專利名稱：帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁建筑領(lǐng)域的減振裝置，具體是指一種減少斜拉橋橋中拉索振動的 帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器。
背景技術(shù)：
斜拉橋作為一種新型的具有大跨越能力的柔性結(jié)構(gòu)在近十五年內(nèi)得到了飛快的發(fā)展。 隨著其跨度的日益增大，拉索也日益長大，由于多車道大跨度橋的經(jīng)濟(jì)性，A型塔方案的 增多，采用空間索和并列索的情況也日漸增多，再加上從施工角度考慮，密索體系已經(jīng)成 為傾向。鑒于斜拉索是一種質(zhì)量輕、柔度大、阻尼小的細(xì)長構(gòu)件，由此引起的斜拉索的各 種風(fēng)致振動也日益突出。而我國是一個(gè)具有18000公里陸地海岸線的國家，據(jù)估計(jì)我國己 建有近250座斜拉橋，而且大部分是在東部沿海的經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，在已建和在建的斜拉 橋中，不少是沿海的連島橋和海灣橋。從橋址風(fēng)環(huán)境來看，大多屬臺風(fēng)多發(fā)區(qū)。因此風(fēng)環(huán) 境比較嚴(yán)峻，可以預(yù)期這些橋的拉索振動將十分突出。眾所周知，拉索是斜拉橋極其重要 的受力構(gòu)件，橋跨的恒載與活載大部分通過斜拉索傳遞到塔位。因此不將拉索的風(fēng)振控制 在安全范圍內(nèi)，不僅危及拉索乃至整橋的安全，而且影響其使用壽命，由此造成的社會和 經(jīng)濟(jì)效益的損失將是巨大的。因此必須采取一種比較有效的減振措施，確保其拉索乃至整 橋的安全。
拉索風(fēng)致振動不但引起拉索中應(yīng)力的交替變化從而導(dǎo)致索股的疲勞損傷積累，還會引 起行人的恐慌不安，甚至懷疑這種橋梁的安全性能。因此，如何有效地防止或抑制拉索的 風(fēng)致振動成了當(dāng)今橋梁工程師們關(guān)注的重點(diǎn)課題。拉索抑振措施主要有二大類， 一類是空 氣動力學(xué)措施，另一類是機(jī)械措施。前者主要靠改變拉索的截面形狀，使其氣動力性能得 到改善，從根本上防止發(fā)生風(fēng)振。后者則通過減小拉索自由長度或安裝各種阻尼器來減小 振動響應(yīng)。兩類方法各有所長，但基于工程條件的限制，后者使用更為廣泛。
1.空氣動力學(xué)措施九十年代初，隨著日本在興建三條本四連絡(luò)橋的過程中出現(xiàn)的 拉索風(fēng)振現(xiàn)象就開始研究氣動力措施，并在東神戶橋和弓削橋上采用拉索的PE護(hù)套表面 開設(shè)軸向矩形凹槽和U形槽來阻止雨水的形成和徑向運(yùn)動。后來實(shí)踐證明凹槽拐角處因?yàn)?應(yīng)力集中而過早開裂阻力增大，以及發(fā)現(xiàn)運(yùn)行過程中由于塵埃和油煙氣等臟物的積聚，導(dǎo) 致仍然有較大的振幅響應(yīng)。另一種是在索套表面打"麻麻坑"俗稱"壓花"。風(fēng)洞試驗(yàn)表 明按一定規(guī)律壓制的四周微凸中間微凹的"壓花"不但可以破壞水線和軸向流的形成，而 且其阻力系數(shù)比光面索還低，在各種雨量和無雨情況下都有較好的穩(wěn)定性。如日本的多多羅大橋。但是該橋通車半年多以后還是發(fā)現(xiàn)了較大的索振，日方認(rèn)為是污染充填了壓花所 致。還有一種是在拉索表面沿軸向設(shè)螺旋箍條，這是借鑒于高聳煙囪的抗風(fēng)措施。機(jī)理是 破壞和減小渦旋脫落沿軸向的相關(guān)性，俗稱"反渦箍條"。螺旋箍條同樣可以破壞斜拉索 上水線和軸向流的形成，法國的諾曼底大橋的拉索表面采用了雙螺旋線，但是使用效果仍 然不理想，因此諾曼底大橋最終還是加上了輔助索和附加阻尼器。 2.機(jī)械措施
(1) .輔助索(又稱二階索方法Secondary Rope)顧名思義是用不銹鋼絲將各主要拉索 相互連接形成一個(gè)索網(wǎng)體系，其作用是提高拉索體系的整體剛度，增加拉索的模態(tài)質(zhì)量， 使拉索振動時(shí)產(chǎn)生各模態(tài)間的相互耦合。盡管輔助索的減振原理十分淺顯。然而在實(shí)際工 程中的應(yīng)用并不是很普遍。80年代僅在丹麥的法羅橋、日本的六甲大橋、名港西大橋等 少數(shù)橋應(yīng)用。由于都是高空作業(yè)，其予緊力也難以掌握。因此輔助索拉斷、索夾斷裂時(shí)有 發(fā)生。再加上輔助索的阻尼效應(yīng)較小，且對于大跨度斜拉橋往往需要多道輔助索而常常被 貶之為"蜘蛛網(wǎng)"那樣損害了橋梁的景觀，所以往往不能被橋梁設(shè)計(jì)師所接受。
(2) .阻尼橡膠減振圈(又稱體內(nèi)減振器)，其研發(fā)的初衷是用于減小斜拉索由于拉索自 身的垂度，安裝施工中錨墊板與拉索的垂直度誤差，橋面活載下的索力與梁體撓度變化等 引起的錨固端索中的彎曲應(yīng)力，因此最早稱為緩沖器。后來發(fā)現(xiàn)拉索風(fēng)振現(xiàn)象后將橡膠改 為阻尼橡膠材料，寄希望它能提供拉索的附加阻尼?？梢圆贾迷诶鞯膶?dǎo)筒內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單 易于安裝，不損害景觀(又稱內(nèi)置式減振器)。因而被大量應(yīng)用。后來被發(fā)現(xiàn)橡膠圈提供 的阻尼效應(yīng)由于太接近錨固端，而且橡膠圈的受力狀態(tài)為反復(fù)的拉壓，因而減振效果不理 想。只能對短索產(chǎn)生一些減振效果。
(3) .油壓阻尼器(Oil Damper):歐美國家在拉索減振方法上大多采用油壓阻尼器(如 法國的布魯東納橋，瑞典焦恩橋，美國日照高架橋，德國奎爾勃萊特橋，日本荒津大橋， 國內(nèi)的南京長江二橋)。為了同時(shí)抑制拉索的面內(nèi)和面外振動，每根拉索需要裝二個(gè)相交 的油壓阻尼器，而且阻尼介質(zhì)的硅油溫度效應(yīng)明顯，由于頻繁動作，容易發(fā)生漏油和滲油 現(xiàn)象。因此維修費(fèi)用相對較高，更主要的問題是對小振幅振動不敏感，而長拉索由于存在
"模態(tài)躍遷"其平面內(nèi)一階正對稱振動在靠近錨固端處振動幅度將變得很小，從而使油壓 阻尼器平面內(nèi)一階模態(tài)的實(shí)際測得的阻尼值比設(shè)計(jì)阻尼值低得多。
(4) .粘性剪切型阻尼器(Viscous Shear Damper):這種稱之謂VSD的減振器是在上個(gè)世 紀(jì)末，我們國內(nèi)開發(fā)的新型減振裝置，粘性剪切型阻尼器的減振效果比較理想。其特點(diǎn)是 利用阻尼器中插板的運(yùn)動使高粘性體產(chǎn)生剪切變形從而將振動能量傳遞給粘性體再轉(zhuǎn)變 成熱能耗散。VSD相對油壓阻尼器而言，高分子粘性料受溫度影響很小，具有對0.5mm級的微小振動比較敏感， 一個(gè)VSD即可抑制拉索的面內(nèi)和面外兩個(gè)方向的振動，無機(jī)械接 觸點(diǎn)，所以安裝維修都比較簡單等優(yōu)點(diǎn)。所以稱為繼油壓減振器之后的第二代拉索減振器。 以上的抑振措施都屬于被動控制的范疇。研究表明對于被動控制系統(tǒng)來說，減振器在索的 安裝位置到下端索錨固點(diǎn)的距離Xc與索長L的比最好保持在0. 03范圍，對于水平傾角大 的斜拉索(垂度較小)也應(yīng)不小于0.025,由于上述特點(diǎn)的限制，當(dāng)橋梁上設(shè)置有風(fēng)障設(shè) 施時(shí)會影響到減振器的安裝，因?yàn)樵趯?shí)施過程中近塔索的橋軸向水平偏角較大從而造成與 風(fēng)障設(shè)施的重疊，因此不得不降低減振器的安裝高度，嚴(yán)重影響了整橋的景觀。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述之不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠解決在安裝減振器本體時(shí)與風(fēng) 障之間的所發(fā)生的沖突問題，從而即能保證橋梁的整體美觀性又能實(shí)現(xiàn)理想的減震效果的 帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切 型阻尼器，包括有內(nèi)裝高分子粘性材料的阻尼容器、插板、支座，所述的阻尼容器設(shè)在支 座上，插板的一端設(shè)在阻尼容器中高分子粘性材料內(nèi)，另一端連接在橋梁的拉索上，其特 征在于所述的粘性剪切型阻尼器的插板與拉索之間設(shè)有能改變拉索在水平面上或橋梁側(cè) 面上的傾斜角度的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
所述的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由索夾、傳遞桿、雙向轉(zhuǎn)動傳遞框、傳遞支撐板、傳動轉(zhuǎn)向架、 擺動叉、轉(zhuǎn)向支撐座組成，所述的轉(zhuǎn)向支撐座設(shè)在拉索的旁邊，擺動叉的一端插接在轉(zhuǎn)向 支撐座上，另一端與傳動轉(zhuǎn)向架的一側(cè)活動連接，傳動轉(zhuǎn)向架的另一側(cè)分別與插板及傳遞 支撐板活動連接，傳遞支撐板通過雙向轉(zhuǎn)動傳遞框與傳遞桿相連接，傳遞桿通過設(shè)在其端 部的索夾與拉索相連接。
所述的雙向轉(zhuǎn)動傳遞框的四個(gè)側(cè)面上都設(shè)有固定軸，在固定軸上設(shè)有軸承，傳遞桿的 端部設(shè)在上下側(cè)面的軸承上，傳遞支撐板的端部設(shè)在左右兩側(cè)面的軸承上。雙向轉(zhuǎn)動傳遞 框的作用在于能夠向前后方向和左右方向偏斜，從而實(shí)現(xiàn)對拉索在水平面或橋梁側(cè)面的傾 斜角度的調(diào)節(jié)。
所述的傳動轉(zhuǎn)向架是三角形結(jié)構(gòu)。
所述的傳動轉(zhuǎn)向架通過連接桿與傳遞支撐板活動連接，連接桿與傳遞支撐板之間設(shè)有 加強(qiáng)筋。
本發(fā)明的有益效果在于由于在粘性剪切型阻尼器上增設(shè)了一種傳遞振動響應(yīng)的轉(zhuǎn)向 機(jī)構(gòu)，因此既保證了減振器在索上的安裝高度，又避免了減振器本體與風(fēng)障的沖突，維護(hù) 了整橋的景觀，同時(shí)達(dá)到了理想的減震效果。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1所示的沿A-A向的剖示放大圖。
圖中1、阻尼容器； 2、插板； 3、支座； 4、高分子粘性材料；
5、拉索； 6、索夾； 7、傳遞桿； 8、雙向轉(zhuǎn)動傳遞框； 9、傳遞支撐板；
10、傳動轉(zhuǎn)向架；11、擺動叉； 12、轉(zhuǎn)向支撐座；13、固定軸；14、軸承；
15、連接桿；16、加強(qiáng)筋。
具體實(shí)施例方式
如圖l、圖2所示，帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，包括有內(nèi)裝高分子粘 性材料4的阻尼容器1、插板2、支座3，所述的阻尼容器1設(shè)在支座3上，插板2的一 端設(shè)在阻尼容器l中高分子粘性材料4內(nèi)，另一端連接在橋梁的拉索5上，其特征在于 所述的粘性剪切型阻尼器的插板2與拉索5之間設(shè)有能改變拉索在水平面上或橋梁側(cè)面上 的傾斜角度的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
所述的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由索夾6、傳遞桿7、雙向轉(zhuǎn)動傳遞框8、傳遞支撐板9、傳動 轉(zhuǎn)向架IO、擺動叉ll、轉(zhuǎn)向支撐座12組成，所述的轉(zhuǎn)向支撐座12設(shè)在拉索5的旁邊， 擺動叉11的一端插接在轉(zhuǎn)向支撐座12上，另一端與傳動轉(zhuǎn)向架10的一側(cè)活動連接，傳 動轉(zhuǎn)向架10的另一側(cè)分別與插板2及傳遞支撐板9活動連接，傳遞支撐板9通過雙向轉(zhuǎn) 動傳遞框8與傳遞桿7相連接，傳遞桿7通過設(shè)在其端部的索夾6與拉索5相連接。
所述的雙向轉(zhuǎn)動傳遞框8的四個(gè)側(cè)面上都設(shè)有固定軸13，在固定軸13上設(shè)有軸承14， 傳遞桿7的端部設(shè)在上下側(cè)面的軸承14上，傳遞支撐板9的端部設(shè)在左右兩側(cè)面的軸承14 上。
所述的傳動轉(zhuǎn)向架10是三角形結(jié)構(gòu)。
所述的傳動轉(zhuǎn)向架10通過連接桿15與傳遞支撐板9活動連接，連接桿15與傳遞支 撐板9之間設(shè)有加強(qiáng)筋16。
工作原理通過調(diào)節(jié)雙向轉(zhuǎn)動傳遞框8，從而確定傳遞桿7的傾斜角度，從而改變拉 索在水平面上或橋梁側(cè)面上的傾斜角度，使橋梁上的風(fēng)障與帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪 切型阻尼器的安裝位不發(fā)生沖突。拉索上的因風(fēng)致振動所產(chǎn)生的能量依次沿著傳遞桿7、 雙向轉(zhuǎn)動傳遞框8、傳遞支撐板9、傳動轉(zhuǎn)向架10后，再將能量傳給粘性剪切型阻尼器的 插板2，使插板2開始運(yùn)動，利用阻尼器中插板2的運(yùn)動使阻尼容器1中的高分子粘性材 料4產(chǎn)生剪切變形，從而將振動能量以熱能形式散發(fā)掉。
6實(shí)施例
杭州灣跨海大橋是國道主干線同三線跨越杭州灣的便捷通道，跨越寬闊的杭州灣海 域，全長36km，是目前世界上建成的最長的跨海大橋，按雙向六車道高速公路設(shè)計(jì)，設(shè) 計(jì)時(shí)速100km/h。大橋設(shè)南、北兩個(gè)通航道，南航道橋?yàn)橹骺?18m的A型單塔雙索面鋼 箱梁斜拉橋，通航凈空31m，北航橋跨徑為230+448+230m的鉆石型雙塔雙索面(空間索) 鋼箱梁斜拉橋，通航凈空47m。為了改善通航孔橋上行車安全性，中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院在 南北航道橋的橋面兩側(cè)欄桿外設(shè)計(jì)安置了風(fēng)障，風(fēng)障高度分別為遠(yuǎn)塔段h「3.4m，近塔段 h2=4.27。應(yīng)該說，風(fēng)障設(shè)施的初衷是針對大橋跨越寬闊的杭州灣海域比較嚴(yán)峻的風(fēng)環(huán)境下 確保行車安全性的設(shè)施。而作為斜拉索減振器的實(shí)施卻帶來了困難，如上所述半主動控制 的磁流變阻尼器可以將安裝高度降低，但制造成本卻成倍的增加，還因?yàn)閷儆性纯刂?，?運(yùn)行成本以及可靠性、穩(wěn)定性都有待于改進(jìn)。而粘性剪切型阻尼器屬于被動型減振器，其 安裝高度Xc/L—般均保持在》0.025?？紤]到近塔索可能受到順橋向風(fēng)時(shí)，塔后紊流尾流 的影響，我們將近塔索的粘性剪切阻尼器的安裝高度保持在XcK03的理論位置，而遠(yuǎn) 塔索由于斜拉索垂度影響導(dǎo)致的模態(tài)階躍確保Xc/L》2.7Q/。，作為抑振效果的保證措施， 但是在實(shí)施過程中卻因?yàn)榻鞯臉蜉S向水平偏角較大而與風(fēng)障設(shè)施重疊，故采用了本發(fā) 明的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，不但避免沖突而且因?yàn)榻档土藴p振器安裝 的高度而改善了整橋的景觀。
權(quán)利要求
1、一種帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特征在于該阻尼器包括有內(nèi)裝高分子粘性材料(4)的阻尼容器(1)、插板(2)、支座(3)，所述的阻尼容器(1)設(shè)在支座(3)上，插板(2)的一端設(shè)在阻尼容器(1)中高分子粘性材料(4)內(nèi)，另一端連接在橋梁的拉索(5)上，其特征在于所述的粘性剪切型阻尼器的插板(2)與拉索(5)之間設(shè)有能改變拉索在水平面上或橋梁側(cè)面上的傾斜角度的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特征在于所述的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是由索夾(6)、傳遞桿(7)、雙向轉(zhuǎn)動傳遞框(8)、傳遞支撐板(9)、傳動轉(zhuǎn)向架(10)、擺動叉(11)、轉(zhuǎn)向支撐座(12)組成，所述的轉(zhuǎn)向支撐座(12)設(shè)在拉索(5)的旁邊，擺動叉(11)的一端插接在轉(zhuǎn)向支撐座(12)上，另一端與傳動轉(zhuǎn)向架(10)的一側(cè)活動連接，傳動轉(zhuǎn)向架(10)的另一側(cè)分別與插板(2)及傳遞支撐板(9)活動連接，傳遞支撐板(9)通過雙向轉(zhuǎn)動傳遞框(8)與傳遞桿(7)相連接，傳遞桿(7)通過設(shè)在其端部的索夾(6)與拉索(5)相連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特征在于所述的雙向轉(zhuǎn)動傳遞框(8)的四個(gè)側(cè)面上都設(shè)有固定軸(13)，在固定軸(13)上設(shè)有軸承(14)，傳遞桿(7)的端部設(shè)在上下側(cè)面的軸承(14)上，傳遞支撐板(9)的端部設(shè)在左右兩側(cè)面的軸承(14)上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特征在于所述的傳動轉(zhuǎn)向架(10)是三角形結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，其特征在于所述的傳動轉(zhuǎn)向架(10)通過連接桿(15)與傳遞支撐板(9)活動連接，連接桿(15)與傳遞支撐板(9)之間設(shè)有加強(qiáng)筋(16)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于橋梁建筑領(lǐng)域的帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器，帶有轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的斜拉索粘性剪切型阻尼器包括有內(nèi)裝高分子粘性材料的阻尼容器、插板、支座，所述的阻尼容器設(shè)在支座上，插板的一端設(shè)在阻尼容器中高分子粘性材料內(nèi)，另一端連接在橋梁的拉索上，其特征在于所述的粘性剪切型阻尼器的插板與拉索之間設(shè)有能改變拉索在水平面上或橋梁側(cè)面上的傾斜角度的拉索轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。由于在粘性剪切型阻尼器上增設(shè)了一種傳遞振動響應(yīng)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，因此既保證了減振器在索上的安裝高度，又避免了減振器本體與風(fēng)障的沖突，維護(hù)了整橋的景觀，同時(shí)達(dá)到了理想的減震效果。
文檔編號E01D19/00GK101476283SQ200910036698
公開日2009年7月8日 申請日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者波 王, 王中文, 肖桂強(qiáng), 陳儒發(fā), 顧金鈞 申請人:廣東省長大公路工程有限公司