CN109235229B - 杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥 - Google Patents

杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，涉及桥梁振动控制技术领域，本发明中杠杆式阻尼装置始终以固定设置的第二转轴为中心处于力矩平衡状态。斜拉索面内振动时，斜拉索的振动通过第一杠杆直接传递至第一阻尼装置和通过第一杠杆带动第二杠杆转动后传递至第二阻尼装置，实现面内减振效果。斜拉索面外振动时，斜拉索的振动通过面外杠杆放大后传递至第一阻尼装置，实现面外减振效果。本发明在斜拉索与杠杆式阻尼装置之间安装一个速度锁定器，实现施工阶段就可安装杠杆式阻尼装置并发挥减振作用，且无论施工中还是安装完成后本发明的杠杆式阻尼装置能保持力矩平衡状态。

Description

杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥
技术领域
本发明涉及桥梁振动控制技术领域，具体涉及一种杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥。
背景技术
斜拉桥是大跨径桥梁的主要桥型之一，斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，由于斜拉索由细长的高强度钢丝组成，具有柔度大、初始阻尼比小等特征，随着斜拉桥跨度的增加，风、行车等引起的斜拉索振动问题更加突出。斜拉索的振动经常导致锚头区域钢结构的疲劳开裂、引起斜拉索的疲劳损伤与应力腐蚀，带来非常严重的结构安全问题。
利用外置式斜拉索阻尼器控制斜拉索的振动，已经得到了工程界和学术界的广泛认可，但是选择一种能够为斜拉索面内(斜拉索曲线平面内，以下简称面内)和面外(垂直于斜拉索挠曲线所在平面，以下简称面外)提供有效的附加阻尼的阻尼装置，仍然有一定的困难，而且随着拉索的增加，景观要求、阻尼器相对安装位置的降低、阻尼器支撑刚度折减等问题，都在一定程度上影响了阻尼器的减振效果。如某长江大桥所采用的磁流变阻尼器，只能控制斜拉索较大幅度的面内振动，对斜拉索面内的微幅面内振动和面外振动无法有效控制。
另外，一般的斜拉索阻尼器由于无法适应施工及二期恒载引起的索梁间的大幅变位，只能在桥面铺装施工结束之后进行安装。但是从斜拉索安装完成到桥面铺装施工结束这段施工期间，斜拉索的振动也是非常严重的，却得不到有效的抑制，造成斜拉索的初期损伤。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种杠杆式阻尼装置及装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，满足大跨径斜拉桥斜拉索面内和面外减振的需要。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种杠杆式阻尼装置，其用于斜拉索减振，其包括：
第一杠杆，所述第一杠杆一端设有用于和斜拉索连接的连接部，且所述第一杠杆另一端设有第一阻尼器，所述第一杠杆旋转连接第一转轴，所述第一阻尼器被设置成在所述第一杠杆绕第一转轴转动时和所述第一杠杆上下位移时产生阻尼力；
第二杠杆，所述第二杠杆一端与所述第一转轴相连，所述第二杠杆另一端连接第二阻尼器，所述第二杠杆旋转连接第二转轴，所述第二转轴与所述第一转轴间隔设置，所述第二阻尼器被设置成在所述第二杠杆绕第二转轴转动时产生阻尼力。
在上述技术方案的基础上，所述连接部包括速度锁定器，所述第一杠杆通过所述速度锁定器连接斜拉索；所述速度锁定器相对运动速度较小时，速度锁定器为不锁紧状态；所述速度锁定器的相对运动速度较大时，速度锁定器转变为锁紧状态。
在上述技术方案的基础上，所述第一转轴设于所述第一杠杆三分之二高度处。
在上述技术方案的基础上，所述第一转轴为深沟球轴承。
本发明还公开了一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，所述杠杆式阻尼装置包括：
第一杠杆，所述第一杠杆一端设有和斜拉索连接的连接部，另一端设有第一阻尼器，所述第一杠杆旋转连接第一转轴且所述第一转轴初始状态位于斜拉索面内，所述第一阻尼器被设置成在所述第一杠杆绕第一转轴转动时和所述第一杠杆上下位移时产生阻尼力；
第二杠杆，所述第二杠杆一端与所述第一转轴相连，另一端连接第二阻尼器，所述第二杠杆旋转连接第二转轴，所述第二杠杆旋转连接第二转轴，所述第二转轴固定设置且位于斜拉索面外，所述第二阻尼器被设置成在所述第二杠杆绕第二转轴转动时产生阻尼力。
在上述技术方案的基础上，所述连接部包括速度锁定器，所述第一杠杆通过所述速度锁定器连接斜拉索；所述速度锁定器相对运动速度较小时，速度锁定器为不锁紧状态；所述速度锁定器的相对运动速度较大时，速度锁定器转变为锁紧状态。
在上述技术方案的基础上，所述连接部还包括索夹，索夹抱箍和销轴，所述索夹与斜拉索固定，所述索夹与索夹抱箍通过销轴连接，所述索夹抱箍下端与所述速度锁定器固定连接。
在上述技术方案的基础上，所述第一转轴设于所述第一杠杆三分之二高度处。
在上述技术方案的基础上，所述第一转轴为深沟球轴承。
在上述技术方案的基础上，所述第二转轴固定于设置于桥面的支座上，所述支座下方设有底座斜撑，所述支座通过所述底座斜撑固定于桥面上。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明中杠杆式阻尼装置始终以固定设置的第二转轴为中心处于力矩平衡状态。斜拉索面内振动时，斜拉索的振动通过第一杠杆直接传递至第一阻尼装置和通过第一杠杆带动第二杠杆转动后传递至第二阻尼装置，实现面内减振效果。斜拉索面外振动时，斜拉索的振动通过面外杠杆放大后传递至第一阻尼装置，实现面外减振效果。
本发明在斜拉索与杠杆式阻尼装置之间安装一个速度锁定器，速度锁定器在相对运动小速度时为不锁紧状态，阻尼力很小，适应施工阶段时由于调索、荷载、桥面铺装等引起的索夹与阻尼装置主体之间的位置变化；而在风荷载引起拉索振动时，相对运动速度较大时为锁紧状态，斜拉索的振动位移传递给杠杆式阻尼装置，发挥杠杆式阻尼装置的阻尼作用以控制拉索的振动。本发明杠杆式阻尼装置施工阶段就可安装并发挥减震作用，且无论施工中还是安装完成后本发明的杠杆式阻尼装置能保持力矩平衡状态。
附图说明
图1为本发明实施例中杠杆式阻尼装置的剖面示意图；
图2为本发明实施例中装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥的立体示意图；
图3为本发明实施例中装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥中杠杆式阻尼装置面外振动时工作原理图；
图4为本发明实施例中装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥中杠杆式阻尼装置面内振动时工作原理图。
图中：1-第一杠杆，10-连接部，101-速度锁定器，102-索夹，103-索夹抱箍，104-销轴，11-第一阻尼器，12-第一转轴，2-第二杠杆，21-第二阻尼器，22-第二转轴，3-斜拉索，4-桥面，5-支座，6-底部斜撑。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种杠杆式阻尼装置，其用于斜拉索减振，其包括：
第一杠杆，第一杠杆一端设有用于和斜拉索连接的连接部，且第一杠杆另一端设有第一阻尼器，第一杠杆旋转连接第一转轴，第一阻尼器被设置成在第一杠杆绕第一转轴转动时和第一杠杆上下位移时产生阻尼力；第一转轴设于第一杠杆三分之二高度处。第一转轴为深沟球轴承。
第二杠杆，第二杠杆一端与第一转轴相连，第二杠杆另一端连接第二阻尼器，第二杠杆旋转连接第二转轴，第二转轴与第一转轴间隔设置，第二阻尼器被设置成在第二杠杆绕第二转轴转动时产生阻尼力。
第一阻尼器和第二阻尼器均可以采用高阻尼橡胶阻尼、粘性剪切阻尼、油阻尼、磁流变阻尼等阻尼方式。
本发明中杠杆式阻尼装置始终以固定设置的第二转轴为中心处于力矩平衡状态。斜拉索面内振动时，斜拉索的振动通过第一杠杆直接传递至第一阻尼装置和通过第一杠杆带动第二杠杆转动后传递至第二阻尼装置，实现面内减振效果。斜拉索面外振动时，斜拉索的振动通过面外杠杆放大后传递至第一阻尼装置，实现面外减振效果。
连接部包括速度锁定器，第一杠杆通过速度锁定器连接斜拉索；速度锁定器相对运动速度较小时，速度锁定器为不锁紧状态；速度锁定器的相对运动速度较大时，速度锁定器转变为锁紧状态。
本发明在斜拉索与杠杆式阻尼装置之间安装一个速度锁定器，速度锁定器在相对运动小速度时为不锁紧状态，阻尼力很小，适应施工阶段时由于调索、荷载、桥面铺装等引起的索夹与阻尼装置主体之间的位置变化；而在风荷载引起拉索振动时，相对运动速度较大时为锁紧状态，斜拉索的振动位移传递给杠杆式阻尼装置，发挥杠杆式阻尼装置的阻尼作用以控制拉索的振动。本发明杠杆式阻尼装置施工阶段就可安装并发挥减震作用，且无论施工中还是安装完成后本发明的杠杆式阻尼装置能保持力矩平衡状态。
参见图2所示，本发明实施例还公开了一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，杠杆式阻尼装置包括：
第一杠杆，第一杠杆一端设有和斜拉索连接的连接部，另一端设有第一阻尼器，第一杠杆旋转连接第一转轴且第一转轴初始状态位于斜拉索面内，第一阻尼器被设置成在第一杠杆绕第一转轴转动时和第一杠杆上下位移时产生阻尼力；
第二杠杆，第二杠杆一端与第一转轴相连，另一端连接第二阻尼器，第二杠杆旋转连接第二转轴，第二杠杆旋转连接第二转轴，第二转轴固定设置且位于斜拉索面外，第二阻尼器被设置成在第二杠杆绕第二转轴转动时产生阻尼力。第一转轴设于第一杠杆三分之二高度处。第一转轴为深沟球轴承。
本发明中杠杆式阻尼装置始终以固定设置的第二转轴为中心处于力矩平衡状态。斜拉索面内振动时，斜拉索的振动通过第一杠杆直接传递至第一阻尼装置和通过第一杠杆带动第二杠杆转动后传递至第二阻尼装置，实现面内减振效果。斜拉索面外振动时，斜拉索的振动通过面外杠杆放大后传递至第一阻尼装置，实现面外减振效果。
连接部包括速度锁定器，第一杠杆通过速度锁定器连接斜拉索；速度锁定器相对运动速度较小时，速度锁定器为不锁紧状态；速度锁定器的相对运动速度较大时，速度锁定器转变为锁紧状态。
本发明在斜拉索与杠杆式阻尼装置之间安装一个速度锁定器，速度锁定器在相对运动小速度时为不锁紧状态，阻尼力很小，适应施工阶段时由于调索、荷载、桥面铺装等引起的索夹与阻尼装置主体之间的位置变化；而在风荷载引起拉索振动时，相对运动速度较大时为锁紧状态，斜拉索的振动位移传递给杠杆式阻尼装置，发挥杠杆式阻尼装置的阻尼作用以控制拉索的振动。本发明杠杆式阻尼装置施工阶段就可安装并发挥减震作用，且无论施工中还是安装完成后本发明的杠杆式阻尼装置能保持力矩平衡状态。
连接部还包括索夹，索夹抱箍和销轴，索夹与斜拉索固定，索夹与索夹抱箍通过销轴连接，索夹抱箍下端与速度锁定器固定连接。
第二转轴固定于设置于桥面的支座上，支座下方设有底座斜撑，支座通过底座斜撑固定于桥面上。
具体工作原理如下：
参见图3所示，当斜拉索发生面外振动时，斜拉索的面外位移绕第一转轴摆动传递至第一阻尼器处，由于该第一阻尼器中心距离第一转轴的距离L1大于第一转轴至拉索中心的距离l1，该面外位移放大倍数为n1＝L1/l1。通过该面外放大作用，第一阻尼器中阻尼部件和粘性料容器的相对运动位移大于拉索的振动位移，可以有效提高拉索面外振动控制的效果。与直接固定在桥面的悬臂结构相比，第一转轴大致设置于第一杠杆总高度的2/3处，调节面外放大倍数n1达到2左右，减小了由于面外支架变形引起的面外减振效果的折减。
参见图4所示，当斜拉索发生面内振动时，拉索的位移一方面直接传递至第一阻尼器处，另一方面拉索的面内位移带动第二杠杆绕第二转轴发生转动，将拉索的位移放大后传递至第二阻尼器，发挥阻尼耗能作用，该面内放大倍数n2＝L2/l2，该放大倍数可以通过构造进行调节，通过该位移放大作用，可以提高面内振动控制的效果。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种杠杆式阻尼装置，其用于斜拉索减振，其特征在于，其包括：
第一杠杆(1)，所述第一杠杆(1)一端设有用于和斜拉索连接的连接部(10)，且所述第一杠杆(1)另一端设有第一阻尼器(11)，所述第一杠杆旋转连接第一转轴(12)，所述第一阻尼器(11)被设置成在所述第一杠杆(1)绕第一转轴(12)转动时和所述第一杠杆(1)上下位移时产生阻尼力；
第二杠杆(2)，所述第二杠杆(2)一端与所述第一转轴(12)相连，所述第二杠杆(2)另一端连接第二阻尼器(21)，所述第二杠杆旋转连接第二转轴(22)，所述第二转轴(22)与所述第一转轴(12)间隔设置，所述第二阻尼器(21)被设置成在所述第二杠杆(2)绕第二转轴(22)转动时产生阻尼力。
2.如权利要求1所述的一种杠杆式阻尼装置，其特征在于：所述连接部(10)包括速度锁定器(101)，所述第一杠杆通过所述速度锁定器(101)连接斜拉索；所述速度锁定器(101)相对运动速度较小时，速度锁定器(101)为不锁紧状态；所述速度锁定器(101)的相对运动速度较大时，速度锁定器(101)转变为锁紧状态。
3.如权利要求1所述的一种杠杆式阻尼装置，其特征在于：所述第一转轴(12)设于所述第一杠杆(51)三分之二高度处。
4.如权利要求1所述的一种杠杆式阻尼装置，其特征在于：所述第一转轴(12)为深沟球轴承。
5.一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于，所述杠杆式阻尼装置包括：
第一杠杆(1)，所述第一杠杆(1)一端设有和斜拉索连接的连接部(10)，另一端设有第一阻尼器(11)，所述第一杠杆(1)旋转连接第一转轴(12)且所述第一转轴(12)初始状态位于斜拉索面内，所述第一阻尼器(11)被设置成在所述第一杠杆(1)绕第一转轴(12)转动时和所述第一杠杆(1)上下位移时产生阻尼力；
第二杠杆(2)，所述第二杠杆(2)一端与所述第一转轴(12)相连，另一端连接第二阻尼器(21)，所述第二杠杆旋转连接第二转轴(22)，所述第二杠杆(2)旋转连接第二转轴(22)，所述第二转轴(22)固定设置且位于斜拉索面外，所述第二阻尼器(21)被设置成在所述第二杠杆(2)绕第二转轴(22)转动时产生阻尼力。
6.如权利要求5所述的一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于：所述连接部(10)包括速度锁定器(101)，所述第一杠杆通过所述速度锁定器(101)连接斜拉索；所述速度锁定器(101)相对运动速度较小时，速度锁定器(101)为不锁紧状态；所述速度锁定器(101)的相对运动速度较大时，速度锁定器(101)转变为锁紧状态。
7.如权利要求6所述的一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于：所述连接部(10)还包括索夹(102)，索夹抱箍(103)和销轴(104)，所述索夹(102)与斜拉索(3)固定，所述索夹(102)与索夹抱箍(103)通过销轴(104)连接，所述索夹抱箍(103)下端与所述速度锁定器(101)固定连接。
8.如权利要求5所述的一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于：所述第一转轴(12)设于所述第一杠杆(51)三分之二高度处。
9.如权利要求5所述的一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于：所述第一转轴(12)为深沟球轴承。
10.如权利要求5所述的一种装有杠杆式阻尼装置的斜拉桥，其特征在于：所述第二转轴(22)固定于设置于桥面(4)的支座(5)上，所述支座(5)下方设有底座斜撑(6)，所述支座(5)通过所述底座斜撑(6)固定于桥面(4)上。
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