CN105220615A - 一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，为一设置在悬索桥吊杆(2)上的辅助索网系统；所述辅助索网系统是若干个辅助索(1)交叉设置的网状结构，所述辅助索(1)与吊杆(2)的夹角为30～70度；在辅助索与吊杆的连接区域(8)内，辅助索(1)与吊杆(2)通过位于吊杆(2)两侧的两个第二连接装置(10)、位于两个第二连接装置(10)两侧的两个辅助索与吊杆的连接夹片(81)以及辅助索与吊杆的连接夹片(81)与吊杆(2)之间设有的橡胶垫片以螺栓固定连接。本发明的连接结构简单，具有安装、维护施工方便的优势，使用期间可以方便地更换索体。

Description

一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置

技术领域

本发明属于工程结构技术领域，涉及一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置。

背景技术

在大风天气下，超长悬索桥吊杆有可能在风的作用下发生各类振动。由于吊杆长度大，间距小，有可能导致吊杆相互碰撞损坏。目前在国内和国外只出现了一些用于中短悬索桥的平行辅助索网减振体系，并没有见到用于超长跨境超长吊杆体系的吊杆振动抑制装置。

目前减振方法主要包括安装阻尼装置，采用分离式设计或者采用干扰设计。采用安装的阻尼器可以在结构振动中吸收结构的能量，主要用于斜吊杆减振、车辆减振、工业工程等领域。分离设计主要是将结构与震源分离比，以达到减振的目的，主要用于各类防震级别较高的基础工程。干扰设计主要用于减少风致振动，通过一定的设计扰乱气流及雨流线等，扰乱气流力以达到减振的目的。阻尼装置根据阻尼介质不同又可以分为液体阻尼器，固体阻尼器以及空气能阻尼器。根据阻尼大小能否自动调节分为主动控制阻尼器和被动控制阻尼器。目前的减振专利集中于阻尼器、减振支座及扰流器。如：一种综合电涡流阻尼及摩擦阻尼的斜吊杆摆式杠杆质量减振系统(专利号：CN201320373071.7)，一种减振支座(专利号：CN201420090732.X)，一种输电线路钢管杆塔涡激风振的抑制装置(专利号：CN200920222688.2)，关于阻尼器技术的研究文献有磁流变阻尼器对斜吊杆减振效果的试验研究(《振动工程学报》-2004年1期)，考虑桥面运动的斜吊杆减振模型(《深圳大学学报(理工版)》-2010年4期)等。

对于大跨径悬索桥平行吊杆传统的减振方法并不太实用。首先，吊杆一般为竖直布置，传统的阻尼器无法安装，且传统的阻尼器减振效果只能适应中等长度斜吊杆，对于今后超长吊杆能否适用有待讨论。吊杆振动的主要原因是风的激励，目前尚无办法将吊杆与外界风环境分离，所以无法采用分离设计。目前桥梁上的扰流设计主要针对于风雨振动这类振动形式，而吊杆振动有多种形式，无法仅仅依靠扰流这一种方式予以抑制。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，可以将分散的吊杆连成整体，增加吊杆体系整体刚度，有效的减小吊杆振幅，从而提高吊杆使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，为一设置在悬索桥吊杆上的辅助索网系统；所述辅助索网系统是若干个辅助索交叉设置的网状结构。

所述辅助索与吊杆的夹角为30～70度。

所述辅助索的两端设有螺纹。

所述辅助索的材质采用记忆合金丝或高阻尼钢丝。

相邻两个辅助索之间的距离为相邻两个吊杆间距的3～5倍；具体间距应根据当地气象站过去20年风速数据进行计算。

所述辅助索上间隔设置有空气粘滞阻尼器。

在辅助索与吊杆的连接区域内，辅助索与吊杆通过位于吊杆两侧的两个第二连接装置、位于两个第二连接装置两侧的两个辅助索与吊杆的连接夹片以及辅助索与吊杆的连接夹片与吊杆之间设有的橡胶垫片以螺栓固定连接。

在辅助索与主缆的连接区域内，辅助索的一端与主缆通过第二连接装置、位于第二连接装置两侧的两个辅助索与主缆的连接夹片连接，辅助索与主缆的连接夹片另一端通过两个螺栓紧固在主缆上。

所述辅助索与吊杆的连接夹片和所述辅助索与主缆的连接夹片上设有用于穿过螺栓的螺纹孔。

所述第二连接装置的材质为铁块、铅块、橡胶材料或高阻尼耐疲劳材料。

所述第二连接装置上设有螺纹通孔和螺纹半通孔，所述螺纹通孔设置在第二连接装置的正面，所述螺纹半通孔设置在第二连接装置的底部，所述螺纹通孔通过螺栓与主缆的连接夹片或与吊杆的连接夹片连接，辅助索端部的螺纹与螺纹半通孔连接。

在辅助索与桥塔的连接区域内，辅助索和桥塔间通过辅助索与桥塔的连接底座和第一连接装置连接，所述第一连接装置上设置有液体粘滞阻尼器。

在辅助索与钢箱梁的连接区域内，辅助索和钢箱梁通过辅助索与钢箱梁的连接底座和第一连接装置连接，所述第一连接装置上设有液体粘滞阻尼器。

所述桥塔、所述钢梁箱上设有用于连接第一连接装置的孔。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明通过辅助索的连接，减小了长吊杆的自由长度，将吊杆相互连接成整体，提高了索网体系的整体刚度和各阶振型的广义质量，使吊杆振动时各模态间相互耦合，从而有效抑制吊杆的振动。

本发明的辅助索网系统不需要预先在吊杆上预留任何装置，方便后期添加，可根据实际运营状况对辅助索局部进行加密，更换大阻尼材料，达到抑制吊杆局部振动过大问题。

本发明中吊杆与辅助索的连接夹片本身就包含空气阻尼器功能，对于一些有抑制吊杆振动需求而又不需要添加辅助索网系统的中大跨境悬索桥，可以在吊杆上单独使用。

本发明中辅助索索体采用记忆合金丝材料，具有形状记忆功能和超弹性等优良特性，可以给索网提供更大的内阻尼，有效抑制吊杆在外界各种激励下所导致的振动，同时在外力作用下产生较大变形，避免索夹对吊杆或主缆带来的硬性冲击伤害；辅助索上可以根据需要，加装一个或多个空气粘滞阻尼器，增加索网结构阻尼，抑制索网振动。

本发明中辅助索与吊杆间的连接件包括第一连接装置和第二连接装置，第二连接装置根据需要，可以采用铁块、铅块、橡胶材料或其它新型高阻尼耐疲劳材料，增加索网阻尼性；辅助索与桥塔、钢箱梁的第一连接装置中，可以引入液体粘滞阻尼器，可以是主动的液体粘滞阻尼器，也可以是被动的液体粘滞阻尼器，显著增加索网阻尼。

本发明中第一连接装置用于辅助索与桥塔、钢箱梁的连接，适合大范围调整辅助索长度，第二连接装置用于辅助索与吊杆、主缆的连接，适合微调辅助索长度。

本发明的辅助索网系统中连接夹片有调整索力的功能，可以保证辅助索索体在长期运营期间具有足够的张力。

本发明的连接结构简单，具有安装、维护施工方便的优势，使用期间可以方便地更换索体。

附图说明

图1为本发明实施例的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置的结构示意图。

图2为辅助索的结构示意图。

图3为第一连接装置的结构示意图。

图4为第二连接装置的结构示意图。

图5为辅助索与桥塔连接的结构示意图。

图6为辅助索与主缆连接结构的侧视图。

图7为辅助索与主缆连接结构的正视图。

图8为辅助索与吊杆连接结构的侧视图。

图9为辅助索与吊杆连接结构的俯视图。

图10为辅助索与钢箱梁连接的结构示意图。

其中：1为辅助索，2为吊杆，3为主缆，4为桥塔，5为钢箱梁，6辅助索与主缆的连接区域，7为辅助索与桥塔的连接区域，8为辅助索与吊杆的连接区域，9为辅助索与钢箱梁的连接区域，10为第二连接装置，101为螺纹通孔，102为螺纹半通孔，11为第一连接装置，111为液体粘滞阻尼器，12为空气粘滞阻尼器，13为螺纹，61为辅助索与主缆的连接夹片，71为辅助索与桥塔的连接底座，81为辅助索与吊杆的连接夹片，91为辅助索与钢箱梁的连接底座。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，图1为本发明实施例的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置的结构示意图。一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，为一设置在悬索桥吊杆2上的辅助索网系统；辅助索网系统是若干个辅助索1交叉设置的网状结构，辅助索网系统中辅助索1之间交叉经过。

如图2所示，图2为辅助索的结构示意图。辅助索1与吊杆2的夹角为30～70度，辅助索1的两端设有螺纹13，辅助索1端部螺纹13旋入第二连接装置10内，旋进深度根据需要确定。辅助索1的材质采用记忆合金丝或高阻尼钢丝。相邻两个辅助索1之间的距离为吊杆2间距的3～5倍；具体间距应根据当地气象站过去20年风速数据进行计算，辅助索1上间隔设置有空气粘滞阻尼器12。

如图8和图9所示，图8为辅助索与吊杆连接结构的侧视图，图9为辅助索与吊杆连接结构的俯视图。在辅助索与吊杆的连接区域8内，辅助索1与吊杆2通过位于吊杆2两侧的两个第二连接装置10、位于两个第二连接装置10两侧的两个辅助索与吊杆的连接夹片81以及辅助索与吊杆的连接夹片81与吊杆2之间设有的橡胶垫片以螺栓固定连接。第二连接装置10的结构如图4所示，图4为第二连接装置的结构示意图。辅助索与吊杆的连接夹片81上设有用于穿过螺栓的螺纹孔，辅助索与吊杆的连接夹片81自身带有空气阻尼器的功能，能增加索网结构阻尼。

如图6和图7所示，图6为辅助索与主缆连接结构的侧视图，图7为辅助索与主缆连接结构的正视图。在辅助索与主缆的连接区域6内，辅助索1的一端与主缆3通过第二连接装置10、位于第二连接装置10两侧的两个辅助索与主缆的连接夹片61连接。辅助索与主缆的连接夹片61上设有用于穿过螺栓的螺纹孔。第二连接装置10的材质可以为铁块或铅块，也可以是橡胶材料或高阻尼耐疲劳材料。在第二连接装置10上设有螺纹通孔101和螺纹半通孔102，螺纹通孔101设置在第二连接装置10的正面，螺纹半通孔102设置在第二连接装置10的底部，螺纹通孔101通过螺栓与主缆的连接夹片61或与吊杆的连接夹片81连接，辅助索1端部的螺纹13与螺纹半通孔102连接。因为是单螺栓，第二连接装置10可以在螺栓平面内旋转，消除弯矩作用。辅助索与主缆的连接夹片61另一端通过两个螺栓紧固在主缆3上，第二连接装置10在主缆3平面内转动。

如图5所示，图5为辅助索与桥塔连接的结构示意图。在辅助索与桥塔的连接区域7内，辅助索1和桥塔4间通过辅助索与桥塔的连接底座71和第一连接装置11连接，(图3为第一连接装置的结构示意图。)连接，第一连接装置11上设置有液体粘滞阻尼器111。桥塔4上设有用于连接第一连接装置11的孔。第一连接装置11可以实现在桥塔4对辅助索1初始应变大范围调节。

如图10所示，图10为辅助索与钢箱梁连接的结构示意图。在辅助索与钢箱梁的连接区域9内，辅助索1和钢箱梁5通过辅助索与钢箱梁的连接底座91和第一连接装置11连接，所述第一连接装置11上设有液体粘滞阻尼器111。钢梁箱5上设有用于连接第一连接装置11的孔。第一连接装置11可以实现在钢梁箱5对辅助索1初始应变大范围调节。

本发明的装置疲劳寿命预计在15年以上。本发明以辅助索的形式将悬索桥吊杆连为一个整体，提高吊杆体系的整体刚度，增加吊杆体系的振动频率，抑制单根吊杆的振动；可以广泛应用在悬索桥吊杆与类似结构之上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：为一设置在悬索桥吊杆(2)上的辅助索网系统；所述辅助索网系统是若干个辅助索(1)交叉设置的网状结构。

2.根据权利要求1所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：所述辅助索(1)与吊杆(2)的夹角为30～70度；优选的，所述辅助索(1)的两端设有螺纹(13)；优选的，所述辅助索(1)的材质采用记忆合金丝或高阻尼钢丝；优选的，相邻两个辅助索(1)之间的距离为相邻两个吊杆(2)间距的3～5倍；优选的，所述辅助索(1)上间隔设置有空气粘滞阻尼器(12)。

3.根据权利要求1所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：在辅助索与吊杆的连接区域(8)内，辅助索(1)与吊杆(2)通过位于吊杆(2)两侧的两个第二连接装置(10)、位于两个第二连接装置(10)两侧的两个辅助索与吊杆的连接夹片(81)以及辅助索与吊杆的连接夹片(81)与吊杆(2)之间设有的橡胶垫片以螺栓固定连接；

优选的，所述辅助索与吊杆的连接夹片(81)上设有用于穿过螺栓的螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：在辅助索与主缆的连接区域(6)内，辅助索(1)的一端与主缆(3)通过第二连接装置(10)、位于第二连接装置(10)两侧的两个辅助索与主缆的连接夹片(61)连接，辅助索与主缆的连接夹片(61)另一端通过两个螺栓紧固在主缆(3)上。

5.根据权利要求4所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：所述辅助索与主缆的连接夹片(61)上设有用于穿过螺栓的螺纹孔。

6.根据权利要求3或4所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：所述第二连接装置(10)的材质为铁块、铅块、橡胶材料或高阻尼耐疲劳材料。

7.根据权利要求3或4所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：所述第二连接装置(10)上设有螺纹通孔(101)和螺纹半通孔(102)，所述螺纹通孔(101)设置在第二连接装置(10)的正面，所述螺纹半通孔(102)设置在第二连接装置(10)的底部，所述螺纹通孔(101)通过螺栓与主缆的连接夹片(61)或与吊杆的连接夹片(81)连接，辅助索(1)端部的螺纹(13)与螺纹半通孔(102)连接。

8.根据权利要求1所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：在辅助索与桥塔的连接区域(7)内，辅助索(1)和桥塔(4)间通过辅助索与桥塔的连接底座(71)和第一连接装置(11)连接，所述第一连接装置(11)上设置有液体粘滞阻尼器(111)；

优选的，所述桥塔(4)上设有用于连接第一连接装置(11)的孔。

9.根据权利要求1所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：在辅助索与钢箱梁的连接区域(9)内，辅助索(1)和钢箱梁(5)通过辅助索与钢箱梁的连接底座(91)和第一连接装置(11)连接，所述第一连接装置(11)上设有液体粘滞阻尼器(111)。

10.根据权利要求9所述的抑制大跨径悬索桥吊杆风致振动的减振装置，其特征在于：所述钢梁箱(5)上设有用于连接第一连接装置(11)的孔。