帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器的製作方法

2023-05-24 03:38:46 2

專利名稱：帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種橋梁建築領域的減振裝置，具體是指一種減少斜拉橋橋中拉索振動的 帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器。
背景技術：
斜拉橋作為一種新型的具有大跨越能力的柔性結構在近十五年內得到了飛快的發展。 隨著其跨度的日益增大，拉索也日益長大，由於多車道大跨度橋的經濟性，A型塔方案的 增多，採用空間索和並列索的情況也日漸增多，再加上從施工角度考慮，密索體系已經成 為傾向。鑑於斜拉索是一種質量輕、柔度大、阻尼小的細長構件，由此引起的斜拉索的各 種風致振動也日益突出。而我國是一個具有18000公裡陸地海岸線的國家，據估計我國己 建有近250座斜拉橋，而且大部分是在東部沿海的經濟較發達地區，在已建和在建的斜拉 橋中，不少是沿海的連島橋和海灣橋。從橋址風環境來看，大多屬颱風多發區。因此風環 境比較嚴峻，可以預期這些橋的拉索振動將十分突出。眾所周知，拉索是斜拉橋極其重要 的受力構件，橋跨的恆載與活載大部分通過斜拉索傳遞到塔位。因此不將拉索的風振控制 在安全範圍內，不僅危及拉索乃至整橋的安全，而且影響其使用壽命，由此造成的社會和 經濟效益的損失將是巨大的。因此必須採取一種比較有效的減振措施，確保其拉索乃至整 橋的安全。
拉索風致振動不但引起拉索中應力的交替變化從而導致索股的疲勞損傷積累，還會引 起行人的恐慌不安，甚至懷疑這種橋梁的安全性能。因此，如何有效地防止或抑制拉索的 風致振動成了當今橋梁工程師們關注的重點課題。拉索抑振措施主要有二大類， 一類是空 氣動力學措施，另一類是機械措施。前者主要靠改變拉索的截面形狀，使其氣動力性能得 到改善，從根本上防止發生風振。後者則通過減小拉索自由長度或安裝各種阻尼器來減小 振動響應。兩類方法各有所長，但基於工程條件的限制，後者使用更為廣泛。
1.空氣動力學措施九十年代初，隨著日本在興建三條本四連絡橋的過程中出現的 拉索風振現象就開始研究氣動力措施，並在東神戶橋和弓削橋上採用拉索的PE護套表面 開設軸向矩形凹槽和U形槽來阻止雨水的形成和徑向運動。後來實踐證明凹槽拐角處因為 應力集中而過早開裂阻力增大，以及發現運行過程中由於塵埃和油煙氣等髒物的積聚，導 致仍然有較大的振幅響應。另一種是在索套表面打"麻麻坑"俗稱"壓花"。風洞試驗表 明按一定規律壓制的四周微凸中間微凹的"壓花"不但可以破壞水線和軸向流的形成，而 且其阻力係數比光面索還低，在各種雨量和無雨情況下都有較好的穩定性。如日本的多多羅大橋。但是該橋通車半年多以後還是發現了較大的索振，日方認為是汙染充填了壓花所 致。還有一種是在拉索表面沿軸向設螺旋箍條，這是借鑑於高聳煙囪的抗風措施。機理是 破壞和減小渦旋脫落沿軸向的相關性，俗稱"反渦箍條"。螺旋箍條同樣可以破壞斜拉索 上水線和軸向流的形成，法國的諾曼第大橋的拉索表面採用了雙螺旋線，但是使用效果仍 然不理想，因此諾曼第大橋最終還是加上了輔助索和附加阻尼器。 2.機械措施
(1) .輔助索(又稱二階索方法Secondary Rope)顧名思義是用不鏽鋼絲將各主要拉索 相互連接形成一個索網體系，其作用是提高拉索體系的整體剛度，增加拉索的模態質量， 使拉索振動時產生各模態間的相互耦合。儘管輔助索的減振原理十分淺顯。然而在實際工 程中的應用並不是很普遍。80年代僅在丹麥的法羅橋、日本的六甲大橋、名港西大橋等 少數橋應用。由於都是高空作業，其予緊力也難以掌握。因此輔助索拉斷、索夾斷裂時有 發生。再加上輔助索的阻尼效應較小，且對於大跨度斜拉橋往往需要多道輔助索而常常被 貶之為"蜘蛛網"那樣損害了橋梁的景觀，所以往往不能被橋梁設計師所接受。
(2) .阻尼橡膠減振圈(又稱體內減振器)，其研發的初衷是用於減小斜拉索由於拉索自 身的垂度，安裝施工中錨墊板與拉索的垂直度誤差，橋面活載下的索力與梁體撓度變化等 引起的錨固端索中的彎曲應力，因此最早稱為緩衝器。後來發現拉索風振現象後將橡膠改 為阻尼橡膠材料，寄希望它能提供拉索的附加阻尼。可以布置在拉索的導筒內，結構簡單 易於安裝，不損害景觀(又稱內置式減振器)。因而被大量應用。後來被發現橡膠圈提供 的阻尼效應由於太接近錨固端，而且橡膠圈的受力狀態為反覆的拉壓，因而減振效果不理 想。只能對短索產生一些減振效果。
(3) .油壓阻尼器(Oil Damper):歐美國家在拉索減振方法上大多採用油壓阻尼器(如 法國的布魯東納橋，瑞典焦恩橋，美國日照高架橋，德國奎爾勃萊特橋，日本荒津大橋， 國內的南京長江二橋)。為了同時抑制拉索的面內和面外振動，每根拉索需要裝二個相交 的油壓阻尼器，而且阻尼介質的矽油溫度效應明顯，由於頻繁動作，容易發生漏油和滲油 現象。因此維修費用相對較高，更主要的問題是對小振幅振動不敏感，而長拉索由於存在
"模態躍遷"其平面內一階正對稱振動在靠近錨固端處振動幅度將變得很小，從而使油壓 阻尼器平面內一階模態的實際測得的阻尼值比設計阻尼值低得多。
(4) .粘性剪切型阻尼器(Viscous Shear Damper):這種稱之謂VSD的減振器是在上個世 紀末，我們國內開發的新型減振裝置，粘性剪切型阻尼器的減振效果比較理想。其特點是 利用阻尼器中插板的運動使高粘性體產生剪切變形從而將振動能量傳遞給粘性體再轉變 成熱能耗散。VSD相對油壓阻尼器而言，高分子粘性料受溫度影響很小，具有對0.5mm級的微小振動比較敏感， 一個VSD即可抑制拉索的面內和面外兩個方向的振動，無機械接 觸點，所以安裝維修都比較簡單等優點。所以稱為繼油壓減振器之後的第二代拉索減振器。 以上的抑振措施都屬於被動控制的範疇。研究表明對於被動控制系統來說，減振器在索的 安裝位置到下端索錨固點的距離Xc與索長L的比最好保持在0. 03範圍，對於水平傾角大 的斜拉索(垂度較小)也應不小於0.025,由於上述特點的限制，當橋梁上設置有風障設 施時會影響到減振器的安裝，因為在實施過程中近塔索的橋軸向水平偏角較大從而造成與 風障設施的重疊，因此不得不降低減振器的安裝高度，嚴重影響了整橋的景觀。

發明內容
為了克服上述之不足，本發明的目的在於提供一種能夠解決在安裝減振器本體時與風 障之間的所發生的衝突問題，從而即能保證橋梁的整體美觀性又能實現理想的減震效果的 帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器。
為解決上述技術問題，本發明所採用的技術方案是帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切 型阻尼器，包括有內裝高分子粘性材料的阻尼容器、插板、支座，所述的阻尼容器設在支 座上，插板的一端設在阻尼容器中高分子粘性材料內，另一端連接在橋梁的拉索上，其特 徵在於所述的粘性剪切型阻尼器的插板與拉索之間設有能改變拉索在水平面上或橋梁側 面上的傾斜角度的拉索轉向機構。
所述的拉索轉向機構是由索夾、傳遞杆、雙向轉動傳遞框、傳遞支撐板、傳動轉向架、 擺動叉、轉向支撐座組成，所述的轉向支撐座設在拉索的旁邊，擺動叉的一端插接在轉向 支撐座上，另一端與傳動轉向架的一側活動連接，傳動轉向架的另一側分別與插板及傳遞 支撐板活動連接，傳遞支撐板通過雙向轉動傳遞框與傳遞杆相連接，傳遞杆通過設在其端 部的索夾與拉索相連接。
所述的雙向轉動傳遞框的四個側面上都設有固定軸，在固定軸上設有軸承，傳遞杆的 端部設在上下側面的軸承上，傳遞支撐板的端部設在左右兩側面的軸承上。雙向轉動傳遞 框的作用在於能夠向前後方向和左右方向偏斜，從而實現對拉索在水平面或橋梁側面的傾 斜角度的調節。
所述的傳動轉向架是三角形結構。
所述的傳動轉向架通過連接杆與傳遞支撐板活動連接，連接杆與傳遞支撐板之間設有 加強筋。
本發明的有益效果在於由於在粘性剪切型阻尼器上增設了一種傳遞振動響應的轉向 機構，因此既保證了減振器在索上的安裝高度，又避免了減振器本體與風障的衝突，維護 了整橋的景觀，同時達到了理想的減震效果。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明
圖l為本發明的結構示意圖2為圖1所示的沿A-A向的剖示放大圖。
圖中1、阻尼容器； 2、插板； 3、支座； 4、高分子粘性材料；
5、拉索； 6、索夾； 7、傳遞杆； 8、雙向轉動傳遞框； 9、傳遞支撐板；
10、傳動轉向架；11、擺動叉； 12、轉向支撐座；13、固定軸；14、軸承；
15、連接杆；16、加強筋。
具體實施例方式
如圖l、圖2所示，帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，包括有內裝高分子粘 性材料4的阻尼容器1、插板2、支座3，所述的阻尼容器1設在支座3上，插板2的一 端設在阻尼容器l中高分子粘性材料4內，另一端連接在橋梁的拉索5上，其特徵在於 所述的粘性剪切型阻尼器的插板2與拉索5之間設有能改變拉索在水平面上或橋梁側面上 的傾斜角度的拉索轉向機構。
所述的拉索轉向機構是由索夾6、傳遞杆7、雙向轉動傳遞框8、傳遞支撐板9、傳動 轉向架IO、擺動叉ll、轉向支撐座12組成，所述的轉向支撐座12設在拉索5的旁邊， 擺動叉11的一端插接在轉向支撐座12上，另一端與傳動轉向架10的一側活動連接，傳 動轉向架10的另一側分別與插板2及傳遞支撐板9活動連接，傳遞支撐板9通過雙向轉 動傳遞框8與傳遞杆7相連接，傳遞杆7通過設在其端部的索夾6與拉索5相連接。
所述的雙向轉動傳遞框8的四個側面上都設有固定軸13，在固定軸13上設有軸承14， 傳遞杆7的端部設在上下側面的軸承14上，傳遞支撐板9的端部設在左右兩側面的軸承14 上。
所述的傳動轉向架10是三角形結構。
所述的傳動轉向架10通過連接杆15與傳遞支撐板9活動連接，連接杆15與傳遞支 撐板9之間設有加強筋16。
工作原理通過調節雙向轉動傳遞框8，從而確定傳遞杆7的傾斜角度，從而改變拉 索在水平面上或橋梁側面上的傾斜角度，使橋梁上的風障與帶有轉向機構的斜拉索粘性剪 切型阻尼器的安裝位不發生衝突。拉索上的因風致振動所產生的能量依次沿著傳遞杆7、 雙向轉動傳遞框8、傳遞支撐板9、傳動轉向架10後，再將能量傳給粘性剪切型阻尼器的 插板2，使插板2開始運動，利用阻尼器中插板2的運動使阻尼容器1中的高分子粘性材 料4產生剪切變形，從而將振動能量以熱能形式散發掉。
6實施例
杭州灣跨海大橋是國道主幹線同三線跨越杭州灣的便捷通道，跨越寬闊的杭州灣海 域，全長36km，是目前世界上建成的最長的跨海大橋，按雙向六車道高速公路設計，設 計時速100km/h。大橋設南、北兩個通航道，南航道橋為主跨318m的A型單塔雙索麵鋼 箱梁斜拉橋，通航淨空31m，北航橋跨徑為230+448+230m的鑽石型雙塔雙索麵(空間索) 鋼箱梁斜拉橋，通航淨空47m。為了改善通航孔橋上行車安全性，中交公路規劃設計院在 南北航道橋的橋面兩側欄杆外設計安置了風障，風障高度分別為遠塔段h「3.4m，近塔段 h2=4.27。應該說，風障設施的初衷是針對大橋跨越寬闊的杭州灣海域比較嚴峻的風環境下 確保行車安全性的設施。而作為斜拉索減振器的實施卻帶來了困難，如上所述半主動控制 的磁流變阻尼器可以將安裝高度降低，但製造成本卻成倍的增加，還因為屬有源控制，其 運行成本以及可靠性、穩定性都有待於改進。而粘性剪切型阻尼器屬於被動型減振器，其 安裝高度Xc/L—般均保持在》0.025。考慮到近塔索可能受到順橋向風時，塔後紊流尾流 的影響，我們將近塔索的粘性剪切阻尼器的安裝高度保持在XcK03的理論位置，而遠 塔索由於斜拉索垂度影響導致的模態階躍確保Xc/L》2.7Q/。，作為抑振效果的保證措施， 但是在實施過程中卻因為近塔索的橋軸向水平偏角較大而與風障設施重疊，故採用了本發 明的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，不但避免衝突而且因為降低了減振器安裝 的高度而改善了整橋的景觀。
權利要求
1、一種帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特徵在於該阻尼器包括有內裝高分子粘性材料(4)的阻尼容器(1)、插板(2)、支座(3)，所述的阻尼容器(1)設在支座(3)上，插板(2)的一端設在阻尼容器(1)中高分子粘性材料(4)內，另一端連接在橋梁的拉索(5)上，其特徵在於所述的粘性剪切型阻尼器的插板(2)與拉索(5)之間設有能改變拉索在水平面上或橋梁側面上的傾斜角度的拉索轉向機構。
2、 根據權利要求1所述的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特徵在於所述的拉索轉向機構是由索夾(6)、傳遞杆(7)、雙向轉動傳遞框(8)、傳遞支撐板(9)、傳動轉向架(10)、擺動叉(11)、轉向支撐座(12)組成，所述的轉向支撐座(12)設在拉索(5)的旁邊，擺動叉(11)的一端插接在轉向支撐座(12)上，另一端與傳動轉向架(10)的一側活動連接，傳動轉向架(10)的另一側分別與插板(2)及傳遞支撐板(9)活動連接，傳遞支撐板(9)通過雙向轉動傳遞框(8)與傳遞杆(7)相連接，傳遞杆(7)通過設在其端部的索夾(6)與拉索(5)相連接。
3、 根據權利要求2所述的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特徵在於所述的雙向轉動傳遞框(8)的四個側面上都設有固定軸(13)，在固定軸(13)上設有軸承(14)，傳遞杆(7)的端部設在上下側面的軸承(14)上，傳遞支撐板(9)的端部設在左右兩側面的軸承(14)上。
4、 根據權利要求2所述的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特徵在於所述的傳動轉向架(10)是三角形結構。
5、 根據權利要求2所述的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特徵在於所述的傳動轉向架(10)通過連接杆(15)與傳遞支撐板(9)活動連接，連接杆(15)與傳遞支撐板(9)之間設有加強筋(16)。
全文摘要
本發明公開了一種用於橋梁建築領域的帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器，帶有轉向機構的斜拉索粘性剪切型阻尼器包括有內裝高分子粘性材料的阻尼容器、插板、支座，所述的阻尼容器設在支座上，插板的一端設在阻尼容器中高分子粘性材料內，另一端連接在橋梁的拉索上，其特徵在於所述的粘性剪切型阻尼器的插板與拉索之間設有能改變拉索在水平面上或橋梁側面上的傾斜角度的拉索轉向機構。由於在粘性剪切型阻尼器上增設了一種傳遞振動響應的轉向機構，因此既保證了減振器在索上的安裝高度，又避免了減振器本體與風障的衝突，維護了整橋的景觀，同時達到了理想的減震效果。
文檔編號E01D19/00GK101476283SQ200910036698
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優先權日2009年1月16日
發明者波 王, 王中文, 肖桂強, 陳儒發, 顧金鈞 申請人:廣東省長大公路工程有限公司