CN116988382A - 一种斜拉索 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种斜拉索，包括斜拉索本体和依次套设在斜拉索本体上的若干套管，相邻套管的中心距为斜拉索本体的直径的8倍至10倍，套管的宽度与斜拉索的直径相同，套管的壁厚为斜拉索本体的直径的0.3倍至0.5倍；本发明通过采用在斜拉索本体上设置套管的方式，来使斜拉索具有三维几何特征，即断面直径沿轴向存在阶梯形的不连续变化，该特征会造成轴向的流动，抑制尾流的旋涡脱落，提高基本压力系数，同时减弱流动沿展向的相关性，减小结构承受的阻力，抑制涡激振动的发生；此外，当套管的尺寸和安装要求符合上述条件时，使得斜拉索在保证较好的抑制漩涡脱落的前提下，使得套管的使用数量控制在一个合理的范围内，减少套管的使用数量，节约施工成本。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，特别是涉及一种斜拉索。
背景技术
斜拉桥作为一种典型的大跨度桥梁形式，跨越能力强，外形优美，兼具实用性与优美感。因此，斜拉桥的数量日益增多，跨度也越来越长。与之相适应，作为斜拉桥的重要组成构件，斜拉索的数量和长度也随之增加。
斜拉索具有长细比大、刚度小以及阻尼低的特点，在风作用下极易发生大幅振动，如涡激振动、尾流驰振、风雨激振和干索驰振等。其中，涡激振动起振风速较低，发生频繁，频繁振动可能导致斜拉索锚固区的疲劳破坏，也可能造成斜拉索和桥梁附属构件的破坏。
涡激振动是发生在低风速下的一种常见振动，发生机理是，当风吹过斜拉索时，会形成周期性脱落的旋涡，当旋涡脱落频率与斜拉索的自振频率一致时，斜拉索会产生显著的振动。斜拉索的斯特罗哈数约为St＝fD/U＝0.2，基频一般为f＝0.2-3Hz，直径为D＝50-300mm，涡振风速为0.05-4.5m/s。在实际情况下，很容易达到如此低的风速。此外，细长的斜拉索具有多个模态，多模态涡激振动和高阶涡振也被多次报道。因此，研究斜拉索涡激振动的控制措施具有十分重要的工程意义。
在风工程领域，常见的振动控制措施主要有机械措施、结构措施以及气动措施三种。机械措施主要指安装阻尼器，增加结构阻尼；结构措施是通过辅助索来提高结构的刚度，来规避振动。气动措施主要是通过附属设置，改变气动外形，进而控制风致振动。其中，气动措施简单有效，造价便宜，应用广泛。
目前，现有的如公开号为CN 212294315 U的一种拉索高阶涡振的气动控制装置中的斜拉索的气动措施主要包括缠绕螺旋线、表面设置凹坑、安装纵向肋条等，主要是为了抑制风雨激振，而非针对涡激振动，故气动措施存在以下不足：
(1)无法抑制涡激振动
上述气动措施可以有效地抑制斜拉索风雨激振，但是对涡激振动未必有效。比如：相关研究表明，对于缠绕螺旋线斜拉索而言，某些参数下可以抑制风雨振动，但是在该参数下，斜拉索仍然发生涡激振动。
(2)不能兼顾抑制振动和减小风致阻力
斜拉索上附加气动措施后，通过改变绕流形态来改变风致振动特性，从而达到抑制振动的目的。但是，有可能在抑制振动的同时增加结构承受的风阻。比如缠绕螺旋线和安装纵向肋条。
(3)制作工艺复杂，有继续优化的空间
目前国内斜拉桥普遍采用缠绕螺旋线和设置凹坑斜拉索，相比于标准斜拉索而言，其制作工艺更加复杂，由此导致造价昂贵，有进一步优化的空间。
为了解决上述问题，本发明提供一种斜拉索来解决以往的斜拉索涡激振动抑制装置效果不佳，且成本较高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种斜拉索，达到提高斜拉索抑制涡激振动的能力以及降低抑制涡激振动成本的目的。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种斜拉索，包括斜拉索本体和依次套设在斜拉索本体上的若干套管，相邻所述套管的中心距为所述斜拉索本体的直径的8倍至10 倍，所述套管的宽度与所述斜拉索本体的直径相同，所述套管的壁厚为所述斜拉索本体的直径的0.3倍至0.5倍。
优选地，所述套管的材质为高分子聚合物或金属。
优选地，所述斜拉索包括内芯和依次包裹在内芯外表面的保护层和护套，所述内芯包括若干间隔设置的钢丝和填充在相邻所述钢丝之间的油脂。
优选地，所述护套为PE包裹防护套。
优选地，所述PE包裹防护套的厚度为8mm至10mm。
优选地，所述钢丝为高强钢丝，所述保护层为防腐保护层。
优选地，所述套筒的截面形状为环形。
优选地，所述斜拉索的直径为100mm至200mm。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
1.本发明采用在斜拉索本体上设置套管的方式，来使斜拉索具有三维几何特征，即断面直径沿轴向存在阶梯形的不连续变化，该特征会造成轴向的流动，抑制尾流的旋涡脱落，提高基本压力系数，同时减弱流动沿展向的相关性，减小结构承受的阻力，抑制涡激振动的发生；此外，当套管的尺寸和安装要求符合上述条件时，使得斜拉索在保证较好的抑制漩涡脱落的前提下，使得套管的使用数量控制在一个合理的范围内，减少套管的使用数量，节约施工成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
附图1为本发明斜拉索的结构示意图；
附图2为本发明斜拉索的截面图；
附图3为相邻套管的间距对斜拉索振幅的影响；
附图4为套管的壁厚对斜拉索振幅的影响规律；
附图5为套管的宽度对斜拉索振幅的影响规律；
其中，1、套管；2、PE包裹防护套；3、防腐保护层；4、油脂； 5、高强钢丝；6、斜拉索本体。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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。
本发明的目的是提供一种斜拉索，达到提高斜拉索抑制涡激振动的能力以及降低抑制涡激振动成本的目的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，一种斜拉索，包括斜拉索本体6和依次套设在斜拉索本体6上的若干套管1，相邻套管1的中心距为斜拉索本体6的直径的8倍至10倍，套管1的宽度与斜拉索本体6的直径相同，套管1 的壁厚为斜拉索本体6的直径的0.3倍至0.5倍；本发明采用在斜拉索本体6上设置套管1的方式，来使斜拉索具有三维几何特征，即断面直径沿轴向存在阶梯形的不连续变化，该特征会造成轴向的流动，抑制尾流的旋涡脱落，提高基本压力系数，同时减弱流动沿展向的相关性，减小结构承受的阻力，抑制涡激振动的发生；此外，当套管1 的尺寸和安装要求符合上述条件时，使得斜拉索在保证较好的抑制漩涡脱落的前提下，使得套管1的使用数量控制在一个合理的范围内，减少套管1的使用数量，节约施工成本。
参考图3至图5，并结合表1进行风洞测振试验，确定套管1的几何参数，得到对斜拉索的涡激振动的影响规律，其中，定义相邻套管1的安装间距为p，套管1的宽度为w，套管1的壁厚为t，斜拉索本体6的直径为D，A代表振动幅度。
表1套管的几何参数对气动阻力的影响规律
综合考虑安装O型套管斜拉索的气动阻力和抑制涡激振动情况，以及生产制作、材料消耗等各种因素，最终确定套管1的几何参数：安装间距为p＝8D-10D；宽度为w＝1D；厚度t＝0.3D-0.5D。
进一步的，套管1的材质为高分子聚合物或金属。
参考图2，斜拉索包括内芯和依次包裹在内芯外表面的保护层和护套，内芯包括若干间隔设置的钢丝和填充在相邻钢丝之间的油脂。
进一步的，护套为PE包裹防护套2。
进一步的，PE包裹防护套2的厚度为8mm至10mm。
进一步的，钢丝为高强钢丝4，保护层为防腐保护层3。
参考图2，套管1的截面形状为环形。
进一步的，斜拉索的直径为100mm至200mm。
根据实际需求而进行的适应性改变均在本发明的保护范围内。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (8)
1.一种斜拉索，其特征在于，包括斜拉索本体和依次套设在斜拉索本体上的若干套管，相邻所述套管的中心距为所述斜拉索本体的直径的8倍至10倍，所述套管的宽度与所述斜拉索本体的直径相同，所述套管的壁厚为所述斜拉索本体的直径的0.3倍至0.5倍。
2.根据权利要求1所述的一种斜拉索，其特征在于，所述套管的材质为高分子聚合物或金属。
3.根据权利要求1所述的一种斜拉索，其特征在于，所述斜拉索包括内芯和依次包裹在内芯外表面的保护层和护套，所述内芯包括若干间隔设置的钢丝和填充在相邻所述钢丝之间的油脂。
4.根据权利要求3所述的一种斜拉索，其特征在于，所述护套为PE包裹防护套。
5.根据权利要求4所述的一种斜拉索，其特征在于，所述PE包裹防护套的厚度为8mm至10mm。
6.根据权利要求3所述的一种斜拉索，其特征在于，所述钢丝为高强钢丝，所述保护层为防腐保护层。
7.根据权利要求1所述的一种斜拉索，其特征在于，所述套筒的截面形状为环形。
8.根据权利要求1所述的一种斜拉索，其特征在于，所述斜拉索的直径为100mm至200mm。
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