CN102277830B - 一种用于斜拉桥的减振辅助索装置及斜拉桥 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于斜拉桥的减振辅助索装置及斜拉桥,该减振辅助索装置包括索扣、套箍、辅助索及锚具,索扣固连在各斜拉主索外部套筒上,套箍固定在索扣上,辅助索由预张拉的形状记忆合金制成,其穿过套箍,并串接在各斜拉主索之间,其一端固定在最长的斜拉主索上,另一端通过可调节锚具固定在斜拉桥的梁体上。由于辅助索由形状记忆合金制成,其具有形状记忆效应、超弹性等优良特性,增强了减振辅助索装置的耗能性能,在外力作用下产生较大变形时具有自恢复能力,同时具有良好的耐久性。辅助索串接在各斜拉主索之间,与斜拉主索形成一个索网结构体系,可以提升拉索振动频率和阻尼,有效抑制拉索在各种外界激励下所导致的振动。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程技术领域,尤其涉及一种用于斜拉桥的减振辅助索装置及斜拉桥。
背景技术
斜拉桥是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系;其具有桥塔形式多变、可悬臂施工和美观等优点。随着斜拉桥跨度的不断增大,斜拉索也变得越来越长。作为斜拉桥主要承重构件的斜拉索,具有柔性大、内阻尼低、固有频率分布广等特点,极易在风、风雨和梁塔支承端位移的激励下发生振动。
经过大量的研究,国内外学者发现斜拉索的致振机理非常复杂;可根据激励源的不同把斜拉索的主要振动类型分为两种:一是由风或风雨共同作用引起斜拉索的振动;二是斜拉索支承端在梁塔位移作用下发生的振动。目前,抑制斜拉索振动的主要手段是被动控制,其主要措施包括:一为通过改变斜拉索表面形状以改变斜拉索的气动特性;二为在斜拉索近端部增设被动减振阻尼器。但是由于斜拉索被动减振阻尼器对于长拉索的振动控制仍受到限制,不少结构工程师提倡采用辅助索方法;这种方法的主要手段是将各主要斜拉索相互连接,这样带来的好处是:提高了斜拉索体系整体的刚度,提高了斜拉索各阶振型的广义质量,增加了斜拉索的机械阻尼和气动阻尼,斜拉索振动时各模态间相互耦合。
形状记忆合金是一种兼有感知和驱动功能的新型材料,它与传统材料的区别是具有形状记忆效应和大变形超弹性特性,高阻尼,耗能性能好,能够重复屈服而不产生永久变形,耐久性好等特点;随着研究的深入和成本的降低,研发用于斜拉桥的减振辅助索装置具有很大的潜力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种耗能性能较佳、耐久性好的用于斜拉桥的减振辅助索装置。
本发明所要解决的另一个技术问题在于,提供一种斜拉桥,其具有减振性能和耐久性良好的索网结构体系。
对于上述用于斜拉桥的减振辅助索装置,本发明是这样得以实现的,其包括索扣、套箍、辅助索及锚具,索扣固连在各斜拉主索外部套筒上,索扣呈圆筒状,其轴线方向与斜拉主索的长度方向平行,套箍固定在索扣上,并且沿着索扣的圆周方向延伸设置,辅助索由预张拉的形状记忆合金制成,其穿过套箍,并串接在各斜拉主索之间,其一端固定在最长的斜拉主索上,另一端通过可调节锚具固定在斜拉桥的梁体上,相邻的斜拉主索之间的辅助索为两股预张拉的形状记忆合金丝,两股形状记忆合金丝交叉设置于相邻的斜拉主索之间。
进一步地,所述套箍上设有用于将辅助索锁紧于索扣上的锁紧螺帽。
进一步地,所述可调节锚具包括固定在斜拉桥梁体上的U形连接件及锚头;锚头包括本体部及形成在本体部上的二安装耳,二安装耳套设在U形连接件上;辅助索的一端固定在本体部上。
进一步地,所述可调节锚具进一步包括楔形夹片,本体部上设有用以安装辅助索的安装孔,楔形夹片安装在安装孔内,并将辅助索固定在安装孔内。
进一步地,所述U形连接件包括两个臂部,且每个臂部上均形成有螺纹段;U形连接件的两个臂部穿过安装耳后,通过螺母将U形连接件与锚头组装在一起。
进一步地,所述减振辅助索装置进一步包括固定在斜拉桥梁体上的锚板,锚板上设有用以安装U形连接件的凸环。
进一步地,所述辅助索由镍钛合金、铜基合金或者铁基合金制成。
对于上述一种斜拉桥,本发明是这样得以实现的,其包括承压的塔、承弯的梁体及受拉的斜拉索,斜拉索连接在塔与梁体之间,所述斜拉桥还包括上述的减振辅助索装置。
由于上述减振辅助索装置的辅助索由预张拉的形状记忆合金制成,其具有形状记忆效应、超弹性等优良特性,从而可增强减振辅助索装置的耗能性能,在外力作用下产生较大变形时具有自恢复能力,同时具有良好的耐久性。辅助索串接在各斜拉主索之间,与斜拉主索形成一个索网结构体系:一方面,形状记忆合金辅助索减小了斜拉主索的有效长度,从而提升了拉索的振动频率;另一方面,提升了拉索的振动阻尼,可有效抑制拉索在各种外界激励下所导致的振动。再者,上述减振辅助索装置还具有结构简单、施工和维护方便等优点。附图说明
图1是本发明中斜拉桥一较佳实施例的示意图。
图2是本发明中减振辅助索装置一较佳实施例的示意图。
图3是图2中索扣与套箍的示意图。
图4是图3中索扣与套箍的侧视示意图。
图5是图3中索扣与套箍的仰视示意图。
图6是图1中可调节锚具的U形连接件的示意图。
图7是图1中可调节锚具的锚头的示意图。
图8是图1中可调节锚具的楔形夹片的示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,是本发明中斜拉桥的一较佳实施例,该斜拉桥包括承压的塔1、承弯的梁体2、受拉的斜拉主索3及减振辅助索装置4。斜拉主索3连接在塔1与梁体2之间。
减振辅助索装置4包括索扣41、套箍42、预张拉的辅助索43、锚具44及锚固在梁体2上的锚板45。索扣41固连在各斜拉主索3外部套筒(图中未示出)上,其套设在斜拉主索3的外部,在两端与斜拉主索3端部锚固。套箍42固定在索扣41上。辅助索43由形状记忆合金制成,其穿过套箍42,并串接在各斜拉主索3之间,其一端固定在最长的斜拉主索3上,另一端通过锚具44及锚板45固定在斜拉桥的梁体2上。
具体地,请一同参阅图3至图5,每一索扣41大致呈圆筒状,可由两个半圆型结构411对接形成。在本实施例中,两个半圆型结构411为两个半圆型型钢,两个半圆型型钢通过螺栓412对接在一起,可将斜拉主索3外部套筒箍紧。其中,将索扣41安装在斜拉主索3上之后,索扣41的轴线方向与斜拉主索3的轴线方向或长度方向大致平行。换言之,索扣41与斜拉主索3平行设置。
在每一索扣41上都对称固定有两个套箍42,于每一套箍42上分别设有锁紧螺帽421,以将辅助索43锁紧在索扣41上。在本实施例中,两个套箍42沿着索扣41的圆周方向延伸设置,换言之,索扣41的轴线方向与两个套箍42所在的平面大致垂直。这样设置,可保证穿过套箍42的辅助索43所处的平面与斜拉主索3之间相互垂直。
辅助索43可由镍钛合金、铜基合金或者铁基合金等形状记忆合金制成,其中优选镍钛诺合金。相邻的斜拉主索3之间的辅助索43为两股预张拉的形状记忆合金丝,两股形状记忆合金丝交叉设置于相邻的斜拉主索3之间。
请一同参阅图6至图8,可调节锚具44包括U形连接件441、锚头442及楔形夹片443。其中,U形连接件441包括两个臂部4411,且每个臂部4411上均形成有螺纹段。锚头442包括一本体部4421及二安装耳4422。本体部4421上间隔设有二安装孔4423,用以安装固定楔形夹片443和辅助索43。二安装耳4422对称地设置在本体部4421的两侧,用于收容U形连接件441的两个臂部4411。U形连接件441的两个臂部4411穿过安装耳4422后,可通过螺母等将U形连接件441与锚头442组装在一起。楔形夹片443安装在安装孔4423内,用以将辅助索43固定在锚头442上。
锚板45用于将可调节锚具44固定在梁体2上,其上设有一凸环451,用以安装U形连接件441。在使用过程中,可先把锚板45锚固于梁体2上,再把U形连接件441穿过锚板45上的凸环451,然后装上锚头442,拧上螺母,将锚头442固定在U形连接件441上,接着穿过辅助索43,最后上楔形夹片443张拉辅助索43。
在将减振辅助索装置4安装在斜拉桥上时,辅助索43安装顺序为从最上面的一条斜拉主索3开始安装,安装好第二条斜拉主索3时应当拉紧辅助索43,即要施加适当的预张力,然后通过锁紧螺帽421锁紧辅助索43,原则上应保证斜拉主索3振动时辅助索43始终处于受拉状态,最后通过可调节锚具44和锚板45锚固于梁体2上。
由于上述减振辅助索装置4的辅助索43由预张拉的形状记忆合金制成,其具有形状记忆效应、超弹性等优良特性,从而可增强减振辅助索装置4的耗能性能,在外力作用下产生较大变形时具有自恢复能力,同时具有良好的耐久性。辅助索43串接在各斜拉主索3之间,与斜拉主索3形成一个索网结构体系:一方面,形状记忆合金辅助索43减小了斜拉主索3的有效长度,从而提升了拉索的振动频率;另一方面,提升了拉索的振动阻尼,可有效抑制拉索在各种外界激励下所导致的振动,如涡激振动、风雨振动、参数振动和线性内部共振。再者,上述减振辅助索装置4还具有结构简单、施工和维护方便等优点。此外,辅助索43交叉串接在各斜拉主索3之间,可进一步提高减振耗能效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,其包括索扣、套箍、辅助索及锚具,所述索扣固连在各斜拉主索外部套筒上,所述索扣呈圆筒状,其轴线方向与斜拉主索的长度方向平行,所述套箍固定在所述索扣上,并且沿着所述索扣的圆周方向延伸设置,所述辅助索由预张拉的形状记忆合金制成,其穿过所述套箍,并串接在各斜拉主索之间,其一端固定在最长的斜拉主索上,另一端通过所述可调节锚具固定在斜拉桥的梁体上,相邻的斜拉主索之间的辅助索为两股预张拉的形状记忆合金丝,所述的两股形状记忆合金丝交叉设置于相邻的斜拉主索之间。
2.如权利要求1所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述套箍上设有用于将所述辅助索锁紧于所述索扣上的锁紧螺帽。
3.如权利要求1所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述可调节锚具包括固定在斜拉桥梁体上的U形连接件及锚头;所述锚头包括本体部及形成在所述本体部上的二安装耳,所述二安装耳套设在所述U形连接件上;所述辅助索的一端固定在所述本体部上。
4.如权利要求3所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述可调节锚具进一步包括楔形夹片,所述本体部上设有用以安装所述辅助索的安装孔,所述楔形夹片安装在所述安装孔内,并将所述辅助索固定在所述安装孔内。
5.如权利要求3所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述U形连接件包括两个臂部,且每个臂部上均形成有螺纹段;所述U形连接件的两个臂部穿过所述安装耳后,通过螺母将所述U形连接件与锚头组装在一起。
6.如权利要求3所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述减振辅助索装置进一步包括固定在斜拉桥梁体上的锚板,所述锚板上设有用以安装所述U形连接件的凸环。
7.如权利要求1所述的用于斜拉桥的减振辅助索装置,其特征在于,所述辅助索由镍钛合金、铜基合金或者铁基合金制成。
8.一种斜拉桥,包括承压的塔、承弯的梁体及受拉的斜拉索,所述斜拉索连接在所述塔与梁体之间,其特征在于,所述斜拉桥还包括如权利要求1至7中任意一项所述的减振辅助索装置。
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