CN1651656A - 一种斜拉索减振装置 - Google Patents

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Abstract

一种斜拉索减振装置，属于斜拉索减振技术领域。其特征在于：它是由连接索、重物、杠杆、阻尼器与支座等组成的斜拉索减振系统，用悬吊重物为连接索提供张力，使其处于受拉状态，再通过该连接索来传递连接于桥面的阻尼器所提供的阻尼力、弹性力及悬吊重物的惯性力，改变振动系统的模态质量、阻尼及刚度，以达到减振的目的。同时也可用调节滑轮组动滑轮代替上述杠杆，实现对阻尼器阻尼力、弹性力及重物惯性力的放大或缩小。它具有便于制造、安装及养护，对斜拉桥景观的影响小且能提高减振效果等优点。

Description

一种斜拉索减振装置
技术领域
本发明属于斜拉索减振技术领域。
背景技术
大跨度斜拉桥的斜拉索是斜拉桥的主要承力构件，随着斜拉桥跨度的不断增大，斜拉索变得越来越长，由于斜拉索长而柔软，其抗弯刚度小，自振频率低，一般前三阶自振频率均在2Hz以下，且模态阻尼比极小，一般仅0.001左右(对数衰减率在0.007以下)，拉索极易在风、风—雨、地震及交通等外界激励下发生过大的振动，甚至产生大幅的发散振动。斜拉索的振动将使其长期处于大幅交变应力循环作用之下，在应力集中较为严重的斜拉索锚固区，易产生索的疲劳破坏，振动严重的还会危及梁体结构，导致梁体裂纹，斜拉索的振动也会使其热挤塑高密度聚乙烯(PE)护套及斜拉索端部索套管破裂，发生渗水而锈蚀。斜拉索的在高应力状态下振动又将加快索的应力腐蚀，使斜拉索的疲劳寿命大大缩短。斜拉索的大幅振动，还会使过往行人和车辆产生不舒适感和不安全感，影响桥梁的正常运营。因此控制斜斜拉索的振动是非常必要的。
斜拉索的振动机理十分复杂，迄今为止已知的振动类型有：(1)涡激振动，(2)尾流驰振，(3)风—雨激振，(4)抖振，(5)空气动力失稳，(6)参数振动，(7)索内共振等。但是已有的研究结果表明，只要采取措施提高斜拉索的阻尼，使斜拉索自由振动对数衰减率提高0.05以上即可抑制上述斜拉索的各种振动。
目前，公认的提高斜拉索的阻尼的装置主要是将各种减振器如橡胶阻尼器(如专利99253182.9，专利名称：斜拉索减振装置)、油阻尼器(如专利97241962.4，专利名称：斜拉桥拉索液压减振器)、粘性剪切阻尼器(如专利98232486.3，专利名称：拉索振动阻尼器)、磁流变阻尼器等通过刚度较大的构件实现减振器与斜拉索及桥面的刚性连接。由于减振器的减振效果与减振器在斜拉索上的安装位置直接相关，理论上，若阻尼器安装位置到拉索根部的距离为Ld，斜拉索总长为L，则减振器对斜拉索提供的附加阻尼与Ld/L成正比。通常要达到理想的减振效果，要求Ld/L在3％左右。而为了不影响桥梁的美观，设计师通常要求减振器的安装高度不超出桥梁栏杆高度(1.5米左右)，而对跨度较大的斜拉桥，要达到满意的减振效果，减振器出桥面的高度会达到2～3米，有时会更高，而减振器安装位置越高，为保证连接刚度，并不至失稳(因连接构件有时受拉，有时受压)，连接构件的尺寸就要越大，这不仅使减振器连接构件的制造成本增加，而且会对斜拉桥的景观造成很不利的影响。另外，由于斜拉桥不同位置斜拉索的倾角各不相同，为保证阻尼器减振效果，阻尼器应与斜拉索垂直，这样不同位置连接构件与桥面之间的夹角也各不相同，因而现有的斜拉索减振装置的减震装置的设计、制造与安装难度均较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的减振装置，它可克服现有斜拉索减振装置的不足，不仅使斜拉索减震器对斜拉桥的景观影响小，而且方便斜拉索减震器的制造与安装，使斜拉索减振成本降低，并提高减振效果。
为达到上述目的，本发明所采用的技术思路是：由连接索、重物、杠杆或滑轮组、阻尼器支座等组成斜拉索减振系统(见图1、2)。悬吊的重物为连接索提供张力，使其处于受拉状态，并通过该连接索传递连接于桥面的阻尼器所提供的阻尼力、弹性力及悬挂重物的惯性力，改变振动系统的模态质量、阻尼及刚度，达到减振的目的。具体的技术方案是：采用连接索(或连接杆)，其一端与连接于斜拉索上的索夹相连，另一端与带重物的杠杆或滑轮组或直接与一重物相连，连接索中间用定滑轮进行转向，从而使其两端分别与斜拉索和杠杆(或桥面)垂直。在杠杆与桥面之间或重物与桥面之间安装阻尼器，可以是油阻尼器、粘性剪切阻尼器等被动型阻尼器，以实现斜拉索振动的被动控制；也可采用如磁流变阻尼器、可变摩擦阻尼器等半主动阻尼器实现斜拉索振动的半主动控制；甚至可采用如压电阻尼器、磁致伸缩阻尼器等主动型阻尼器实现斜拉索振动的主动控制。连接索总是处于受拉状态，从而可采用柔性绳索，可方便地与任意角度的斜拉索进行垂直连接，从而使桥上不同位置斜拉索的减振装置主体结构的设计、制造、安装达到规范化。理论分析表明连接索的直径仅为斜拉索直径的1/10～1/8，即既可达到传力目的又不影响减振效果，因而即使连接索夹的位置高出栏杆，也不至对斜拉桥的整体景观造成太大的影响；重物的主要作用是对连接索(或连接杆)施加预拉力，使其始终处于受拉状态，同时由于可提高振动系统的模态质量，因而也可达到提高减振效果的目的；杠杆或滑轮组可根据需要进行选择，以改变阻尼器最大出力或阻尼器的行程，从而可通过调节阻尼器阻尼力、弹性力及重物惯性力的放大(或缩小)倍数，方便地使减振系统的减振效果达到最佳状态。由于阻尼器安装位置转移至接近桥面，不象普通斜拉索减振器那样为接近于索夹的高位，本发明减振装置的养护也更加方便。
本发明的特征在于：
柔性连接索，其一端与装在斜拉索上的索夹相连；
带重物的杠杆，它与上述连接索的另一端相连；
支座，它通过螺栓固定在主梁上，它又通过销轴与上述杠杆的另一端相连；
定滑轮，它安装于支座上，该定滑轮与上述连接索的中部滚动接触，使连接索两端分别
与上述斜拉索和上述杠杆垂直；
阻尼器，它安装于上述杠杆与主梁顶面之间或安装于上述重物与主梁顶面之间。
本发明的特征还在于：
柔性连接索，其一端与装在斜拉索上的索夹相连；
调节滑轮组动滑轮，它通过中心位置上的销轴与上述连接索的另一端相连；
重物，它的顶端与一根绳索相连，该绳索绕过调节滑轮组后固定到主梁的顶面；
支座，它通过螺栓固定在主梁上；
定滑轮，它安装于支座上，该定滑轮与上述连接索的中部滚动接触，使连接索两端分别与上述斜拉索和桥面垂直；
阻尼器，它安装于上述重物与主梁顶面之间。
本发明具有以下优点：
1、减小斜拉索减振装置对斜拉桥景观的影响；
2、便于斜拉索减振装置制造、安装及养护，可降低斜拉索减振装置的造价；
3、通过调节调节阻尼器阻尼力、弹性力及重物惯性力的放大(或缩小)倍数，可使减振系统的减振效果较方便地达到最佳状态，除阻尼器提供阻尼外，还利用重物惯性提高结构模态质量，提高减振装置的减振效果。
附图说明
图1与图2为本发明斜拉索减振装置的结构示意图。下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明采用杠杆放大系统时的结构示意图。
图2是本发明采用滑轮组放大系统时的结构示意图。
图1中1.斜拉索，2.斜拉桥主梁，3.索夹，4.连接索，5.转向滑轮副，6.支座，7.调节杠杆销轴，8.杠杆，9.重物，10.阻尼器，11.支座连接螺栓，h.栏杆高度。
图2中1.斜拉索，2.斜拉桥主梁，3.索夹，4.连接索，5.转向滑轮副，6.支座，12.调节滑轮组绳索，13.调节滑轮组动滑轮，9.重物，10.阻尼器，11.支座连接螺栓，h.栏杆高度。
具体实施方式
在图1中，连接索4的一端与连接于斜拉索1上的索夹3相连，另一端与带重物9的杠杆8相连，连接索4中间用一安装在支座6上的定滑轮5进行转向，从而使连接索4两端分别与斜拉索1和主梁2的顶面垂直。杠杆8通过销轴7连接到支座6上。在杠杆8与主梁2之间安装阻尼器10，阻尼器10，可以是油阻尼器或粘性剪切阻尼器等被动型阻尼器以实现斜拉索振动的被动控制，也可采用如磁流变阻尼器、可变摩擦阻尼器等半主动阻尼器实现斜拉索振动的半主动控制，甚至可采用如压电阻尼器、磁致伸缩阻尼器等主动型阻尼器实现斜拉索振动的主动控制。支座6通过连接螺栓11与桥面固接。斜拉索1振动时，连接索4将斜拉索索夹处的运动传至杠杆，引起重物9运动产生惯性力，同时由于阻尼器10的部件运动产生阻尼力，从而抑制斜拉索1的振动。由于重物9通过杠杆8对连接索4施加预拉力，使其始终处于受拉状态，因而可采用直径仅为斜拉索直径1/10～1/8的柔索，通过转向滑轮副5转向后，方便地与任意角度的斜拉索1进行垂直连接，使斜拉桥上不同位置斜拉索的减振装置主体结构的设计、制造、安装达到规范化，降低拉索减振的总体造价，同时由于连接索4非常细，即使连接索夹3的位置高出栏杆很多，也不至对斜拉桥的整体景观造成太大的影响；重物9除通过杠杆8对连接索4施加预拉力，使其始终处于受拉外，还因其运动惯性可提高振动系统的模态质量，提高减振效果；杠杆8可根据需要选择降低阻尼器最大出力或减小阻尼器的行程，从而通过调节阻尼器10阻尼力、弹性力及重物9惯性力的放大(或缩小)倍数，方便地使减振系统的减振效果达到最佳状态。
图2的实现装置与图1类似，不同之处在于图2中用调节滑轮组动滑轮13代替图1中的杠杆8，实现对阻尼器10的阻尼力及重物9的惯性力放大(或缩小)。

Claims (4)

1.一种斜拉索减振装置，其特征在于，它含有：
柔性连接索，其一端与装在斜拉索上的索夹相连；
带重物的杠杆，它与上述连接索的另一端相连；
支座，它通过螺栓固定在主梁上，它又通过销轴与上述杠杆的另一端相连；
定滑轮，它安装于支座上，该定滑轮与上述连接索的中部滚动接触，使连接索两端分别与上述斜拉索和上述杠杆垂直；
阻尼器，它安装于上述杠杆与主梁顶面之间。
2.一种斜拉索减振装置，其特征在于，它含有：
柔性连接索，其一端与装在斜拉索上的索夹相连；
调节滑轮组动滑轮，它通过中心位置上的销轴与上述连接索的另一端相连；
重物，它的顶端与一根绳索相连，该绳索绕过调节滑轮组后固定到主梁的顶面；
支座，它通过螺栓固定在主梁上；
定滑轮，它安装于支座上，该定滑轮与上述连接索的中部滚动接触，使连接索两端分别与上述斜拉索和桥面垂直；
阻尼器，它安装于上述重物与主梁顶面之间。
3.根据权利要求1所述的斜拉索减振装置，其特征在于：阻尼器安装于上述重物与主梁顶面之间。
4.根据权利要求1或2所述的斜拉索减振装置，其特征在于：所述连接索的直径为斜拉索直径的1/10～1/8。
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