CN217352136U - 一种斜拉-悬索协作体系中的缆索隔离减振装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种斜拉‑悬索协作体系中的缆索隔离减振装置，它包括第一夹具、第二夹具和弹性连接件，所述第一夹具设置在交叉位置的斜拉索上，所述第二夹具设置在交叉位置的吊索上，所述第一夹具和所述第二夹具通过所述弹性连接件连接，所述弹性连接件与所述第一夹具和或第二夹具活动连接，弹性连接件能够相对吊索摆动或轴向滑动，弹性连接件能够相对斜拉索摆动或轴向滑动，所述弹性连接件能够沿着其自身的连接方向弹性伸缩。本申请因为弹性连接件的缓冲作用，起到了交叉斜拉索和吊索之间的隔离和减振作用。

Description

一种斜拉-悬索协作体系中的缆索隔离减振装置

技术领域

本实用新型涉及减振装置，尤其涉及一种协作体系桥梁中用于斜拉索和吊索的隔离减振装置。

背景技术

悬索桥和斜拉桥虽然都是以缆索作为主要承重构件的结构，但二者之间却有显著的差别。作用在斜拉桥加劲梁上的荷载是通过锚固点直接传到斜拉索上；而作用在悬索桥加劲梁上的荷载则是经由锚固在加劲梁上的吊索传递到柔性主缆上，通过主缆的变形来承受荷载，所以两者在结构刚度上有较大的差别。自锚式悬索桥的主缆锚固于巨大的锚碇上，加劲梁不承受主缆传递的轴向力作用；而斜拉桥一般是自锚式结构，其加劲梁承受斜拉索传递的巨大轴向压力。斜拉桥的刚度在很大程度上取决于拉索体系的刚度，所以改变斜拉索的张拉力、数量和锚固间距不仅可以调节加劲梁所受的内力，而且还可以改变整个结构的刚度。但是当斜拉桥的跨度超过1000m后，施工时最大悬臂将达到或超过500m，如此大跨径的悬臂将使得桥梁合拢前的结构稳定性难以保证；同时加劲梁内的轴向水平压力也会随着悬臂跨径的增大而迅速增加，致使加劲梁根部在靠近塔处会产生压屈失稳的现象。为了保证加劲梁的屈曲稳定性，必须增大加劲梁的横截面面积，而这就会导致加劲梁自重的增大，斜拉索的索力也会增加，二者相互影响，从而降低了斜拉索承受活荷载的效率。再者，斜拉桥的桥塔高度(桥面以上部分)一般为其跨度的1/6～1/4。当跨度增大时，桥塔也会相应增高，而高耸的桥塔又会带来施工上的困难和稳定性的问题。此外，大跨度斜拉桥的斜拉索长度越大，垂度效应也就越明显，这也是影响斜拉桥向大跨径发展的又一制约因素。而悬索桥的主缆主要受轴向力作用，截面利用率高，相对斜拉桥而言有较大的跨越能力。

悬索桥的最大跨径虽然不断被刷新，但其最大跨径也有极限值。因为当悬索桥的跨度进一步增大时，主缆的长度将显著增大，加劲梁高度也会增高，导致主缆和加劲梁的自重过大，再加上活载的作用，必须修建极大的地锚才能满足结构受力安全的要求。如此以来，大跨径的悬索桥在设计上难度不大，但是却难以找到合适的地质条件来建造庞大的地锚体系，而且随着悬索桥跨径的增大，结构刚度将随着跨度的增加而明显降低，而且当跨度较大时，悬索桥的动力稳定性也难以保证。综上所述，目前世界上大跨径桥梁广泛采用斜拉桥和悬索桥两种形式，但二者各有优缺点并制约了其跨径的进一步增大。特别是随着世界范围内经济及交通事业的发展，为了区域经济的发展，对跨海峡、跨江河、跨区域的交通连接有更多的要求，需要建设多座大跨度桥梁。而这些大桥工程将面临深水基础、强台风、软土地基等众多自然条件的影响，仅采用传统的单一斜拉桥或悬索桥己不能满足实际工程的需要。为此，能够克服斜拉桥和悬索桥各自不足并且综合了二者优点的斜拉一悬索协作体系桥应运而生，使得桥梁在特大跨径方面的发展成为可能。

在目前的斜拉-悬索桥协作体系方案中，主跨部分中间采用悬索体系，中跨两端和边跨各为斜拉部分，悬索部分和斜拉部分相交处有吊杆和斜拉索相互交叉布置。如图1所示。

上述斜拉-悬索协作体系与悬索桥相比具有以下优点：(1)斜拉-悬索协作体系可结合地形灵活布置，场地地形和地质条件的影响限制较小；(2)协作体系中斜拉桥部分的荷载是通过拉索传递给桥塔再传递到地基，而在悬索桥中要通过两根主缆将荷载传递给地基，这就可以大大减小协作体系中主缆所承受的拉力；(3)斜拉桥的刚度比悬索桥大，因此协作体系桥跨中温度挠度和活载挠度均比悬索桥小；(4)因为斜拉桥具有较高的抗风稳定性，因此协作体系桥一阶扭转频率相对于悬索桥要大一些，可以显著提高协作体系的抗风能力。斜拉一悬索协作体系桥与斜拉桥相比有如下优势：(1)由于悬索的参与，跨中部分可以省去过斜、过长的斜拉索，不但节省了钢材降低造价，而且减少了因斜拉索过长带来的非线性效应影响；(2)主塔高度可以降低，提高了桥梁整体的抗震、抗风等能力；(3)斜拉部分梁长的减小是的施工过程中的悬臂长度变小，因而施工过程中抗风稳定性得到了大大提高。(4)斜拉桥部分缩短使，显著降低了近塔处加劲梁根部所承受的轴向压力，提高了加劲梁的整体稳定性。

虽然协作体系桥相对于传统缆索体系桥有众多优点，但这斜拉—悬索协作体系桥也存在以下问题：由于斜拉—悬索协作体系桥在端斜拉索和端吊杆交界部位，由于2个体系刚度的突变，端吊杆往往产生较大的轴力幅值，造成端吊杆的疲劳问题，有研究表明适当增加斜拉－悬索交叉区段内的交叉索数量可以使斜拉部分刚度和悬吊部分刚度的过渡更为平缓更能有效改善端吊杆的疲劳性能。斜拉索和吊索交叉布置会导致协作体系的桥梁在运行中，由于缆索振动等原因导致交叉位置的斜拉索和吊索相互碰撞、干涉等问题，影响结构的安全性和耐久性。因此有必要解决斜拉索和吊索在交叉位置的干涉问题。

实用新型内容

为了解决协作体系桥梁中斜拉索和吊索在交叉位置的干涉问题，本实用新型提出了一种隔离减振装置。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案为：一种斜拉-悬索协作体系中的缆索隔离减振装置，包括第一夹具、第二夹具和弹性连接件，所述第一夹具设置在交叉位置的斜拉索上，所述第二夹具设置在交叉位置的吊索上，所述第一夹具和所述第二夹具通过所述弹性连接件连接，所述弹性连接件与所述第一夹具和或第二夹具活动连接，弹性连接件能够相对吊索摆动或轴向滑动，弹性连接件能够相对斜拉索摆动或轴向滑动，所述弹性连接件能够沿着其自身的连接方向弹性伸缩。

作为本申请的实施方式之一，所述第二夹具与所述弹性连接件的一连接端铰接，以实现弹性连接件能够相对吊索轴向摆动的功能。

作为本申请的实施方式之一，所述第一夹具设置顺索向的移动孔，所述弹性连接件的另一连接端设置在所述移动孔内，沿所述移动孔往复自由滑动，以实现弹性连接件能够相对斜拉索轴向滑动。

作为本申请的实施方式之一，所述弹性连接件包括支架、拉伸杆、弹簧、垫板，所述支架与所述第二夹具铰接，所述拉伸杆活动穿在所述支架上，所述弹簧套在所述拉伸杆上，所述垫板锁紧在拉伸杆位于所述支架内部的一端，所述弹簧的一端与所述垫板相抵触另一端与所述支架相抵触，拉伸杆露在所述支架之外的一端与所述第一夹具连接。

作为本申请的实施方式之一，所述弹性连接件还包括橡胶垫，所述橡胶垫设置在支架上，所述弹簧的另一端直接抵触在所述橡胶垫上，使弹簧受到的高频固体声波产生反射衰减。

进一步的，为了保护所述橡胶垫，在所述橡胶垫表面铺设一金属垫片，所述弹簧的另一端直接抵触在该金属垫片上。

进一步的，所述第一夹具设置顺索向的移动孔，所述拉伸杆露在所述支架之外的一端通过螺母锁在所述移动孔内，并能够沿所述移动孔往复自由滑动。

作为本申请的实施方式之一，所述第一夹具和第二夹具分别包括U型夹板和盖板，所述盖板设置在所述U型夹板的敞口上。

作为本申请的实施方式之一，所述U型夹板和盖板对合后的通道内设置2～3mm厚的橡胶垫圈，防止斜拉索和或吊索表面的聚乙烯护套被损伤。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本申请的弹性连接件可视为弹簧阻尼器，其轴向刚度由弹簧的受压压缩量决定，弹簧压缩量越大，阻尼器刚度越小；弹簧压缩量越小，阻尼器刚度越大。较之其他的隔振元件有很多不可替代的优点，如：变形曲线线性好，设计计算准确；动态刚度与静态刚度相同；具有三维刚度；高弹性，即高隔振效率；无须额外动力；使用寿命长、基本无须维修等。

弹性连接件的一端与吊索夹具(第二夹具)相接，另一端与斜拉索夹具(第一夹具)相连。当系统中弹簧两端都有位移时，弹簧力的方向与所建立的数轴正方向相反；当弹簧只有一端有位移时，弹簧力的方向与弹簧端点的实际位移方向相反。当斜拉索或者吊索振动时，振动力作用到弹簧上，振动力一方面可能使弹簧产生加速运动，另一方面可能使弹簧产生弹性形变并形成固体声波。因为弹簧的一端是固定斜拉索上的第一夹具，因为弹簧的缓冲作用，导致传递到吊索夹具上的力将大大降低，起到了交叉斜拉索和吊索之间的隔离和减振作用。

附图说明

图1为斜拉-悬索协作桥梁体系的结构示意图；

图2为本申请斜拉索和吊索的隔离减振装置的立体图；

图3为本申请实施例中弹性连接件的结构示意图；

图4为本申请中第一夹具/斜拉索夹具的结构示意图；

图5为本申请中第二夹具/吊索夹具的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中的文字描述是与附图对应的，涉及方位的描述也是基于附图的描述，不应理解为是对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示，本实施例中的缆索隔离减振装置，用于实现斜拉-悬索协作体系中的互相交叉的斜拉索和吊索之间的隔离减振。该装置是由斜拉索夹具、吊索夹具和弹性连接件组成。其中弹性连接件包括阻尼弹簧1、拉伸杆2、拉伸杆螺母3、垫板4、橡胶垫5、支架6、支架上的连接耳板7等。支架6上的连接耳板7用于与吊索夹具铰接，可实现小转角的转动。拉伸杆2活动穿在支架6上，阻尼弹簧1套在拉伸杆2上，垫板4锁紧在拉伸杆2位于支架内部的一端，拉伸杆2的端部与支架6预留轴向间隙，阻尼弹簧1也位于支架6内部，其一端与垫板4相抵触另一端通过橡胶垫5间接抵触在支架6上。串接的橡胶垫5使高频固体声波产生反射衰减。拉伸杆2露在支架6之外的一端通过拉伸杆螺母3与斜拉索夹具连接。斜拉索夹具上设置顺索向的腰型移动孔A，拉伸杆2露在支架6之外的一端通过拉伸杆螺母3锁在移动孔A内，可适应200mm～600mm的顺索向移动。

斜拉索夹具和第吊索夹具分别包括U型夹板8和盖板9，盖板9设置在U型夹板8的敞口上。U型夹板8和盖板9对合后的通道内设置2～3mm厚的橡胶垫圈10，用于保护斜拉索或吊索的聚乙烯护套。

弹性连接件可视为高阻尼弹簧减振器，其一端与吊索夹具相接，另一端与斜拉索连接夹具。当系统中弹簧两端都有位移时，弹簧力的方向与所建立的数轴正方向相反；当弹簧只有一端有位移时，弹簧力的方向与弹簧端点的实际位移方向相反。当斜拉索或者吊索振动时，振动力作用到弹性连接件上，振动力一方面可能使弹簧产生加速运动，另一方面可能使弹簧产生弹性形变并形成固体声波。因为弹性连接件的一端是固定连接斜拉索上夹具，因为弹簧的缓冲作用，导致传递到吊索夹具上的力大大降低，起到了相互交叉斜拉索和吊索之间的隔离和减振作用。

除上述实施例外，本实用新型还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种斜拉-悬索协作体系中的缆索隔离减振装置，其特征在于：包括第一夹具、第二夹具和弹性连接件，所述第一夹具设置在交叉位置的斜拉索上，所述第二夹具设置在交叉位置的吊索上，所述第一夹具和所述第二夹具通过所述弹性连接件连接，所述弹性连接件与所述第一夹具和或第二夹具活动连接，弹性连接件能够相对吊索摆动或轴向滑动，弹性连接件能够相对斜拉索摆动或轴向滑动，所述弹性连接件能够沿着其自身的连接方向弹性伸缩。

2.根据权利要求1所述的隔离减振装置，其特征在于：所述第二夹具与所述弹性连接件的一连接端铰接。

3.根据权利要求1所述的隔离减振装置，其特征在于：所述第一夹具设置顺索向的移动孔，所述弹性连接件的另一连接端设置在所述移动孔内，沿所述移动孔往复自由滑动，以实现弹性连接件相对斜拉索轴向滑动。

4.根据权利要求1所述的隔离减振装置，其特征在于：所述弹性连接件包括支架、拉伸杆、弹簧、垫板，所述支架与所述第二夹具铰接，所述拉伸杆活动穿在所述支架上，所述弹簧套在所述拉伸杆上，所述垫板锁紧在拉伸杆位于所述支架内部的一端，所述弹簧的一端与所述垫板相抵触另一端与所述支架相抵触，拉伸杆露在所述支架之外的一端与所述第一夹具连接。

5.根据权利要求4所述的隔离减振装置，其特征在于：所述弹性连接件还包括橡胶垫，所述橡胶垫设置在支架上，所述弹簧的另一端直接抵触在所述橡胶垫上。

6.根据权利要求5所述的隔离减振装置，其特征在于：所述橡胶垫表面铺设一金属垫片，所述弹簧的另一端直接抵触在所述金属垫片上。

7.根据权利要求4所述的隔离减振装置，其特征在于：所述第一夹具设置顺索向的移动孔，所述拉伸杆露在所述支架之外的一端通过螺母锁在所述移动孔内，并能够沿所述移动孔往复自由滑动，以实现弹性连接件相对斜拉索轴向滑动。

8.根据权利要求1所述的隔离减振装置，其特征在于：所述第一夹具和第二夹具分别包括U型夹板和盖板，所述盖板设置在所述U型夹板的敞口上。

9.根据权利要求8所述的隔离减振装置，其特征在于：所述U型夹板和盖板对合后的通道内设置2～3mm厚的橡胶垫圈。

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