可以减小传力架52，与第二传力杆71和第二阻尼器7分开设置时占用的空间。另外，传力架52套筒结构时，第二阻尼器7可与传力架52共用与第二底座43连接的套筒结构，这样又可以继续节省材料和空间，以减小成本。

在一些可选的实施例中，第一阻尼器6和第二阻尼器7采用粘滞阻尼器、油阻尼器、油漆耦合阻尼器或者电涡流阻尼器。在本例中，第一阻尼器6和第二阻尼器7采用插板式的粘滞剪切阻尼器，可以控制多个方向的振动。

在一些可选的实施例中，第二传力杆71上设有可与传力架52铰接的铰接点，并且铰接点靠近第二夹持机构8一侧。

在本实施例中，第二传力杆71上设置可与传力架52铰接的铰接点，在使用或者设计斜拉索2的阻尼器时，若发现第二设定位置斜拉索2的振幅较小，需要放大后才能被第二阻尼器7控制振动时，可将第二传力杆71与传力架52采用铰接的形式连接，此时铰接点和铰接点两端的第二传力杆71形成杠杆结构，将第二设定位置的微小振动放大至第二阻尼器7处，是第二阻尼器7提供更好的减振效果。

如图1和图3所示，本例中，铰接点与第二设定位置的距离为L3，铰接点与第二阻尼器7的距离为L4，此时，铰接点和铰接点两端的第二传力杆71形成杠杆结构可将第二设定位置斜拉索2的振幅放大L4/L3，具体的放大系数可以根据铰接点的设计位置确定，并通过调整铰接点的位置调节放大系数。

在一些可选的实施例中，第二传力杆71与传力架52可通过第三球铰57铰接。

在本实施例中，第二传力杆71与传力架52采用第三球铰57的形式连接，可使第二阻尼器7除了不能对斜拉索2顺桥向的振动进行控制外，可实现对其他任何方向的放大控制。当然在其他实施例中，也可以采用销轴铰接的形式将第二传力杆71与传力架52连接，此时可根据斜拉索2需要控制的振动方向设置销轴铰接的转动方向。

在一些可选的实施例中，索套管3与斜拉索2之间的间隙大于斜拉索最大振幅乘以放大系数之积，放大系数为刚性支架5和索套管3的铰接位置到阻尼端32的距离与到铰接端31的距离比值。

如图1和图2所示，在本实施例中，将索套管3与斜拉索2之间的间隙设计为大于斜拉索最大振幅乘以放大系数之积，可以避免斜拉索2在振动时，与索套管3产生干涉。本例中，刚性支架5和索套管3的铰接位置到铰接端31的距离为L1，刚性支架5和索套管3的铰接位置到阻尼端32的距离为L2，放大系数为L2/L1。

综上所述，将第一设定位置的斜拉索振动通过索套管3、刚性支架5构成的杠杆结构放大至索套管3的阻尼端32，通过第一阻尼器6减振，可以提高减振效果。另外，索套管3套设在斜拉索2上，基本不影响美观，也更加稳定，刚性支架5设置在第一设定位置与斜拉索2与桥面4的锚点41之间，避免了直接采用阻尼器与第一设定位置连接对斜拉索2减振，会阻尼器传力杆过长的问题，刚性支架5也会较以前的阻尼器传力杆会更短，更加美观。

将传力架52的位置设计为其延长线与斜拉索2的交点与第二设定位置重合，并将传力架52设计为中空的支架或者套筒结构，可将第二传力杆71和第二阻尼器7设于传力架52内部，可保证整体结构的美观，还可以减小传力架52，与第二传力杆71和第二阻尼器7分开设置时占用的空间。另外，传力架52套筒结构时，第二阻尼器7可与传力架52共用与第二底座43连接的套筒结构，这样又可以继续节省材料和空间，以减小成本。

另外第一阻尼器和第二阻尼器均布置在桥面，便于安装维护，对桥梁景观影响小。降低了第一传力杆和第二传力杆的安装高度，安装维修均方便，对景观影响很小。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于，包括：

第一夹持机构(1)，其用于夹持在斜拉索(2)的第一设定位置；

索套管(3)，其用于套设在所述斜拉索(2)上，并与所述斜拉索(2)之间留有间隙，位于所述第一夹持机构(1)和所述斜拉索(2)与桥面(4)的锚点(41)之间，所述索套管(3)包括铰接端(31)和阻尼端(32)，所述铰接端(31)与所述第一夹持机构(1)铰接；

刚性支架(5)，其一端与所述索套管(3)铰接，并且与所述索套管(3)的铰接位置靠近所述铰接端(31)，所述刚性支架(5)的另一端固定在所述桥面(4)上；

第一阻尼器(6)，其与所述阻尼端(32)通过第一传力杆(61)连接，并固定在所述桥面(4)；

所述刚性支架(5)呈L型，包括相互垂直并一端相互连接的外伸架(51)和传力架(52)，所述外伸架(51)的另一端与所述索套管(3)铰接，所述传力架(52)的另一端和固定在所述桥面(4)上，并位于靠近所述阻尼端(32)一侧；

第二阻尼器(7)和第二夹持机构(8)，所述第二夹持机构(8)用于夹持在斜拉索(2)的第二设定位置，位于所述第一夹持机构(1)和所述斜拉索(2)与桥面(4)的锚点(41)之间，所述第二阻尼器(7)固定在所述桥面(4)上，并通过第二传力杆(71)与第二夹持机构(8)连接。

2.如权利要求1所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述铰接端(31)与所述第一夹持机构(1)通过第一球铰(13)铰接，所述外伸架(51)与所述索套管(3)通过第二球铰(35)铰接。

3.如权利要求2所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述第一夹持机构(1)和铰接端(31)之间通过至少两个第一球铰(13)连接。

4.如权利要求3所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述传力架(52)为中空的支架或者套筒结构，所述第二夹持机构(8)、第二传力杆(71)和第二阻尼器(7)处于同一直线方向，并与所述传力架(52)方向一致，且所述第二阻尼器(7)和第二传力杆(71)设于所述传力架(52)内。

5.如权利要求4所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述第二传力杆(71)上设有可与所述传力架(52)铰接的铰接点，并且所述铰接点靠近所述第二夹持机构(8)一侧。

6.如权利要求5所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述第二传力杆(71)与所述传力架(52)可通过第三球铰(57)铰接。

7.如权利要求1所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：第一设定位置为距离斜拉索(2)与桥面(4)的锚点2.5-3.5％倍斜拉索长度的位置，第二设定位置为距离斜拉索(2)与桥面(4)的锚点1.5-2％倍斜拉索长度的位置。

8.如权利要求1所述的斜拉索杠杆放大阻尼装置，其特征在于：所述索套管(3)与所述斜拉索(2)之间的间隙大于斜拉索最大振幅乘以放大系数之积，所述放大系数为刚性支架(5)和所述索套管(3)的铰接位置到阻尼端(32)的距离与到铰接端(31)的距离比值。

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