CN201635010U - 大跨度悬索桥吊杆索减振器 - Google Patents

大跨度悬索桥吊杆索减振器 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种大跨度悬索桥吊杆索减振器，包括有减振盒，在所述减振盒上下内壁上固定有受到外力拉伸能产生剪切形变、一体的弹性硫化高阻尼橡胶块，所述弹性硫化高阻尼橡胶块的轴向两端与所述减振盒的轴向两端保持有间隙；在所述减振盒轴向一端的侧壁外水平固定有固定连接杆，所述固定连接杆远离所述减振盒的端部上设有用于夹住吊杆索的第一索夹；所述减振盒另一端侧壁中心处开有贯穿孔，还包括有一端插入到所述弹性硫化高阻尼橡胶块内并与阻尼块硫化一体、能带动橡胶阻尼块倾斜移动的活动连接杆，该活动连接杆的另一端从所述贯穿孔穿出，活动连接杆远离所述减振盒的端部上设有用于夹住吊杆索的第二索夹。能有效抑制并列吊杆索的多阶模态的风致振动。

Description

大跨度悬索桥吊杆索减振器
技术领域
本实用新型涉及到大跨度悬索桥减振技术领域，是一种大跨度悬索桥吊杆索减振器。
背景技术
大跨度悬索桥的吊杆索均为长细比大、高强度的钢丝绳索，具有自身质量轻和阻尼小的特征，在外界环境激励下极易产生多种形式(包括涡激共振、参数振动、抖振、斜吊杆索的风雨振、冰振以及并列索的尾流驰振)的风致振动。由于悬索桥的吊杆索大多为并列索，而并列索的尾流驰振是振动响应最为剧烈的一种，振幅可达十多倍的索直径，常常造成吊杆索之间碰打，导致吊杆索防护层失效和钢丝绳的损伤断丝，造成吊杆索的过早疲劳破坏，并且造成行人恐慌危及交通安全。因此研发吊杆索新型减振器的宗旨是将吊杆索的风致振动响应减小到安全范围，以确保其正常的使用寿命，改善整桥的交通安全。
目前国内外悬索桥吊杆索的减振技术方案千篇一律都是采用输电线工程中的减振架Spacer(国外称间隔器)，顾名思义，输电线之间的碰打意味着输电线路的失效，因此输电线工程中采用的间隔器之间的纵向间距一般为15～25m(根据横向间隔器确定)。目前国内外的悬索桥都采用这种现成的方案，但是对于西堠门大桥而言，中跨为1650米，仅次于日本明石海峡桥(1991米)，而钢箱梁总长为2228米为世界上最长的悬索桥，其最长的吊杆索90S的等效索长Le＝167.075m(φ＝60mm)，1N的索长Le＝166.857m(φ＝88mm)，其一阶模态频率分别为0.51Hz和0.488Hz，而且每个吊点均为双双并列的4根吊杆索，全桥共有476对吊杆索，由于基频低，若用间隔器的方案，针对较长的吊杆索必须设置多个不同强度规格的间隔器来抑制不同风速条件下每一对吊杆索的不同模态的尾流驰振，不但工作量繁重复杂，而且影响整桥的景观。如果采用液压减振器，由于并列索的尾流驰振的振动轨迹为一个极限椭圆环，因此必须设计两个相交的油压减振器或带菱形铰接框架的一个油压减振器，不但结构复杂、造价昂贵，并且存在阻尼油受环境温度影响明显和因水平设置，长期使用存在漏油而导致失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的减振器结构复杂、成本高的技术问题，提供一种能达到较好减振效果、安装维修简单、成本低的大跨度悬索桥吊杆索减振器。
为实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：一种大跨度悬索桥吊杆索减振器，包括有减振盒，在所述减振盒上下内壁上通过高温固定有受到外力拉伸能产生剪切形变的弹性硫化高阻尼橡胶块，所述弹性硫化高阻尼橡胶块的轴向两端与所述减振盒的轴向两端保持有间隙；在所述减振盒轴向一端的侧壁外水平固定有固定连接杆，所述固定连接杆远离所述减振盒的端部上设有用于夹住吊杆索的第一索夹；所述减振盒另一端侧壁中心处开有贯穿孔，还包括有一端插入到所述弹性硫化高阻尼橡胶块内并与阻尼块硫化一体、能带动橡胶阻尼块倾斜移动的活动连接杆，该活动连接杆的另一端从所述贯穿孔穿出，活动连接杆远离所述减振盒的端部上设有用于夹住吊杆索的第二索夹。
通过采用弹性硫化高阻尼橡胶块以及与吊杆索连接的活动连接杆，能有效将吊杆索的风致振动响应通过弹性硫化高阻尼橡胶块的剪切形变而消能；采用剪切型、对称受力(无弯曲)的减振器结构，能尽可能的减小阻尼减振器尺寸对气动力流场的影响和最大地利用阻尼材料的耗能特征。
所述第一索夹和第二索夹内圈分别设有贴覆于吊杆索表面的软铅衬套。能在紧固吊杆索同时保护吊杆索不被挤压。
所述弹性硫化高阻尼橡胶块为采用工作温度范围在-7℃～50℃、剪切模量≥7MPa，结构损耗因子η≥0.8的高阻尼橡胶材料制成。由于普通的高阻尼橡胶材料的最佳使用温度范围较窄，不能满足桥址气候四季温度变化的要求，无法在大气环境中大量应用。为了提高阻尼材料的使用温宽，本实用新型采用的两种具有不同玻璃化温度，但又能相互混合的高分子材料9050A-C，使用一定的工艺方法将其掺和在一起进行混炼，经过硫化后制成具有工程应用价值的宽温带高阻尼橡胶材料，在-15℃～+55℃温度范围内，其损耗η≥0.8，并有两个峰值；第一个损耗因子的峰值在0℃左右，此峰值是普通高阻尼材料的特性；第二个峰值出现在40℃左右，此峰值是玻璃化温度在35℃左右的高分子材料的特性。可见，通过将两种不同玻璃化温度的高分子材料进行合理的配方设计和相应的工艺混炼，可以使橡胶阻尼材料的最佳使用温宽范围向低温端、高温端延伸，从而能适应不同大桥四季温度变化的要求。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：对于油压减振器和间隔器来说，为了达到减振效果，均设置在振型腹点上，长索会发生多个低阶模态的尾流驰振，因此要设置多个油压减振器和间隔器，由于间隔器存在自身的疲劳破坏，而且由于安装高度很高，从悬索桥主缆上挂上作业吊兰实施安装、日后的维修更换十分困难；本实用新型的减振器为阻尼耗能型，通过优化分析得出的最优减振效果和最优位置，而且每对吊杆只需安装一个，从而安装高度大大降低(最高为14m)，即使维修更换也十分方便，可以借用灯柱维修车辆实施；对于中跨≤2000m的大跨度悬索桥的吊杆索，也只需一对吊杆索装一个减振器，即可抑制并列吊杆索的多阶模态的风致振动。
附图说明
图1为本实用新型减振器结构示意图(一)；
图2为本实用新型减振器结构示意图(二)；
图3为本实施例右幅中跨2N号索风响应加速度功率谱示意图(未装减振器)；
图4为本实施例右幅中跨2N号索风响应加速度时间历程(未装减振器)；
图5为本实施例右幅中跨2N号索风响应位移时间历程(装减振器)；
图6为本实施例右幅中跨1N号索风响应加速度功率谱(装减振器)；
图7为本实施例右幅中跨2N号索风响应加速度时间历程(装减振器)；
图8为本实施例右幅中跨1N号索索风响应位移时间历程(装减振器)；
附图标记说明：1-减振盒，11-贯穿孔，2-弹性硫化高阻尼橡胶块，3-固定连接杆，31-第一索夹，4-活动连接杆，41-第二索夹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
请参阅图1和图2所示，一种大跨度悬索桥吊杆索减振器，包括有减振盒1，在减振盒1上下内壁上固定有受到外力拉伸和压缩能产生剪切形变的弹性硫化高阻尼橡块2，弹性硫化高阻尼橡胶块2的轴向两端与减振盒1的轴向两端保持有间隙；在减振盒1轴向一端的侧壁外水平固定有固定连接杆3，固定连接杆3远离减振盒1的端部上设有用于夹住吊杆索的第一索夹31；减振盒1另一端侧壁中心处开有贯穿孔11，还包括有一端插入到弹性硫化高阻尼橡胶块2内并与橡胶阻尼块2硫化一体、能带动橡胶阻尼块2倾斜移动的活动连接杆4，该活动连接杆4的另一端从贯穿孔11穿出，活动连接杆4远离减振盒1的端部上设有用于夹住吊杆索的第二索夹41。
第一索夹31和第二索夹41内圈分别设有贴覆于吊杆索表面的软铅衬套5。弹性硫化高阻尼橡胶块2为采用工作温度范围在-7℃～50℃、剪切模量≥7MPa，结构损耗因子η≥0.8的高阻尼橡胶材料制成。
本实施例中，悬索桥的中跨跨度为1650m，边跨跨度为578m，在其中一对吊杆索上安装一个减振器，其对应的减振盒1的轴向长度为18.5cm，横向宽度为11cm，弹性硫化高阻尼橡胶块2的轴向长度为10cm，其横向宽度约为4.2cm；弹性硫化高阻尼橡胶块2的轴向两端与与减振盒1内腔的轴向两端分别保持有4cm和4.5cm的间隙。
以下将本实用新型的减振器应用到西堠门大桥上为例说明：
请参阅图3到图8所示，装与不装吊杆减振器的风响应实测数据以及右幅中跨2N(不装减振器)和右幅中跨1N(装减振器)的风响应(加速度位移时间历程及加速度功率谱)的对比。
西堠门大桥被测吊杆索基频频率及对数衰减率实测数据
(基频及基频对数衰减率)
  索号   橡胶阻尼块   频率基频(Hz)   对数衰减率
  左幅中跨1S   有   0.44   0.0525
  右幅中跨1S   有   0.48   0.0508
  右幅中跨9S   有   0.66   0.0480
注：传感器位置离索根部约3.5m～4.0m处，数据由人工激励后自由衰减振动的位移时程曲线计算得到。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (5)

1.一种大跨度悬索桥吊杆索减振器，其特征在于：包括有减振盒(1)，在所述减振盒(1)上下内壁上通过高温固定有受到外力拉伸能产生剪切形变的弹性硫化高阻尼橡胶块(2)，所述弹性硫化高阻尼橡胶块(2)的轴向两端与所述减振盒(1)的轴向两端保持有间隙；在所述减振盒(1)轴向一端的侧壁外水平固定有固定连接杆(3)，所述固定连接杆(3)远离所述减振盒(1)的端部上设有用于夹住吊杆索的第一索夹(31)；所述减振盒(1)另一端侧壁中心处开有贯穿孔(11)，还包括有一端插入到所述弹性硫化高阻尼橡胶块(2)内并与阻尼块硫化一体、能带动橡胶阻尼块(2)倾斜移动的活动连接杆(4)，该活动连接杆(4)的另一端从所述贯穿孔(11)穿出，活动连接杆(4)远离所述减振盒(1)的端部上设有用于夹住吊杆索的第二索夹(41)。
2.如权利要求1所述的大跨度悬索桥吊杆索减振器，其特征在于：所述第一索夹(31)和第二索夹(41)内圈分别设有贴覆于吊杆索表面的软铅衬套(5)。
3.如权利要求1所述的大跨度悬索桥吊杆索减振器，其特征在于：所述弹性硫化高阻尼橡胶块(2)为采用工作温度范围在-7℃～50℃、剪切模量≥7MPa，结构损耗因子η≥0.8的高阻尼橡胶材料制成。
4.如权利要求1所述的大跨度悬索桥吊杆索减振器，其特征在于：所述弹性硫化高阻尼橡胶块(2)的轴向长度占所述减振盒(1)轴向长度的比值范围为0.5～0.6。
5.如权利要求1所述的大跨度悬索桥吊杆索减振器，其特征在于：所述弹性硫化高阻尼橡胶块(2)的轴向长度为10cm，减振盒(1)的轴向长度为18.5cm。
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