CN115917181A - 用于对张紧的线缆与支撑结构之间的相对侧向运动产生阻尼作用的阻尼器和阻尼器系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于对张紧的线缆(4)或其他长形构件与支撑结构(6)之间的相对侧向运动产生阻尼作用的被动阻尼器(1)。被动阻尼器(1)包括：刚性连接至线缆(11)或其他长形构件的第一固定元件(20)、刚性连接至支撑结构(5)的第二固定元件(30)、以及布置在第一固定元件(20)与第二固定元件(30)之间的至少一个旋转阻尼装置(40)。旋转阻尼装置(40)构造成将相对侧向运动转换成旋转阻尼装置(40)的至少两个臂部(50、60)之间的相对旋转运动，至少两个臂部是在具有阻尼垫(72)的旋转接合部(70)处连接的，阻尼垫被夹在至少两个臂部(50、60)之间。旋转接合部(70)具有与线缆(6)的纵向轴线(X)大致平行的旋转轴线(Y)。
Description
技术领域
本公开涉及构造和结构领域，具体地，本发明涉及使用张紧的线缆的构造和结构，并且更具体地，本发明涉及线缆阻尼器，该阻尼器用于保护由线缆支撑的比方说例如斜拉桥、悬索桥或引导构造等的结构或构造抵抗动态应力而免受振动的影响，所述动态应力比如是由地震或大海浪的冲击导致的应力或者是由来自运输、机器、车辆、风等的冲击导致的振动等产生的应力。
背景技术
当结构或结构系统比如被启用时，结构的元件可能会相对于彼此移位。如果这种移位较大，或者如果这种移位周期性地发生，则这种移位可能对结构的状况产生严重影响并且可能造成严重破坏或者甚至导致倒塌。
阻尼器用于对比如建筑物等的结构进行保护，并且阻尼器存在多种变型。阻尼器通常借助于附接至建筑物的框架结构的两个部分之间的摩擦力或者借助于流体被压制成通过限制器在两个室之间流动来对运动产生阻尼作用。存在对运动或振动产生阻尼作用的其他类似的已知方法。一些阻尼器响应于外部条件而主动对阻尼效果进行改变，而其他阻尼器为具有恒定阻尼特性的被动阻尼器。主动阻尼器是昂贵的且在技术方面较复杂的装置，主动阻尼器需要大量的维护以在需要时工作。另外，主动阻尼器易于发生故障、例如发生液压流体的泄漏或电子控制系统的故障。
EP1035350公开了一种被动线性摩擦阻尼器，该阻尼器用于通过单个第一摩擦元件的线性滑动摩擦对张紧的线缆的侧向振荡和振动产生阻尼作用，该第一摩擦元件连接至线缆并被弹性地夹在与支撑结构或线缆的锚固装置连接的两个摩擦元件之间，以允许线缆的轴向位移。
线性摩擦阻尼器具有某些优点、比如较高的能量耗散能力和稳定的循环行为。
然而，线性阻尼器具有多个缺点，所述缺点包括：
-由于钢板(摩擦接合部)上的腐蚀而导致线性阻尼器的行为发生变化，即技术人员不能预测摩擦效率，并且因此该装置不能提供可靠的摩擦/阻尼。
-对于需要较高变形能力的项目而言的尺寸限制。由于钢板会被弱化，大多数国家规范对带槽的孔的长度进行限制。这限制了线性摩擦阻尼器的允许位移，并且如果在地震期间阻尼器螺栓撞击带槽的孔的端部，则存在有阻尼器将“锁定”的风险。
-在有限数量的加载循环后摩擦表面磨损并且随后使能力劣化。阻尼器在项目的使用寿命内并不可靠。
-粘滞滑动现象。当该装置在预计的设计力处没有滑动时，发生粘滞，并且需要较高的力来启动摩擦。线性摩擦阻尼器易于粘滞。
-一些设备中的支撑构件的平面外稳定性不足。线形连接越长，平面外的力越不稳定，并且因此具有较高的装置故障风险。
US2011/0101580公开了一种支承件，该支承件包括：挠性材料的块状件，该块状件具有两个端部表面；在端部表面中的每个端部表面处连接的第一固定元件和第二固定元件；其中，至少一个旋转阻尼装置布置在第一固定元件与第二固定元件之间，因此，该支承件在结构件的结构部分之间提供较高阻尼。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻尼器，该阻尼器克服或至少减少以上问题。
前述目的和其他目的是通过独立权利要求的特征实现的。另外的实施形式通过从属权力要求、描述和附图而变得明显。
根据第一方面，提供了被动阻尼器，该被动阻尼器用于对线缆或其他长形构件与支撑结构之间的相对侧向运动产生阻尼作用，该被动阻尼器包括：第一固定元件，该第一固定元件构造成刚性地构造成连接至线缆或其他长形构件；以及第二固定元件，该第二固定元件构造成刚性地构造成连接至支撑结构；至少一个旋转阻尼装置，该旋转阻尼装置布置在第一固定元件与第二固定元件之间，旋转阻尼装置构造成将相对侧向运动转换成旋转阻尼装置的至少两个臂部之间的相对旋转运动，所述至少两个臂部是在旋转接合部处连接的，该旋转接合部在使用时具有与线缆或其他长形构件的纵向轴线大致平行的旋转轴线，其中，第一固定元件包括第一开口，第一开口用于允许线缆延伸穿过该第一开口，以及其中，第二固定元件包括第二开口，第二开口用于允许线缆延伸穿过第二开口。
通过提供具有分别与线缆和支撑结构连接的第一固定元件和第二固定元件的被动阻尼器，并且通过提供将支撑结构与线缆之间的相对侧向运动转换成旋转摩擦阻尼器的臂部之间的相对旋转运动，可以提供使用旋转摩擦阻尼器来对线缆的侧向运动产生阻尼作用的简单且有效的阻尼器，该旋转摩擦阻尼器(与线性摩擦阻尼器相比)具有需要很少维护并且还随着时间的推移提供可靠阻尼特性的有利特性。
由于旋转摩擦具有可变的角位移和速度的特点，因此旋转摩擦阻尼器不易于粘滞。旋转摩擦阻尼器具有线性摩擦阻尼器的全部固有优点，但避免了线性摩擦阻尼器的缺点。
根据第一方面的可能实施形式，当阻尼器处于使用中时，在线缆与第二开口之间布置有周向间隙。因此，线缆在第二开口内部具有用于侧向移动的空间，从而允许线缆相对于支撑结构侧向移动。
在第一方面的可能实施形式中，当阻尼器处于使用中时，第一开口与套筒相关联，该套筒围绕线缆夹置，并且该套筒刚性连接至第一固定元件，以确保线缆的侧向运动引起第一固定元件的对应的侧向运动。
根据第一方面的可能实施形式，当阻尼器处于使用中时，第一固定元件构造成与线缆一起移动。
根据第一方面的可能实施形式，第一固定元件和/或第二固定元件是板状元件。
根据第一方面的可能实施形式，旋转阻尼装置包括：第一臂部，该第一臂部具有相反地布置的第一端部和第二端部；以及第二臂部，该第二臂部具有相反地布置的第一端部和第二端部，第一臂部在该第一臂部的第一端部处以旋转的方式连接至第一固定元件，并且第一臂部在该第一臂部的第二端部处通过旋转接合部而以旋转的方式连接至第二臂部的第一端部；以及第二臂部还在该第二臂部的第二端部处以旋转的方式连接至第二固定元件。
根据第一方面的可能实施形式，被动阻尼器包括相对于第一固定元件的外周部相对地布置的成组的两个旋转阻尼装置。
根据第一方面的可能实施形式，两套成组的两个旋转阻尼装置是相对于第一固定元件的外周部相对地布置的。
根据第一方面的可能实施形式，阻尼材料形成布置在第一臂部与第二臂部之间的摩擦元件。
根据第一方面的可能实施形式，阻尼材料形成布置在第一臂部与第二臂部之间的粘弹性元件。
根据第一方面的可能实施形式，阻尼材料是阻尼垫。
根据第一方面的可能实施形式，第一臂部包括平行地布置的两个或更多个长形元件，以及/或者，第二臂部包括平行地布置的两个或更多个长形元件。
根据第一方面的可能实施形式，旋转接合部具有与线缆或其他长形构件的纵向轴线平行以及/或者与穿过第一开口和/或第二开口的轴线平行的旋转轴线。
根据第一方面的可能实施形式，第一开口和第二开口是对准的。
根据第一方面的可能实施形式，第一固定元件围绕线缆或其他长形构件。
根据第一方面的可能实施形式，第二固定元件围绕线缆或其他长形构件。
根据第一方面的可能实施形式，两个或更多个旋转阻尼装置，优选地，两个或更多个旋转阻尼装置是围绕第一开口和第二开口的外周部对称布置的。
根据第一方面的可能实施形式，被动阻尼器围绕线缆。
根据第一方面的可能实施形式，线缆穿过被动阻尼器。
根据第一方面的可能实施形式，单个线缆穿过被动阻尼器。
根据第一方面的可能实施形式，旋转阻尼装置是旋转摩擦阻尼器。
根据第一方面的可能实施形式，阻尼材料被夹在至少两个臂部之间。
根据第二方面，提供了用于对连接至支撑结构的张紧的线缆的振荡和振动产生阻尼作用的阻尼器系统，该系统包括根据第一方面和第一方面的任何一种可能实施形式的被动阻尼器。
根据第二方面的可能实施形式，单个线缆穿过单个被动阻尼器。
附图说明
在本公开的以下详述部分中，将参照附图中所示的示例性实施方式对各个方面、实施方式和实施形式进行更详细地说明，在附图中：
图1是安装在线缆和支撑结构上的根据实施方式的被动阻尼器的部分透明的立视图；
图2是根据实施方式的被动阻尼器的立视图；
图3是安装在线缆和支撑结构上的图1中所示的实施方式的被动阻尼器的另一立视图；
图4是安装在线缆和支撑结构上的图1中所示的实施方式的被动阻尼器的侧视图；
图5是安装在线缆和支撑结构上的根据图1中所示的实施方式的被动阻尼器的部分透明的立视图，其中，线缆相对于支撑结构侧向移位。
具体实施方式
参照图1至图5对用于对张紧的线缆4或其他长形构件相对于支撑结构6的侧向运动产生阻尼作用的被动阻尼器进行描述。
可以包括多个单独成束的线缆股线的张紧的线缆4被支撑结构6同心地围绕，该支撑结构6可以用作线缆4的锚固装置。线缆4与支撑结构6之间安装有被动阻尼器1。张紧的线缆4具有纵向轴线X。
被动阻尼器1包括第一固定元件20和第二固定元件30，该第一固定元件20构造成用于刚性地连接至线缆4，该第二固定元件30刚性地连接至支撑结构6。支撑结构6被示出为管状结构，但可以理解的是，支撑结构6的截面并不需要为圆形，而是可以具有例如方形、五边形、六边形或八边形的任何其他适合的截面轮廓。
第一固定元件20和第二固定元件20可以是板件、例如钢板。第一固定元件和第二固定元件可以具有如图中所示的圆形的外周部，或者该外周部可以是方形的或者具有例如五边形、六边形或八边形的另外的形状，并且在实施方式中该外周部与支撑结构6的截面轮廓相匹配。
第二固定元件30可以设置有用于将第二固定元件30固定至例如支撑结构6的器件。固定器件可以是第二固定元件30中的孔/开口，第二固定元件可以通过该固定器件用螺栓固定至支撑结构6。
在实施方式中，第一固定元件20设置有套筒，该套筒可以是第一固定元件的一体部分，或者，套筒可以被焊接至第一固定元件20，并且套筒被夹到线缆4上，以确保第一固定元件20刚性地固定至线缆并且确保第一固定元件20与线缆4一起移动。
第一固定元件20设置有第一开口22，线缆4延伸穿过该第一开口22。在实施方式中，第一开口22可以围绕线缆4非常靠近或紧密地配装。上述可选的套筒原则上是第一开口的延伸部。
第二固定元件30设置有第二开口32，线缆4延伸穿过该第二开口32，线缆4与第二开口32之间具有间隙G，以允许线缆在除了由阻尼装置40产生阻尼力的情况之外相对于第二固定元件30在侧向上自由地移动。
被动阻尼器1包括至少一个旋转阻尼装置(旋转摩擦阻尼器)40，旋转阻尼装置40布置在第一固定元件20与第二固定元件30之间。在图1至图5的实施方式中，被动阻尼器1被示出为具有四个旋转阻尼装置40，所述四个旋转阻尼装置40相对于例如第一固定元件20的外周部布置成两个阻尼装置40彼此相对的两对阻尼装置。然而，在其他实施方式(未示出)中，设置有围绕被动阻尼器1的外周部布置的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、…、16或更多个旋转阻尼器40。有利地，旋转摩擦阻尼器40布置成沿着第一固定元件20和第二固定元件30的外周部观察的成对的相对的旋转摩擦阻尼器40。
每个旋转摩擦阻尼器40包括第一臂部50和第二臂部60，该第一臂部50具有相反地布置的第一端部和第二端部，该第二臂部60也具有相反地布置的第一端部和第二端部。第一臂部50通过该第一臂部50的第一端部51以旋转的方式连接至第一固定元件20。在此，第一固定元件20包括用于每个旋转阻尼器40的附接块状件。这些附接块状件刚性地连接至、例如焊接至第二固定元件30。第一臂部50在该第一臂部50的相反的第二端部52处以旋转的方式连接至第二臂部60的第一端部61。第二臂部60在该第二臂部60的相反的第二端部62处以旋转的方式连接至第二固定元件30。在此，该第二固定元件30包括用于每个旋转阻尼器40的附接块状件。这些附接块状件刚性地连接至、例如焊接至第二固定元件30。
因此，每个旋转摩擦阻尼器40包括经由旋转接合部70连接至彼此的两个臂部50、60，并且每个旋转摩擦阻尼器40布置成V状，即臂部之间具有一角度。旋转接合部70允许围绕旋转轴线Y进行旋转。
旋转接合部70还可以包括位于形成在臂部的板件之间的摩擦材料元件或垫72，以使旋转阻尼器40的臂部50、60之间的摩擦增大。
臂部50、60可以是由单个长形元件、例如钢板形成的。然而，每个臂部可以包括两个或更多个长形元件。长形元件的数量可以根据被动阻尼器1的依据该被动阻尼器1的预定用途的尺寸而变化。通常，构成相应的臂部50、60的元件的数量n、m应当相等(n＝m)或者如果为奇数则n＝m+1或m＝n+1。
当臂部50、60包括多个长形元件时，垫72、即摩擦材料件可以在接合部70处布置在臂部50、60的交替的长形元件中的每个长形元件之间。
替代性地或附加地，粘弹性元件或垫72可以布置在第一臂部50和第二臂部60的交替的长形元件中的一个或更多个长形元件之间，以增大旋转阻尼器的臂部50、60之间的运动的阻力(阻尼)。粘弹性元件固定至旋转阻尼器40的相应的臂部50、60的成组的相邻长形元件中的两个长形元件，或者在每个臂部包括多个长形元件的情况下，粘弹性元件固定在两个臂部50、60的各个邻接的长形元件之间。
接合部70还包括销或螺栓71以及夹置器件72，以在接合部70处将长形元件按压在一起并且提高阻尼。这种夹置器件可以是例如由一个或更多个弹性件、比如盘形弹簧提供的。连接至销/螺栓71的端部的螺母(未示出)可以使旋转接合部70完整。
借助于使旋转阻尼器40围绕固定元件20、30的外周部的这种布置结构，可以通过为杆臂部50、60的尺寸(长度)和臂部之间的角度适当地定尺寸来实现较大的侧向位移和较大的旋转。实验表明臂部50、60之间的角度应当介于60°至90°之间。具有较短的臂部50、60的旋转阻尼器可以用于对呈固定元件20、30之间的位移的形式的较小振幅的振动或振荡产生阻尼作用。具有较长臂部50、60的旋转阻尼器可以用于对较大振幅的振动或振荡产生阻尼作用。
旋转阻尼器40可以被设计成不同的布置结构和几何形状。通过为块状件10以及第一固定元件20和第二固定元件30适当地定尺寸，旋转阻尼器40可以隐藏在由固定元件20、30限定的容积部内，或者如在所示的实施方式中，旋转阻尼器40可以从被动阻尼器1的侧部(外周部)部分地延伸。
臂部50、60的长形元件可以是由钢、铝、金属、塑料或复合材料形成的。
旋转阻尼器中的每个旋转阻尼器通过销21、31而连接至相应的固定元件。旋转阻尼器40的臂部50、60中的每一者经由销21、31固定至附接块状件中的不同的附接块状件，所述附接块状件连接至两个钢板(固定元件20、30)，即，一个附接块状件连接至第一(顶部)附接元件20，并且一个附接块状件连接至第二(底部)固定元件30，如图中所示。这些销21、31为旋转阻尼器40的臂部50、60提供自由旋转。第一臂部50连接至销21。第一臂部50经由接合部70连接至旋转阻尼器40的第二臂部60。
因此，可以理解的是，在该实施方式中，第一臂部60与下一个阻尼器40的第二臂部60共用旋转接合部(销21)。然而，在其他实施方式中，旋转阻尼器中的每个旋转阻尼器或一些旋转阻尼器可以具有将这些阻尼器与这些阻尼器相应的固定元件连结的单独的销。
在实施方式中(未示出)，销21、31上可以形成有恢复元件、比如弹性件，并且该恢复元件延伸且分别固定至与销21、31相对的第一固定元件20和第二固定元件30。因此，第一固定元件20和第二固定元件30的相对位移不能通过而恢复至其初始位置。替代性地，弹性件可以直接布置在第一固定元件20与第二固定元件30之间。
阻尼装置按以下方式工作。在阻尼装置的静置位置，即在没有任何线缆振动或振荡的情况下，线缆4将处于支撑结构6内的限定位置，在该限定位置，线缆4通常与支撑结构6大致同中心并且线缆在第二开口32中大致同中心。当振动在侧向方向(相对于线缆4的纵向轴线X的侧向)上对线缆4施压时，并且当达到并克服所述四个旋转摩擦阻尼器40的摩擦阻力时，线缆4将抵抗上述摩擦旋转阻尼器40的力而开始侧向移位。图5中示出了线缆4相对于支撑结构6在一个方向上的这种侧向位移。
被旋转摩擦阻尼器40阻碍的线缆4的运动继续进行至达到最大侧向位移为止。在这段时间期间，线缆4的侧向运动的速度被旋转摩擦阻尼器40减慢至最明显的程度，并且线缆4的振动或振荡被有效地减弱。
当线缆4在任何其他侧向方向上被移位时，旋转阻尼器40将提供相同的作用，这是因为旋转摩擦阻尼器40允许线缆4在与线缆4的纵向轴线X垂直的任何方向上的侧向移动。
该被动阻尼器和阻尼系统适于对斜拉桥、悬索桥以及任何其他线缆支撑或引导的构造的振荡和振动产生阻尼作用。该被动阻尼器有效地对在横向/侧向于线缆的纵向轴线的任何方向上的线缆运动产生阻尼作用，而没有游隙。
Claims (12)
1.一种用于对张紧的线缆(4)或其他长形构件与支撑结构(6)之间的相对侧向运动产生阻尼作用的被动阻尼器(1)，所述被动阻尼器(1)包括：
第一固定元件(20)，所述第一固定元件(20)构造成刚性地连接至所述线缆(4)，以及
第二固定元件(30)，所述第二固定元件(30)构造成刚性地连接至所述支撑构件(6)，
至少一个旋转阻尼装置(40)，所述旋转阻尼装置(40)布置在所述第一固定元件(20)与所述第二固定元件(30)之间，
所述旋转阻尼装置(40)构造成将所述相对侧向运动转换成所述旋转阻尼装置(40)的至少两个臂部(50、60)之间的相对旋转运动，所述至少两个臂部(50、60)是在旋转接合部(70)连接的，所述旋转接合部(70)在使用时具有与所述线缆(6)的纵向轴线(X)大致平行的旋转轴线(Y)，
其中，所述第一固定元件(20)包括第一开口(22)，所述第一开口(22)用于允许所述线缆(6)延伸穿过所述第一开口(22)，以及其中，所述第二固定元件(30)包括第二开口(32)，所述第二开口(32)用于允许所述线缆(6)延伸穿过所述第二开口(32)。
2.根据权利要求1所述的被动阻尼器，所述被动阻尼器在使用时在所述线缆(6)与所述第二开口(32)之间具有周向间隙(G)。
3.根据权利要求1或2所述的被动阻尼器(1)，其中，所述第一固定元件(20)在使用时构造成与所述线缆(6)一起移动。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的被动阻尼器(1)，其中，所述第一固定元件(20)和/或所述第二固定元件(30)为板状元件。
5.根据权利要求1所述的被动阻尼器(1)，其中，所述旋转阻尼装置包括：
·第一臂部(50)，所述第一臂部(50)具有相反地布置的第一端部(51)和第二端部(52)；以及
·第二臂部(60)，所述第二臂部(60)具有相反地布置的第一端部(61)和第二端部(62)，
所述第一臂部(50)在所述第一臂部(50)的第一端部处以旋转的方式连接至所述第一固定元件(20)，并且所述第一臂部(50)在所述第一臂部(50)的第二端部处通过所述旋转接合部(70)以旋转的方式连接至所述第二臂部(60)的第一端部；以及所述第二臂部(60)还在所述第二臂部(60)的第二端部处以旋转的方式连接至所述第二固定元件(30)。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的被动阻尼器(1)，所述被动阻尼器(1)包括相对于所述第一固定元件(20)的外周部相对地布置的成组的两个旋转阻尼装置(40)。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的被动阻尼器(1)，所述被动阻尼器(1)包括相对于所述第一固定元件(20)的外周部相对地布置的两套成组的两个旋转阻尼装置(40)。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的被动阻尼器(1)，其中，所述阻尼材料(72)形成布置在所述第一臂部(50)与所述第二臂部(60)之间的摩擦元件。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的被动阻尼器(1)，其中，所述阻尼材料(72)形成布置在所述第一臂部(50)与所述第二臂部(60)之间的粘弹性元件。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的被动阻尼器(1)，其中，第一臂部(50)包括平行地布置的两个或更多个长形元件(53、54、55)，以及/或者其中，第二臂部(50)包括平行地布置的两个或更多个长形元件(63、65)。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的被动阻尼器(1)，其中，阻尼材料(72)被夹在所述至少两个臂部(50、60)之间。
12.一种用于对连接至支撑结构(6)的张紧的线缆(4)的振荡和振动产生阻尼作用的阻尼器系统，所述阻尼器系统包括根据权利要求1至11中的任一项所述的被动阻尼器(1)。
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