CN114855592B - 一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法 - Google Patents

一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种斜拉索与吊索之间的连接装置及其参数计算方法，用于连接交叉设置的斜拉索与吊索，其特征在于，所述连接装置包括：用于套设于所述斜拉索外的第一套筒，其具有一第一轴线；用于套设于所述吊索外的第二套筒，其具有一第二轴线，所述第二轴线与所述第一轴线之间具有夹角；阻尼器，所述阻尼器位于所述第一套筒与所述第二套筒之间，且所述阻尼器的一端连接所述第一套筒，另一端连接所述第二套筒。本发明涉及的一种斜拉索与吊索之间的连接装置及其参数计算方法，阻尼器可以支撑在第一套筒与第二套筒之间，能够减小斜拉索与吊索碰撞的可能，且阻尼器能够在斜拉索与吊索之间提供缓冲力，抑制斜拉索与吊索的振动。

Description

一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法。
背景技术
目前，斜拉悬索协作体系是一种集合了斜拉桥和悬索桥两者优势的新型结构体系，可以保证在结构具有更大跨度的同时提高结构的整体受力性能。
相关技术中，为了解决端吊索的疲劳问题，斜拉悬索协作体系桥一般都设置交叉索。当主梁采用钢桁梁时，斜拉索和吊索都须锚固于主梁上弦节点处，当主缆采用平面布置形式时，交叉区斜拉索和吊索之间的净距较小。在运营阶段斜拉索易发生风雨振动，因此斜拉索和吊索存在碰撞的可能，会降低斜拉索和吊索的使用寿命。
因此，有必要设计一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法，以克服上述问题。
发明内容
本发明实施例提供一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法，以解决相关技术中斜拉索和吊索存在碰撞的可能，会降低斜拉索和吊索的使用寿命的问题。
第一方面，提供了一种斜拉索与吊索之间的连接装置，用于连接交叉设置的斜拉索与吊索，所述连接装置包括：用于套设于所述斜拉索外的第一套筒，其具有一第一轴线；用于套设于所述吊索外的第二套筒，其具有一第二轴线，所述第二轴线与所述第一轴线之间具有夹角；阻尼器，所述阻尼器位于所述第一套筒与所述第二套筒之间，且所述阻尼器的一端连接所述第一套筒，另一端连接所述第二套筒。
一些实施例中，所述阻尼器的一端通过第一销轴与所述第一套筒铰接，另一端通过第二销轴与所述第二套筒铰接。
一些实施例中，所述第一套筒与所述第二套筒之间设有两个所述阻尼器，两个所述阻尼器之间具有夹角。
一些实施例中，定义垂直于所述第二轴线且过所述第二套筒的中心的平面为中分面，两个所述阻尼器关于所述中分面对称设置。
一些实施例中，所述第一套筒的相对两侧分别设有第一耳板，所述第二套筒的同一侧设有两个第二耳板；每一所述阻尼器的一端对应与所述第一耳板铰接，另一端对应与所述第二耳板铰接，且两个所述阻尼器与所述第一耳板、所述第二耳板连接形成三角形结构。
一些实施例中，所述第一套筒设有第一耳板，所述第一耳板包括互相平行设置的两个竖板；所述阻尼器的一端具有连接板，所述连接板通过第一销轴与两个所述竖板连接，且所述连接板位于两个所述竖板之间，所述连接板与两个所述竖板之间均具有间隙。
第二方面，提供了一种上述的连接装置的参数计算方法，其特征在于，其包括以下步骤：根据变形前吊索的竖向坐标、变形后吊索的纵向坐标、变形前斜拉索上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索上标记点的纵向坐标xx，计算所述连接装置需要适应的纵向位移Δx。
一些实施例中，根据变形前吊索的竖向坐标、变形后吊索的竖向坐标、变形前斜拉索上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索上标记点的竖向坐标yx，计算所述连接装置需要适应的竖向位移Δy。
一些实施例中，根据变形后斜拉索的梁端索力、斜拉索重力集度、变形后斜拉索参数以及变形后斜拉索上标记点的纵向坐标xx，计算所述变形后斜拉索上标记点的竖向坐标yx。
一些实施例中，根据变形前后斜拉索塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离、变形前后斜拉索的梁端索力以及变形前后斜拉索塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离，迭代计算所述变形后斜拉索上标记点的纵向坐标xx。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法，由于在第一套筒与第二套筒之间设置了阻尼器，且阻尼器连接第一套筒与第二套筒，阻尼器可以支撑在第一套筒与第二套筒之间，能够减小斜拉索与吊索碰撞的可能，且阻尼器能够在斜拉索与吊索之间提供缓冲力，抑制斜拉索与吊索的振动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的一种斜拉索与吊索之间的连接装置的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种斜拉索与吊索之间的连接装置的主视示意图；
图3为本发明实施例提供的一种斜拉索与吊索之间的连接装置的侧视示意图。
图中：
1、第一套筒；11、第一耳板；111、竖板；2、第二套筒；21、第二耳板；
3、阻尼器；31、连接板；4、第一销轴；5、第二销轴；6、斜拉索；7、吊索；8、螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法，其能解决相关技术中斜拉索和吊索存在碰撞的可能，会降低斜拉索和吊索的使用寿命的问题。
参见图1和图2所示，为本发明实施例提供的一种斜拉索6与吊索7之间的连接装置，用于连接交叉设置的斜拉索6与吊索7，其中，吊索7可以是竖直的，也可以是倾斜设置的，而吊索7与斜拉索6之间是交叉设置的，吊索7与斜拉索6之间的夹角可以为锐角、直角、也可以为钝角，且吊索7与斜拉索6之间可以间隔有一定的距离，所述连接装置可以包括：用于套设于所述斜拉索6外的第一套筒1，其具有一第一轴线，其中，第一套筒1的内径可以与斜拉索6的外径大致相等，且当第一套筒1安装至斜拉索6上后，第一轴线与斜拉索6的轴线大致重合，保证第一套筒1与斜拉索6稳定的固定在一起；用于套设于所述吊索7外的第二套筒2，其具有一第二轴线，其中，第二套筒2的内径与吊索7的外径大致相等，且当第二套筒2安装至吊索7上后，第二轴线与吊索7的轴线大致重合，保证第二套筒2与吊索7稳定的固定在一起；且所述第二轴线与所述第一轴线之间具有夹角，该夹角根据吊索7与斜拉索6之间的夹角确定，也即所述第二轴线与所述第一轴线之间的夹角和吊索7与斜拉索6之间的夹角基本上相等，且均可以为锐角、直角或者钝角。
所述连接装置还可以包括阻尼器3，所述阻尼器3可以位于所述第一套筒1与所述第二套筒2之间，且所述阻尼器3的一端连接所述第一套筒1，另一端连接所述第二套筒2，其中，此处的连接可以理解为直接连接也可以是间接连接，阻尼器3可以为粘滞阻尼器3，也可以为弹簧阻尼器3、液压阻尼器3等，本实施例中优选粘滞阻尼器3。本实施例中，由于在第一套筒1与第二套筒2之间设置了阻尼器3，且阻尼器3连接第一套筒1与第二套筒2，阻尼器3可以支撑在第一套筒1与第二套筒2之间，能够减小斜拉索6与吊索7碰撞的可能，且阻尼器3能够在斜拉索6与吊索7之间提供缓冲力，抑制斜拉索6与吊索7的振动。在运营阶段，斜拉索6和吊索7之间会发生相对运动，设置阻尼器3，通过阻尼器3的摆动或者伸长、缩短运动可以适应斜拉索6和吊索7之间的相对位移，减小或者消除斜拉索6和吊索7之间的拉扯力。
其中，在一些实施例中，阻尼器3可以直接铰接在第一套筒1和第二套筒2上，并在铰接点实现纵向或者横向或者竖向，甚至360°方向的转动，再结合阻尼器3的伸缩运动，可以适应斜拉索6与吊索7之间在纵向、横向或者竖向甚至任意方向的相对运动。并且阻尼器3可以是与吊索7垂直的，也可以是相对于吊索7倾斜设置的，可以根据实际需求对阻尼器3的布置位置进行选择。
进一步，参见图1和图2所示，所述阻尼器3的一端可以通过第一销轴4与所述第一套筒1铰接，另一端通过第二销轴5与所述第二套筒2铰接，其中，此处的铰接也可以理解为阻尼器3直接铰接在第一套筒1和第二套筒2上，或者阻尼器3通过其他的部件间接铰接在第一套筒1和第二套筒2上，通过铰接连接容易适应斜拉索6和吊索7之间的互相相对位移。当然，在其他实施例中，阻尼器3的两端也可以与第一套筒1和第二套筒2固定连接，而通过阻尼器3的伸长和缩短运动来实现抑制斜拉索6与吊索7的振动、以及适应斜拉索6与吊索7在沿着阻尼器3方向上的相对运动。
在一些实施例中，参见图2所示，所述第一套筒1与所述第二套筒2之间优选设有两个所述阻尼器3，两个所述阻尼器3之间具有夹角，其中，该夹角可以为锐角、直角或者钝角均可，且其中一个阻尼器3可以垂直于吊索7设置，也可以是两个阻尼器3均相对于吊索7倾斜设置，本实施例中，通过设置具有夹角的两个所述阻尼器3，两个阻尼器3可以分别适应不同方向上的相对运动。
进一步，参见图2所示，定义垂直于所述第二轴线且过所述第二套筒2的中心的平面为中分面，两个所述阻尼器3关于所述中分面对称设置，其中，两个阻尼器3可以连接在第二套筒2的同一个位置，也可以连接在间隔设置的两个不同的位置，通过设置对称的两个阻尼器3，有利于位移的释放，阻尼器3也能够均匀的受力。
参见图2所示，在上述技术方案的基础上，所述第一套筒1的相对两侧可以分别设有第一耳板11，所述第二套筒2的同一侧可以设有两个第二耳板21；每一所述阻尼器3的一端对应与所述第一耳板11铰接，另一端对应与所述第二耳板21铰接，且两个所述阻尼器3与所述第一耳板11、所述第二耳板21连接形成三角形结构。也就是说，一个阻尼器3的一端连接一个第一耳板11，另一端连接一个第二耳板21，另一个阻尼器3的一端连接一个第一耳板11，另一端连接一个第二耳板21，且两个第二耳板21连接于第二套筒2的同一位置，两个第一耳板11位于同一竖直线上，使得两个阻尼器3与第一耳板11、第二耳板21连接后形成了三角形结构，该三角形结构可以为等腰三角形结构，也可以为等边三角形结构，当吊索7与斜拉索6在某一方向产生相对运动时，两个阻尼器3可以同步向相反的方向转动以适应吊索7与斜拉索6的相对运动。
在一些可选的实施例中，参见图3所示，所述第一套筒1设有第一耳板11，所述第一耳板11包括互相平行设置的两个竖板111，两个竖板111之间具有一定的间距；所述阻尼器3的一端具有连接板31，所述连接板31通过第一销轴4与两个所述竖板111连接，也即第一销轴4穿设于两个竖板111和连接板31上，第一销轴4可以与竖板111垂直设置，且所述连接板31位于两个所述竖板111之间，所述连接板31与两个所述竖板111之间均具有间隙L，该间隙L能够适应斜拉索6与吊索7之间的纵向相对位移。
进一步，第一套筒1和第二套筒2均可以为两个半圆形的结构拼装而成，且两个半圆形的结构可以通过螺栓8固定，使得第一套筒1安装在斜拉索6上，第二套筒2安装在吊索7上。
由于吊索7在变形前后可以认为是直线，但斜拉索6的实际线形为悬链线，不能简化为直线，斜拉索6和吊索7之间的相对位移不易计算，但相对位移数值是连接装置的重要参数，因此需要寻找一种连接装置的参数计算方法。
本发明实施例还提供了一种上述的连接装置的参数计算方法，其可以包括以下步骤：根据变形前吊索7的竖向坐标、变形后吊索7的纵向坐标、变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索6上标记点的纵向坐标xx，计算所述连接装置需要适应的纵向位移Δx。其中，该纵向位移Δx也即在运营阶段斜拉索6与吊索7之间会发生的纵向相对位移。上述连接板31与所述竖板111之间的间隙L需满足L>Δx，如此，保证了阻尼器3能够适应斜拉索6与吊索7之间的纵向相对位移。
进一步，纵向位移Δx的计算公式可以为：
上式中以斜拉索6梁上实际锚固点为坐标原点，往桥塔方向为x轴，向上为y轴；y1为变形前吊索7上端的竖向坐标；y2为变形前吊索7下端的竖向坐标；x3为变形后吊索7上端的纵向坐标；x4为变形后吊索7下端的纵向坐标；xx为变形后斜拉索6上标记点的纵向坐标；ys为变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标。
变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标ys的计算公式为：
上式中，x1为变形前吊索7端部的纵向坐标；T0为变形前斜拉索6的梁端索力；q为斜拉索6重力集度；c0为变形前斜拉索6参数。
变形前斜拉索6参数c0根据如下方程计算：
各式中，h0为变形前斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离；l0为变形前斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离；T0为变形前斜拉索6的梁端索力；q为斜拉索6重力集度。
进一步，可以根据变形前后斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离、变形前后斜拉索6的梁端索力以及变形前后斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离，迭代计算所述变形后斜拉索6上标记点的纵向坐标xx。
xx的迭代计算公式如下，当|(xxn+1-xxn)/xxn|＜10-10时停止迭代，xx取值xxn+1：
上式中，T0为变形前斜拉索6的梁端索力；c0为变形前斜拉索6参数；T1为变形后斜拉索6的梁端索力；c1为变形后斜拉索6参数；S0为中间无应力索长；E为斜拉索6弹性模量；A为斜拉索6截面面积；q为斜拉索6重力集度；x1为变形前吊索7端部的纵向坐标。
变形后斜拉索6参数c1根据如下方程计算：
式中，h1为变形后斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离；l1为变形后斜拉索6塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离；T1为变形后斜拉索6梁端索力；q为斜拉索6重力集度。
在一些实施例中，所述的参数计算方法，还可以包括以下步骤：根据变形前吊索7的竖向坐标、变形后吊索7的竖向坐标、变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索6上标记点的竖向坐标yx，计算所述连接装置需要适应的竖向位移Δy。
其中，竖向位移Δy的计算公式可以为：
上式中，y1为变形前吊索7上端的竖向坐标；y2为变形前吊索7下端的竖向坐标；y3为变形后吊索7上端的竖向坐标；y4为变形后吊索7下端的竖向坐标；yx为变形后斜拉索6上标记点的竖向坐标；ys为变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标；变形前斜拉索6上标记点的竖向坐标ys的计算方法可以与上述ys的计算方法相同。
进一步，可以根据变形后斜拉索6的梁端索力、斜拉索6重力集度、变形后斜拉索6参数以及变形后斜拉索6上标记点的纵向坐标xx，计算所述变形后斜拉索6上标记点的竖向坐标yx。
变形后斜拉索6上标记点的竖向坐标yx的计算公式如下：
上式中，T1为变形后斜拉索6的梁端索力；c1为变形后斜拉索6参数；q为斜拉索6重力集度；xx为变形后斜拉索6上标记点的纵向坐标。
本发明实施例提供的参数计算方法计算方便、迭代收敛速度快。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。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发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，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。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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)

1.一种斜拉索与吊索之间的连接装置的参数计算方法，连接装置用于连接交叉设置的斜拉索(6)与吊索(7)，其特征在于，所述连接装置包括：
用于套设于所述斜拉索(6)外的第一套筒(1)，其具有一第一轴线；
用于套设于所述吊索(7)外的第二套筒(2)，其具有一第二轴线，所述第二轴线与所述第一轴线之间具有夹角；
阻尼器(3)，所述阻尼器(3)位于所述第一套筒(1)与所述第二套筒(2)之间，且所述阻尼器(3)的一端连接所述第一套筒(1)，另一端连接所述第二套筒(2)；
所述参数计算方法包括：根据变形前吊索(7)的竖向坐标、变形后吊索(7)的纵向坐标、变形前斜拉索(6)上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索(6)上标记点的纵向坐标xx，计算所述连接装置需要适应的纵向位移Δx；
纵向位移Δx的计算公式为：
上式中以斜拉索(6)梁上实际锚固点为坐标原点，往桥塔方向为x轴，向上为y轴；y1为变形前吊索(7)上端的竖向坐标；y2为变形前吊索(7)下端的竖向坐标；x3为变形后吊索(7)上端的纵向坐标；x4为变形后吊索(7)下端的纵向坐标；xx为变形后斜拉索(6)上标记点的纵向坐标；ys为变形前斜拉索(6)上标记点的竖向坐标；
变形前斜拉索(6)上标记点的竖向坐标ys的计算公式为：
上式中，x1为变形前吊索(7)端部的纵向坐标；T0为变形前斜拉索(6)的梁端索力；q为斜拉索(6)重力集度；c0为变形前斜拉索(6)中间参数；
变形前斜拉索(6)中间参数c0根据如下方程计算：
式中，h0为变形前斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离；l0为变形前斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离；
根据变形前后斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离、变形前后斜拉索(6)的梁端索力以及变形前后斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离，迭代计算所述变形后斜拉索(6)上标记点的纵向坐标xx；
纵向坐标xx的迭代计算公式如下，当|(xxn+1-xxn)/xxn|＜10-10时停止迭代，xx取值xxn+1：
上式中，T1为变形后斜拉索(6)的梁端索力；c1为变形后斜拉索(6)中间参数；S0为中间无应力索长；E为斜拉索(6)弹性模量；A为斜拉索(6)截面面积；
变形后斜拉索(6)中间参数c1根据如下方程计算：
式中，h1为变形后斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的竖向距离；l1为变形后斜拉索(6)塔端锚固点到梁端锚固点的横向距离。
2.如权利要求1所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于，还包括：
根据变形前吊索(7)的竖向坐标、变形后吊索(7)的竖向坐标、变形前斜拉索(6)上标记点的竖向坐标ys以及变形后斜拉索(6)上标记点的竖向坐标yx，计算所述连接装置需要适应的竖向位移Δy。
3.如权利要求2所述的参数计算方法，其特征在于：
根据变形后斜拉索(6)的梁端索力、斜拉索(6)重力集度、变形后斜拉索(6)参数以及变形后斜拉索(6)上标记点的纵向坐标xx，计算所述变形后斜拉索(6)上标记点的竖向坐标yx。
4.如权利要求1所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于：
所述阻尼器(3)的一端通过第一销轴(4)与所述第一套筒(1)铰接，另一端通过第二销轴(5)与所述第二套筒(2)铰接。
5.如权利要求1所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于：
所述第一套筒(1)与所述第二套筒(2)之间设有两个所述阻尼器(3)，两个所述阻尼器(3)之间具有夹角。
6.如权利要求5所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于：
定义垂直于所述第二轴线且过所述第二套筒(2)的中心的平面为中分面，两个所述阻尼器(3)关于所述中分面对称设置。
7.如权利要求6所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于：
所述第一套筒(1)的相对两侧分别设有第一耳板(11)，所述第二套筒(2)的同一侧设有两个第二耳板(21)；
每一所述阻尼器(3)的一端对应与所述第一耳板(11)铰接，另一端对应与所述第二耳板(21)铰接，且两个所述阻尼器(3)与所述第一耳板(11)、所述第二耳板(21)连接形成三角形结构。
8.如权利要求1所述的连接装置的参数计算方法，其特征在于：
所述第一套筒(1)设有第一耳板(11)，所述第一耳板(11)包括互相平行设置的两个竖板(111)；
所述阻尼器(3)的一端具有连接板(31)，所述连接板(31)通过第一销轴(4)与两个所述竖板(111)连接，且所述连接板(31)位于两个所述竖板(111)之间，所述连接板(31)与两个所述竖板(111)之间均具有间隙。
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