CN109371837B - 一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器 - Google Patents

一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，包括阻尼器支座、面内杠杆、连接杆、阻尼装置和索力测试装置，阻尼器支座包括固定座和支座；连接杆穿设在面内杠杆内；阻尼装置包括面内阻尼装置和面外阻尼装置；索力测试装置固定设置在面内杠杆的底部，用于检测并上传斜拉索振动的时程数据和频谱分析结果。本发明，面内阻尼装置与面外阻尼装置分离，可分别对面内阻尼系数和面外阻尼系数进行参数优化，达到同时控制面内和面外振动的效果，且利用阻尼器结构的杠杆放大作用，将索夹处振动信号放大后传递至索力测试装置处，提高索力测试精度，同时索力测试装置的安装及后期维护均在桥面上进行，避免了高空作业的风险，提高了安全性。

Description

一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器
技术领域
本发明涉及桥梁结构振动控制技术领域，具体涉及一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器。
背景技术
随着桥梁跨度的增大，桥梁的刚度及阻尼变小，斜拉索极易在外界风、雨荷交通荷载作用下发生剧烈的振动问题，拉索的振动会引起拉索和锚头部位的疲劳损伤积累，缩短了拉索的使用寿命，造成桥梁结构的安全隐患。因此，拉索的振动控制是每座斜拉桥都需要认真考虑的问题，而且需要根据桥梁结构特征的不同，定制合理的阻尼器形式、优化阻尼参数。同时由于拉索是斜拉桥的重要承力构件，拉索的索力异常能有效表征结构的受力状况的异常，对全桥索力的实时监测，作为桥梁结构健康监测的重要组成部分，对保证桥梁结构整体受力安全和耐久性方面具有重要的作用。
目前国内外从事斜拉索减振和索力监测都是独立进行的，斜拉索减振常用的方法是附加阻尼器的阻尼减振方法，即通过附加不同类型的斜拉索阻尼器，增加斜拉索的模态阻尼比，以达到抑制斜拉索振动的目的。
为了改进索力测量精度，国内外学者进行大量的理论研究，给出了各自振动方程及其解析解，但他们均着眼于频率向索力转化方面，是在得到拉索的有效频谱信息的前提下进行的，因为拉索的索力与频率的2次方成正比，频谱的误差会在计算成索力后放大。但在实际工程中安装了阻尼器后，拉索的振动信号非常微弱，常规的索力测试元件及振动信号识别处理的硬件架构，都需要进行改进。
常规的索力监测技术，为了保证索力测试的精度，需要将振动传感器布置在较高的位置，通过传感器拾取拉索的振动信号，再将振动信号传输至信号采集仪进行数据分析,但是这种设计方式传感器的安装、维护都较为不便，且***价格较高。
有鉴于此，急需对现有的斜拉索振动的监测及控制结构进行改进，使斜拉索阻尼结构不影响监测装置的正常安装，通过监测装置监测拉索的振动情况，使拉索的振动处于实时受控状态，同时利用斜拉索阻尼结构实现索力监测装置的便利性、提高测试精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的斜拉索振动的监测及控制结构存在监测装置和控制结构独立设置，导致监测装置的安装及维修都不方便，以及监测装置的测量精度低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，包括：
阻尼器支座，包括用于固定在桥面上的固定座以及设置在所述固定座顶部的支座；
面内杠杆,呈L状，其一端伸入所述固定座内，另一端转动设置在所述支座的顶部；
连接杆，穿设在所述面内杠杆内，所述面内杠杆的转角处设有面外转动轴，所述面外转动轴穿过所述连接杆设置，使所述连接杆围绕所述面外转动轴转动，所述连接杆的一端与斜拉索连接；
阻尼装置，包括面内阻尼装置和面外阻尼装置，所述面内阻尼装置设置在所述面内杠杆的底部，用于控制斜拉索的面内振动，所述面外阻尼装置设置在所述固定座内，并与所述连接杆的底部连接，用于控制斜拉索的面外振动；
索力测试装置，固定设置在所述面内杠杆的底部，用于检测斜拉索振动的时程数据和频谱分析结果，并将其传输至大桥的健康监测中心。
在上述方案中，所述面内阻尼装置为高分子粘性剪切型阻尼器，包括设置在所述固定座内的下容器，所述下容器设有两个腔室，所述腔室内填充粘性材料，所述面内杠杆由两个并列设置的L形方板组成，两个所述L形方板之间通过加强板连接，两个所述L形方板的底部为插板，分别***两个所述腔室的粘性材料内。
在上述方案中，所述面外阻尼装置为剪切型高阻尼橡胶阻尼器，包括设置在所述固定座内的两个L形固定板，两个所述L形固定板的一侧均固定在所述固定座的内壁上，另一侧相对设置，所述连接杆的底部水平设有弹性钢板，所述弹性钢板的一端设置在两个所述L形固定板之间，且所述弹性钢板与两个所述L形固定板之间均设有橡胶。
在上述方案中，所述索力测试装置包括MEMS加速度传感器、振动信号采集模块、信号调理模块和数据传输模块，所述MEMS加速度传感器、振动信号采集模块拾取振动信号，通过信号调理模块提高振动信号的信噪比，通过数据传输模块将振动时程数据和频谱分析结果传输至大桥的健康监测中心。
在上述方案中，所述数据调理模块提高振动信号信噪比的方式为：低增益放大-高速AD转换-高速数字信号处理。
在上述方案中，所述连接杆***所述面内杠杆的长度小于未***所述面内杠杆的长度。
在上述方案中，所述连接杆的顶部设有索夹，所述连接杆通过所述索夹与斜拉索连接，所述索夹与斜拉索的接触面设有橡胶。
在上述方案中，所述索夹与所述连接杆的顶部通过索夹连接轴连接。
在上述方案中，所述固定座的底部设有底座，所述底座固定在桥面上。
在上述方案中，所述支座通过U型抱箍固定在桥梁的防撞护栏上。
与现有技术相比，本发明面内阻尼装置与面外阻尼装置分离，可分别对面内阻尼系数和面外阻尼系数进行参数优化，达到同时控制面内和面外振动的效果，且利用阻尼器结构的杠杆放大作用，将索夹处振动信号放大后传递至索力测试装置处，提高索力测试精度，同时索力测试装置的安装及后期维护均在桥面上进行，避免了高空作业的风险，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明内部的结构示意图；
图3为本发明受力关系的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，能够同时控制面内和面外振动，利用阻尼器结构的杠杆放大作用，将索夹处振动信号放大后传递至索力测试装置处，提高索力测试精度，同时索力测试装置的安装及后期维护均在桥面上进行，避免了高空作业的风险，提高了安全性。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。
如图1～图3所示，本发明提供的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器包括阻尼器支座20、面内杠杆30、连接杆40、阻尼装置和索力测试装置70。
阻尼器支座20包括用于固定在桥面上的固定座10以及设置在固定座10顶部的支座20。面内杠杆30呈L状，其一端伸入固定座10内，另一端转动设置在支座20的顶部。
连接杆40穿设在面内杠杆30内，面内杠杆30的转角处设有面外转动轴31，面外转动轴31穿过连接杆40设置，使连接杆40围绕面外转动轴31转动，连接杆40的一端与斜拉索连接。
阻尼装置包括面内阻尼装置50和面外阻尼装置60，面内阻尼装置50设置在面内杠杆30的底部，用于控制斜拉索的面内振动，面外阻尼装置60设置在固定座10内，并与连接杆40的底部连接，用于控制斜拉索的面外振动。
索力测试装置70固定设置在面内杠杆30的底部，用于检测斜拉索振动的时程数据和频谱分析结果，并将其传输至大桥的健康监测中心。
面内阻尼装置50为高分子粘性剪切型阻尼器，包括设置在固定座内的下容器51，下容器51设有两个腔室，腔室内填充粘性材料，面内杠杆30由两个并列设置的L形方板32组成，两个L形方板32之间通过加强板33连接，两个L形方板32的底部为插板，分别***两个腔室的粘性材料内。
进一步优化地，面内阻尼装置50也可为油阻尼器等其他阻尼器，只要满足缓冲条件即可。
斜拉索面内振动时，通过连接杆40传递至面内杠杆30，此时腔室内的粘性材料减缓L形方板32底部的振动，即发挥面内阻尼装置50耗能的作用，控制了斜拉索的振动，结构简单使用方便。
面外阻尼装置60为剪切型高阻尼橡胶阻尼器，包括设置在固定座10内的两个L形固定板61，两个L形固定板61的一侧均固定在固定座10的内壁上，另一侧相对设置，连接杆40的底部水平设有弹性钢板，弹性钢板的一端设置在两个L形固定板61之间，且弹性钢板与两个L形固定板61之间均设有橡胶。
进一步优化地，面外阻尼装置60也可以为粘性剪切型阻尼器、摩擦阻尼器等，只要满足缓冲条件即可。
斜拉索面外振动时，连接杆40的底部将振动放大，带动弹性钢板振动，此时面外阻尼装置60发挥其耗能的作用，即通过设置在两个L形固定板61之间的橡胶减缓弹性钢板的振动进而减缓斜拉索的振动，结构简单，并可与面内阻尼装置50一起作用，同时减缓斜拉索的面内振动以及面外振动。
本发明的索力测试装置70包括MEMS加速度传感器、振动信号采集模块、信号调理模块和数据传输模块，MEMS加速度传感器、振动信号采集模块拾取振动信号，通过信号调理模块提高振动信号的信噪比，通过数据传输模块将振动时程数据和频谱分析结果传输至大桥的健康监测中心。
进一步优化地，数据调理模块提高振动信号信噪比的方式为：低增益放大-高速AD转换-高速数字信号处理。
在拉索的主频及振型阶次自动识别方面，可引入遗传算法进行深度学习，结合索力测试的历史有效信息，对实时频谱信息进行智能识别。
本发明通过杠杆放大原理，将斜拉索位移放大后传递至阻尼装置，并在阻尼装置上设置索力测试装置，实现索力测试和斜拉索减振装置相结合，形成智能斜拉索阻尼减振技术，更好的保证桥梁结构的安全。
进一步优化地，连接杆40***面内杠杆30的长度小于未***面内杠杆30的长度，满足杠杆放大原理，增加索力测试装置检测的精度。
连接杆40的顶部设有索夹80，连接杆40通过索夹80与斜拉索连接，增加连接的稳定性，且为了增加其牢固型，在索夹80与斜拉索的接触面设置橡胶。
进一步优化地，索夹80与连接杆40的顶部通过索夹连接轴81连接，使连接杆40能够多角度转动。
进一步优化地，固定座10的底部设有底座11，通过底座11固定在桥面上，连接稳定，同时防止斜拉索阻尼器与桥面接触时间过长损坏。支座20通过U型抱箍固定在桥梁的防撞护栏上，增加支座20的横向强度，避免斜拉索减振效果的折减。
本发明，面内阻尼装置与面外阻尼装置分离，可分别对面内阻尼系数和面外阻尼系数进行参数优化，达到同时控制面内和面外振动的效果，且利用阻尼器结构的杠杆放大作用，将索夹处振动信号放大后传递至索力测试装置处，提高索力测试精度，同时索力测试装置的安装及后期维护均在桥面上进行，避免了高空作业的风险，提高了安全性。
本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，包括：
阻尼器支座，包括用于固定在桥面上的固定座以及设置在所述固定座顶部的支座；
面内杠杆,呈L状，其一端伸入所述固定座内，另一端转动设置在所述支座的顶部；
连接杆，穿设在所述面内杠杆内，所述面内杠杆的转角处设有面外转动轴，所述面外转动轴穿过所述连接杆设置，使所述连接杆围绕所述面外转动轴转动，所述连接杆的一端与斜拉索连接；所述连接杆***所述面内杠杆的长度小于未***所述面内杠杆的长度；
阻尼装置，包括面内阻尼装置和面外阻尼装置，所述面内阻尼装置设置在所述面内杠杆的底部，用于控制斜拉索的面内振动，所述面外阻尼装置设置在所述固定座内，并与所述连接杆的底部连接，用于控制斜拉索的面外振动；
索力测试装置，固定设置在所述面内杠杆的底部，用于检测斜拉索振动的时程数据和频谱分析结果，并将其传输至大桥的健康监测中心。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述面内阻尼装置为高分子粘性剪切型阻尼器，包括设置在所述固定座内的下容器，所述下容器设有两个腔室，所述腔室内填充粘性材料，所述面内杠杆由两个并列设置的L形方板组成，两个所述L形方板之间通过加强板连接，两个所述L形方板的底部为插板，分别***两个所述腔室的粘性材料内。
3.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述面外阻尼装置为剪切型高阻尼橡胶阻尼器，包括设置在所述固定座内的两个L形固定板，两个所述L形固定板的一侧均固定在所述固定座的内壁上，另一侧相对设置，所述连接杆的底部水平设有弹性钢板，所述弹性钢板的一端设置在两个所述L形固定板之间，且所述弹性钢板与两个所述L形固定板之间均设有橡胶。
4.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述索力测试装置包括MEMS加速度传感器、振动信号采集模块、信号调理模块和数据传输模块，所述MEMS加速度传感器、振动信号采集模块拾取振动信号，通过信号调理模块提高振动信号的信噪比，通过数据传输模块将振动时程数据和频谱分析结果传输至大桥的健康监测中心。
5.根据权利要求4所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述数据调理模块提高振动信号信噪比的方式为：低增益放大-高速AD转换-高速数字信号处理。
6.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述连接杆的顶部设有索夹，所述连接杆通过所述索夹与斜拉索连接，所述索夹与斜拉索的接触面设有橡胶。
7.根据权利要求6所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述索夹与所述连接杆的顶部通过索夹连接轴连接。
8.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述固定座的底部设有底座，所述底座固定在桥面上。
9.根据权利要求1所述的一种兼顾索力测试的斜拉索阻尼器，其特征在于，所述支座通过U型抱箍固定在桥梁的防撞护栏上。
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