CN115095621B - 一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法 - Google Patents

一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法 Download PDF

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CN115095621B CN202210588637.1A CN202210588637A CN115095621B CN 115095621 B CN115095621 B CN 115095621B CN 202210588637 A CN202210588637 A CN 202210588637A CN 115095621 B CN115095621 B CN 115095621B
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Abstract

本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法，本发明结合弹簧、连杆转换运动方向和阻尼器耗能能力，在拉/吊索主体静止时弹簧与连杆的轴线在一条直线上，且阻尼器无变形，弹簧的预压力通过连杆、阻尼器、端板传递给索夹，依靠索夹与拉/吊索主体的摩擦力传递给拉/吊索主体，由拉/吊索主体最终承担；当拉/吊索主体振动时，拉/吊索主体相对索套管发生径向往复位移，引起阻尼器变形，阻尼器变形带动连杆绕着第一铰耳转动，连杆轴线与弹簧轴线之间有一个夹角，弹簧预压力在拉/吊索主体振动方向具有一个分力，推动阻尼器的变形，形成负刚度效果，极大提升阻尼器对拉/吊索主体的减振效果。

Description

一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，尤其是涉及一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法。
背景技术
拉/吊索在大跨桥梁结构、穹顶结构和高耸结构中应用广泛，例如在建的世界第一大跨径的斜拉桥常泰长江大桥的最长拉索已经达到634m。索结构细柔，轴向刚度大而横向刚度小，基频低且分布密集，加上自身阻尼低，易在风、风雨、风沙等作用下，出现多种形态和机理的振动。索振动轻则发出噪音、影响结构使用舒适性，长期振动容易导致附属构件的损坏加速腐蚀和疲劳，疲劳累积可能导致索结构的突然断裂失效，威及整个结构的安全。随着索长度的加大、在役缆索结构数量的增加，拉/吊索振动控制仍是此类结构建设和安全运营的关键难题。
拉/吊索振动主要采用气动措施结合机械措施的方法。气动措施主要包括索面采用压坑、绕螺旋线等方式处理，破坏水线、涡旋等减小气动激振力。由于索结构振动的流固耦合特征，气动措施主要采用风洞试验或流体动力学模拟验证其效果，其实际减振效果可能与实验和计算结果存在差异；此外，气动措施对结构外形敏感，在结构长期运营中，由于粉尘、冰雪覆盖等原因导致的结构外形改变也可能导致启动措施失效甚至诱发其他机理的振动。
因此，实践中需要增加机械措施提升索的阻尼，从而实现对多种振动的抑制。因而，机械装置能够提升的阻尼值以及覆盖的振动模态是减振的关键。多种类型的阻尼器已经在索结构减振中得到应用，包括粘滞阻尼器、粘性剪切阻尼器、摩擦型阻尼器、阻尼器、电涡流阻尼器等。各种阻尼器均有自身的特点，例如粘滞阻尼器对于单阶振动的阻尼提升效果好，但是由于不同模态对应的最优阻尼器系数不同，起对多阶模态的阻尼提升效果受到限制。摩擦型阻尼器对多阶模态能达到的阻尼效果相当，但是其效果与拉索振动幅值相关，例如当拉索振幅低于一定值时，摩擦面不发生滑动时，其完全失去阻尼减振效果。高阻尼橡胶阻尼器对索的多阶模态同时起到相当的阻尼效果，但是由于其损耗因子一般较小(低于0.7)，对索振动提升的阻尼受到限制，使得其仅能适用于较短索。相比粘滞阻尼器、粘性剪切阻尼器等，高阻尼橡胶阻尼器除了在多模态减振中具有优势外，还具有适应于索套管内安装、单个阻尼器对面内外均有阻尼效果等优势。因此，研发阻尼器对索阻尼提升效果提升的技术具有重要工程意义。
工程结构中的拉/吊索的多模态振动控制仍是亟需解决的难题，阻尼器已经在短索减振中得到应用，但存在对长索阻尼提升不足的问题，尚缺乏有效实用的阻尼器减振效果增强技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置及其安装方法，为拉/吊索多模态减振提供一种新方案。本发明的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置(简称“减振装置”)，固定于拉/吊索主体和索套管上，在索套管上安装弹簧导管，弹簧导管内放置一根弹簧，弹簧导管在索套管锚固点一端设置螺纹，旋入调节螺杆顶紧弹簧用于调整弹簧的压缩长度和预压力，弹簧另一端设置滑块可以在弹簧导管内滑动，滑块上设置第一铰耳。拉/吊索主体与端板相连接，端板上设置两个半索夹组成的索夹，两个半索夹通过索夹螺栓套件夹紧拉/吊索主体，防止滑动；端板上采用螺栓安装阻尼器，阻尼器远离端板的一侧安装第二铰耳。阻尼器上的第二铰耳与滑块上的第一铰耳之间通过连杆相连，弹簧-连杆-阻尼器及连接组件串联构成的减振装置，允许沿着索套管周边分布安装多个。本发明结合弹簧、连杆转换运动方向和阻尼器耗能能力，在拉/吊索主体静止时弹簧、连杆轴线在一条直线上，且阻尼器无变形，弹簧的预压力通过连杆、阻尼器、端板传递给索夹，依靠索夹与拉/吊索主体的摩擦力传递给拉/吊索主体，由拉/吊索主体最终承担；当拉/吊索主体振动时，拉/吊索主体相对索套管发生径向往复位移，引起阻尼器变形，阻尼器变形带动连杆绕着第一铰耳转动，连杆轴线与弹簧轴线之间有一个夹角，弹簧的预压力在拉/吊索主体振动方向具有一个分力，推动阻尼器的变形，形成刚度效果，极大提升阻尼器对拉/吊索主体的减振效果。本发明利用阻尼器的刚度以及弹簧-连杆-阻尼器的串联效应，显著提升拉/吊索主体在风、雨等作用下振动的阻尼，减小多模态振动幅值。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，固定于拉/吊索主体和索套管上，包括弹簧导管、加劲板、弹簧、调节螺杆、滑块、连杆、阻尼器和端板；
所述端板固定于拉/吊索主体上；
所述弹簧导管通过加劲板固定于套索管侧面；所述弹簧导管为中空圆管，所述调节螺杆、弹簧及滑块均位于弹簧导管内部；
所述端板远离拉吊/索主体的一侧与阻尼器相连接；所述阻尼器远离端板的一端通过连杆与滑块活动连接，允许滑块沿着弹簧导管进行轴线往复运动；
所述滑块远离阻尼器的一端连接弹簧，阻尼器、连杆和弹簧串联连接；
所述弹簧远离滑块的一端与调节螺杆活动连接；允许通过调节螺杆增加或减小弹簧的预压力。
在本发明的一个实施方式中，所述阻尼器为高阻尼橡胶阻尼器。
在本发明的一个实施方式中，所述端板与拉/吊索主体通过索夹固定。
在本发明的一个实施方式中，所述索夹由两个相同的半索夹构成，两个半索夹通过索夹螺栓套件连接。
在本发明的一个实施方式中，所述滑块远离弹簧的一端设置有第一铰耳，所述阻尼器远离端板的一侧设置有第二铰耳，第一铰耳与第二铰耳通过连杆相连接。
在本发明的一个实施方式中，所述第一铰耳和第二铰耳分别通过球铰与连杆相连接，允许连杆绕着第一铰耳和第二铰耳转动。
在本发明的一个实施方式中，所述阻尼器两端分别设置有第一钢盘和第二钢盘；所述第一钢盘通过螺栓连接端板；所述第二钢盘通过螺栓连接第二铰耳。
在本发明的一个实施方式中，所述弹簧导管与调节螺杆相连接的位置设置有与调节螺杆外螺纹相匹配的内螺纹，通过旋进调节螺杆增加弹簧的预压力、旋出调节螺杆减小弹簧的预压力。
在本发明的一个实施方式中，所述端板远离拉吊/索主体的一侧与若干对称分布的阻尼器相连接。
本发明的第二个目的是提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的安装方法，包括以下步骤：
步骤S1：在索套管上采用焊接或螺栓连接方式安装加劲板和弹簧导管；
步骤S2：根据拉/吊索主体静止时弹簧的设计长度ls和连杆的长度l确定索夹的安装位置，定位后将端板上的索夹用索夹螺栓套件与拉/吊索主体固紧；
步骤S3：在端板上利用螺栓安装阻尼器，进而采用螺栓套件安装第二铰耳；
步骤S4：在弹簧导管中穿入弹簧和带第一铰耳的滑块，安装连杆将第一铰耳和第二铰耳连接起来；
步骤S5：最后采用临时措施固定拉/吊索主体在静止位置，旋入调节螺杆，压缩弹簧至设计长度ls；然后去除临时固定措施，完成安装。
在本发明的一个实施方式中，步骤S1中，在索套管上采用焊接连接方式安装加劲板和弹簧导管。
在本发明的一个实施方式中，设计弹簧的预压力与连杆长度允许满足不同规格拉/吊索主体的减振要求。
在本发明的一个实施方式中，按以下步骤进行阻尼效果和参数优化估算：
步骤S1：根据连杆的长度l(单位m)和拉/吊索主体静止时的弹簧长度ls(m)，弹簧的刚度系数ks，按下式计算拉/吊索主体振动时，第二铰耳沿着拉/吊索主体振动方向发生位移u(m)时，连杆对第二铰耳沿着拉/吊索主体振动方向的作用力fu按下式计算
Figure BDA0003664134970000041
对应弹簧-连杆系统在拉/吊索主体振动方向的刚度系数为
Figure BDA0003664134970000042
步骤S2：根据拉/吊索主体的参数，包括索力T(N)，索长L(m)和单位长度质量m(kg/m)，以及减振装置的安装位置距离邻近索锚固点的距离a(m)，定义如下量纲一索振动频率
Figure BDA0003664134970000043
其中ω为索振动圆频率(rad/s)。定义量纲一刚度系数
Figure BDA0003664134970000044
和减振装置相对安装位置
Figure BDA0003664134970000045
Figure BDA0003664134970000046
步骤S3：根据高阻尼橡胶阻尼器模型，其变形v与受力fd间满足如下关系
Figure BDA0003664134970000047
其中i为虚数单位，K为高阻尼橡胶阻尼器的刚度系数(N/m)，
Figure BDA0003664134970000048
为损耗因子(量纲一)，定义如下量纲一刚度系数/>
Figure BDA0003664134970000049
步骤S4：根据上述参数，获得安装减振装置后，拉/吊索主体振动各阶振动阻尼ξn
Figure BDA0003664134970000051
优化高阻尼橡胶阻尼器的刚度系数能获取最大的模态阻尼为
Figure BDA0003664134970000052
对应的最优刚度系数为
Figure BDA0003664134970000053
其中n为振动阶数。前述两式中均不包含n，表明拉/吊索主体各阶采用同一参数设置达到同等最优阻尼效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出的拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，通过预压缩的弹簧产生负刚度并与阻尼器串联，实现拉/吊索主体多模态阻尼和减振效果的显著提升。
(2)本发明提出的拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，采用预压缩的弹簧产生负刚度效果，弹簧的预压力能通过调节螺杆进行无级调节实现刚度系数的调节。
(3)本发明提出的拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，采用预压缩的弹簧产生负刚度效果，弹簧的预压力通过连杆、阻尼器和索夹传递给拉/吊索主体，实现自平衡。
(4)本发明提出的拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，利用预压缩的弹簧轴线与拉/吊索主体振动方向垂直的特点，结合索套管进行安装，不需要额外增设支架。
附图说明
图1为本发明减振装置的侧视图；
图2为本发明减振装置沿A-A平面切开后的俯视图；
图3为本发明减振装置沿B-B平面切开后的俯视图；
图4为本发明在拉/吊索主体上设置四个减振装置的三维示意图；
图5为本发明减振装置中弹簧-连杆结构在平衡位置的几何关系和受力图；
图6为本发明减振装置中弹簧-连杆结构偏离平衡位置时的几何关系和受力图；
图7为本发明减振装置中弹簧-连杆结构在连杆两端沿着拉/吊索主体振动方向的力-位移关系；
图8为本发明减振装置中拉/吊索主体-减振装置系统分析模型图；
图9为本发明减振装置中减振装置对拉/吊索主体的阻尼提升效果图；
图中标号：1-拉/吊索主体；2-索套管；3-弹簧导管；4-加劲板；5-弹簧；6-调节螺杆；7-滑块；8-第一铰耳；9-连杆；10-第二铰耳；11-螺栓套件；12-阻尼器；13-螺栓；14-端板；15-索夹；16-索夹螺栓套件；17-桥梁塔体；18-桥梁主梁；19-上锚固点；20-下锚固点。
具体实施方式
本发明提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，固定于拉/吊索主体和索套管上，包括弹簧导管、加劲板、弹簧、调节螺杆、滑块、连杆、阻尼器和端板；
所述端板固定于拉/吊索主体上；
所述弹簧导管通过加劲板固定于套索管侧面；所述弹簧导管为中空圆管，所述调节螺杆、弹簧及滑块均位于弹簧导管内部；
所述端板远离拉吊/索主体的一侧与阻尼器相连接；所述阻尼器远离端板的一端通过连杆与滑块活动连接，允许滑块沿着弹簧导管进行轴线往复运动；
所述滑块远离阻尼器的一端连接弹簧，阻尼器、连杆和弹簧串联连接；
所述弹簧远离滑块的一端与调节螺杆活动连接；允许通过调节螺杆增加或减小弹簧的预压力。
在本发明的一个实施方式中，所述阻尼器为高阻尼橡胶阻尼器。
在本发明的一个实施方式中，所述端板与拉/吊索主体通过索夹固定。
在本发明的一个实施方式中，所述索夹由两个相同的半索夹构成，两个半索夹通过索夹螺栓套件连接。
在本发明的一个实施方式中，所述滑块远离弹簧的一端设置有第一铰耳，所述阻尼器远离端板的一侧设置有第二铰耳，第一铰耳与第二铰耳通过连杆相连接。
在本发明的一个实施方式中，所述第一铰耳和第二铰耳分别通过球铰与连杆相连接，允许连杆绕着第一铰耳和第二铰耳转动。
在本发明的一个实施方式中，所述阻尼器两端分别设置有第一钢盘和第二钢盘；所述第一钢盘通过螺栓连接端板；所述第二钢盘通过螺栓连接第二铰耳。
在本发明的一个实施方式中，所述弹簧导管与调节螺杆相连接的位置设置有与调节螺杆外螺纹相匹配的内螺纹，通过旋进调节螺杆增加弹簧的预压力、旋出调节螺杆减小弹簧的预压力。
在本发明的一个实施方式中，所述端板远离拉吊/索主体的一侧与若干对称分布的阻尼器相连接。
本发明提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的安装方法，包括以下步骤：
步骤S1：在索套管上采用焊接或螺栓连接方式安装加劲板和弹簧导管；
步骤S2：根据拉/吊索主体静止时弹簧的设计长度ls和连杆的长度l确定索夹的安装位置，定位后将端板上的索夹用索夹螺栓套件与拉/吊索主体固紧；
步骤S3：在端板上利用螺栓安装阻尼器，进而采用螺栓套件安装第二铰耳；
步骤S4：在弹簧导管中穿入弹簧和带第一铰耳的滑块，安装连杆将第一铰耳和第二铰耳连接起来；
步骤S5：最后采用临时措施固定拉/吊索主体在静止位置，旋入调节螺杆，压缩弹簧至设计长度ls；然后去除临时固定措施，完成安装。
在本发明的一个实施方式中，步骤S1中，在索套管上采用焊接连接方式安装加劲板和弹簧导管。
在本发明的一个实施方式中，设计弹簧的预压力与连杆长度允许满足不同规格拉/吊索主体的减振要求。
在本发明的一个实施方式中，按以下步骤进行阻尼效果和参数优化估算：
步骤S1：根据连杆的长度l(单位m)和拉/吊索主体静止时的弹簧长度ls(m)，弹簧的刚度系数ks，按下式计算拉/吊索主体振动时，第二铰耳沿着拉/吊索主体振动方向发生位移u(m)时，连杆对第二铰耳沿着拉/吊索主体振动方向的作用力fu按下式计算
Figure BDA0003664134970000071
对应弹簧-连杆系统在拉/吊索主体振动方向的刚度系数为
Figure BDA0003664134970000072
步骤S2：根据拉/吊索主体的参数，包括索力T(N)，索长L(m)和单位长度质量m(kg/m)，以及减振装置的安装位置距离邻近索锚固点的距离a(m)，定义如下量纲一索振动频率
Figure BDA0003664134970000081
其中ω为索振动圆频率(rad/s)。定义量纲一刚度系数
Figure BDA0003664134970000082
和减振装置相对安装位置
Figure BDA0003664134970000083
Figure BDA0003664134970000084
步骤S3：根据高阻尼橡胶阻尼器模型，其变形v与受力fd间满足如下关系
Figure BDA0003664134970000085
其中i为虚数单位，K为高阻尼橡胶阻尼器的刚度系数(N/m)，
Figure BDA0003664134970000086
为损耗因子(量纲一)，定义如下量纲一刚度系数
Figure BDA0003664134970000087
步骤S4：根据上述参数，获得安装减振装置后，拉/吊索主体振动各阶振动阻尼ξn
Figure BDA0003664134970000088
优化高阻尼橡胶阻尼器的刚度系数能获取最大的模态阻尼为
Figure BDA0003664134970000089
对应的最优刚度系数为
Figure BDA00036641349700000810
其中n为振动阶数。前述两式中均不包含n，表明拉/吊索主体各阶采用同一参数设置达到同等最优阻尼效果。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例1
本实施例提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置。
如图1-4所示，一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，安装在拉/吊索主体1和索套管2之间，包括弹簧导管3、加劲板4、弹簧5、调节螺杆6、滑块7、连杆9、阻尼器12和端板14；
端板14通过索夹15固定于拉/吊索主体1上，端板14远离拉吊/索主体1的一侧与对称分布的阻尼器12相连接；弹簧导管3为中空圆管，调节螺杆6、弹簧5及滑块7均位于弹簧导管3内部，弹簧导管3通过加劲板4固定于套索管2侧面；
阻尼器12远离端板14的一端通过连杆9与滑块7活动连接，允许滑块7沿着弹簧导管3进行轴线往复运动；滑块7远离阻尼器12的一端连接弹簧5，阻尼器12、连杆9和弹簧5串联连接；弹簧5远离滑块7的一端与调节螺杆6活动连接，弹簧导管3与调节螺杆6连接的位置处设置有与调节螺杆6外螺纹相匹配的内螺纹，弹簧导管3通过旋进调节螺杆6增加弹簧5的预压力、旋出调节螺杆6时减小弹簧5的预压力。
索夹15由两个相同的半索夹构成，两个半索夹通过索夹螺栓套件16连接；滑块7远离弹簧5的一端设置有第一铰耳8，阻尼器12远离端板14的一侧设置有第二铰耳10，第一铰耳8与第二铰耳10通过连杆9相连接；第一铰耳8和第二铰耳10分别通过球铰与连杆9相连接，允许连杆9绕着第一铰耳8和第二铰耳10转动；阻尼器12两端分别设置有第一钢盘和第二钢盘；所述第一钢盘通过螺栓13连接端板14；所述第二钢盘通过螺栓套件11连接第二铰耳10。
实施例2
本实施例提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的安装方法，包括以下步骤：
步骤S1：在索套管2上采用焊接连接方式安装加劲板4和弹簧导管3；
步骤S2：根据拉/吊索主体1静止时弹簧5的设计长度ls和连杆9的长度l确定索夹15的安装位置，定位后将端板14上的索夹15用索夹螺栓套件16与拉/吊索主体1固紧；
步骤S3：在端板14上利用螺栓13安装阻尼器12，进而采用螺栓套件11安装第二铰耳10；
步骤S4：在弹簧导管3中穿入弹簧5和带第一铰耳8的滑块7，安装连杆9将第一铰耳8和第二铰耳10相连接起来；
步骤S5：最后采用临时措施固定拉/吊索主体1在静止位置，旋入调节螺杆6，压缩弹簧5至设计长度ls；然后去除临时固定措施，完成安装。
其中，设计弹簧5的预压力与连杆9长度允许满足不同规格拉/吊索主体1的减振要求。
实施例3
本实施例提供一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的阻尼效果和参数优化估算：
步骤S1：如图5和图6所示，当索夹15和调节螺杆6安装到位以后，弹簧5内部的预压力为f0、预压后的弹簧5的长度为ls，弹簧5的刚度系数ks，弹簧5的压缩长度为
Figure BDA0003664134970000101
连杆9的长度为l，整个弹簧5和连杆9结构在拉/吊索主体1轴线方向的投影长度恒定为ls+l。当拉/吊索主体1振动位移为u时，连杆9发生转动和沿着弹簧5轴线的运动，转动的角度为θ，有如下几何关系
u＝lsin(θ)，
Figure BDA0003664134970000102
此时弹簧5的长度变为
lp＝ls+l-lcos(θ)；
对应弹簧5内的预压力为
Figure BDA0003664134970000103
对应连杆9端部产生的沿拉/吊索主体1振动方向的力(计回复力方向为正)为
Figure BDA0003664134970000104
进而
Figure BDA0003664134970000105
在振幅较小时，刚度系数近似为
Figure BDA0003664134970000111
在本实施例中采用弹簧5的刚度系数为0.042kN/m，初始长度200mm，预压缩后长度为60mm，得到初使预压力为f0＝2500N，考虑连杆9长度为50mm，在索套管2上安装两个减振装置，得到近似刚度系数为
Figure BDA0003664134970000112
图7所示为，u的幅值在30mm时，fu与u的关系，以及采用k＝-50kN近似的对比，可见整个弹簧5和连杆9结构实现了接近定系数的刚度。
步骤S2：如图8所示为拉吊/索主体1安装减振装置后的分析模型，拉吊/索主体1与桥梁主塔17和桥梁主梁18分别通过上锚固点19和下锚固点20连接；减振装置安装在拉吊/索主体1的中部靠近桥梁主梁18一端。根据拉/吊索主体1的参数，包括索力T(N)，索长L(m)和单位长度质量m(kg/m)，以及减振装置的安装位置距离邻近索锚固点的距离a(m)。安装阻尼器12后，拉吊/索主体1振动的频率记做ω，按照拉/吊索主体1未安装阻尼器12时的一阶振动频率进行量纲归一化
Figure BDA0003664134970000113
阻尼器12的力fd与位移v模型为
Figure BDA0003664134970000114
其中K为阻尼器12的刚度系数(N/m)，
Figure BDA0003664134970000115
为阻尼器12的损耗因子(量纲1)。
定义如下量纲归一化参数
Figure BDA0003664134970000116
采用张紧弦模型，获得拉/吊索主体1安装阻尼器12后的频率方程
Figure BDA0003664134970000117
其中
Figure BDA0003664134970000118
上述频率方程求解即可以得到拉/吊索主体1安装减振装置后的频率，进而获得模态阻尼
Figure BDA0003664134970000119
考虑阻尼器12的安装位置
Figure BDA00036641349700001110
可以推导获得拉/吊索主体1的阻尼分析的近似解析表达式
Figure BDA0003664134970000121
优化阻尼器12的刚度系数能获取最大的模态阻尼为
Figure BDA0003664134970000122
对应的最优刚度系数为
Figure BDA0003664134970000123
表1所示为本实施例中考虑的拉/吊索主体1的参数。
表1本发明实施例中的拉索参数
Figure BDA0003664134970000124
考虑在索套管2正上方和下方各安装一个减振装置抑制拉/吊索主体1的竖向振动。据此，
量纲归一化刚度系数为
Figure BDA0003664134970000125
考虑常见阻尼器12的损耗因子一般在0.1～0.7之间，取
Figure BDA0003664134970000126
计算得到改变阻尼器12尺寸实现刚度调整，能实现的最大阻尼为
Figure BDA0003664134970000127
注意到拉/吊索主体1前几阶各阶实现的阻尼效果相当(上述表达式与n无关)。对应的量纲一最优阻尼器的刚度系数为
Figure BDA0003664134970000128
对应阻尼器12的最优刚度系数为
Figure BDA0003664134970000129
即两个减振装置中的阻尼器12的刚度系数分别为53.5kN/m。
图9中给出了当k＝-100kN/m时，表1所示的拉/吊索主体1在1.5％位置安装减振装置后，拉/吊索主体1各阶模态阻尼随着阻尼器刚度系数(损耗因子为0.3)增加的变化曲线。图中给出了本发明提出的解析设计公式与精确解的对比，表明了解析解的精确性；图中同样给出了仅仅采用阻尼器12时拉/吊索主体1阻尼随着阻尼器刚度系数的变化曲线，此时考虑k为无穷大，即阻尼器12直接与索套管2连接。在此实施例中，提出的减振装置实现了附加阻尼由0.11％提升至0.59％，提升近6倍，拉/吊索主体1减振设计一般要求阻尼比达到0.5％。采用本发明的减振装置能搞满足设计要求，而采用传统橡胶阻尼器可能不能满足设计要求。同时，本发明实现了要求的阻尼器刚度系数(最优阻尼对应的刚度系数)的减小，由708kN/m减低至107kN/m，减小80％，能节省橡胶用量，进而节省成本。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，固定于拉/吊索主体和索套管上，其特征在于，包括弹簧导管、加劲板、弹簧、调节螺杆、滑块、连杆、阻尼器和端板；
所述端板固定于拉/吊索主体上；
所述弹簧导管通过加劲板固定于套索管侧面；所述弹簧导管为中空圆管，所述调节螺杆、弹簧及滑块均位于弹簧导管内部；
所述端板远离拉吊/索主体的一侧与阻尼器相连接；所述阻尼器远离端板的一端通过连杆与滑块活动连接，允许滑块沿着弹簧导管进行轴线往复运动；
所述滑块远离阻尼器的一端连接弹簧，阻尼器、连杆和弹簧串联连接；
所述弹簧远离滑块的一端与调节螺杆活动连接，允许通过调节螺杆增加或减小弹簧的预压力。
2.根据权利要求1所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述端板与拉/吊索主体通过索夹固定。
3.根据权利要求2所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述索夹由两个相同的半索夹构成，两个半索夹通过索夹螺栓套件连接。
4.根据权利要求1所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述滑块远离弹簧的一端设置有第一铰耳，所述阻尼器远离端板的一侧设置有第二铰耳，第一铰耳与第二铰耳通过连杆相连接。
5.根据权利要求4所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述第一铰耳和第二铰耳分别通过球铰与连杆相连接，允许连杆绕着第一铰耳和第二铰耳转动。
6.根据权利要求5所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述阻尼器两端分别设置有第一钢盘和第二钢盘；所述第一钢盘通过螺栓连接端板；所述第二钢盘通过螺栓连接第二铰耳。
7.根据权利要求6所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述弹簧导管与调节螺杆相连接的位置设置有与调节螺杆外螺纹相匹配的内螺纹，通过旋进调节螺杆增加弹簧的预压力、旋出调节螺杆减小弹簧的预压力。
8.根据权利要求7所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置，其特征在于，所述端板远离拉吊/索主体的一侧与若干对称分布的阻尼器相连接。
9.一种如权利要求8所述的拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：在索套管上采用焊接或螺栓连接方式安装加劲板和弹簧导管；
步骤S2：根据拉/吊索主体静止时弹簧的设计长度ls和连杆的长度l确定索夹的安装位置，定位后将端板上的索夹用索夹螺栓套件与拉/吊索主体固紧；
步骤S3：在端板上利用螺栓安装阻尼器，进而采用螺栓套件安装第二铰耳；
步骤S4：在弹簧导管中穿入弹簧和带第一铰耳的滑块，安装连杆将第一铰耳和第二铰耳连接起来；
步骤S5：最后采用临时措施固定拉/吊索主体在静止位置，旋入调节螺杆，压缩弹簧至设计长度ls；然后去除临时固定措施，完成安装。
10.根据权利要求9所述的一种拉索负刚度高阻尼橡胶串联减振装置的安装方法，其特征在于，设计弹簧的预压力与连杆长度允许满足不同规格拉/吊索主体的减振要求。
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KR101910215B1 (ko) * 2010-12-29 2018-12-19 뉴포트 코포레이션 동조 가능한 진동 댐퍼，및 제조 및 동조 방법
CN102561184B (zh) * 2011-12-30 2014-10-29 中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 一种斜拉索外置式竖向减振装置
US9206616B2 (en) * 2013-06-28 2015-12-08 The Research Foundation For The State University Of New York Negative stiffness device and method
CN104631322B (zh) * 2015-01-29 2016-08-31 哈尔滨工业大学 一种拉索减振的被动弹簧-阻尼负刚度阻尼器
WO2018153226A1 (en) * 2017-02-23 2018-08-30 The Hongkong Polytechnic University Improved passive vibration reducing apparatus
CN107022955B (zh) * 2017-02-27 2019-02-01 华北水利水电大学 表观质量旋转式电磁阻尼器斜拉索减振装置及设计方法
CN106836543B (zh) * 2017-03-03 2023-03-14 哈尔滨工业大学 串联机制的可调被动负刚度阻尼器
CN208604474U (zh) * 2018-07-03 2019-03-15 中铁第一勘察设计院集团有限公司 一种桥梁结构减震阻尼器

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