[发明专利]内置式空气消能减振阻尼器

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种用于安装在斜拉桥斜拉索或悬索桥吊索上的内置式空气消能减振阻尼器，其主要功能是为了有效地降低处于工作状态中的斜拉索的振动幅度和加速度。

背景技术

以斜拉桥为例，斜拉索是斜拉桥上部箱梁的重要受力金属构件，斜拉索的制作与安装费用一般占斜拉桥总造价的10％～25％，如果斜拉索的正常使用寿命大幅度缩短或意外损坏、将会造成巨大的经济损失和不良的社会影响，所以斜拉索消能减振技术又是斜拉桥的关键应用技术。

斜拉索长期置于外界自然环境之中，要经受日晒雨淋、高温、严寒和昼夜温差的不断考验，其工作条件异常恶劣。特别是斜拉索在风雨荷载和车辆冲击荷载等因素的综合作用下极易产生振动，由振动产生的附加力极易造成斜拉索过度疲劳和外层防护保护层的破坏，所以在大中型斜拉桥斜拉索的设计或使用过程中，应当考虑在斜拉索的适当位置上，选用与安装相应的消能减振阻尼器。斜拉索消能减振阻尼装置(简称“阻尼器”)是安装在斜拉索上的附属机械装置，其主要作用是吸收或转换因各种自然因素导致斜拉索振动而产生的能量，确保斜拉索在设计工况下安全运行。

用于斜拉桥斜拉索消能与减振的阻尼措施主要分为气动措施、辅助(绳)索措施、机械阻尼措施三大类型；其中机械阻尼措施又可分为内置式阻尼装置和外置式阻尼装置二大系列。目前国内外在斜拉桥斜拉索上普遍应用的内置式阻尼装置主要有三种基本形式，它们的共同特点就是利用斜拉索的振动位移，产生与斜拉索振动运动方向相反的阻尼力，反过来再作用于斜拉索，从而达到抑制斜拉索振动的目的；内置式阻尼器的核心部件一般安装在斜拉索和钢管支座之间，不同内置式阻尼器之间的差别，主要在于其产生阻尼力的形式或机械工作原理各不相同。经查阅国内外用于斜拉桥上的内置式消能与减振阻尼器的科研成果或产品的技术资料，现将具有代表性的内置式阻尼器的工作原理和初步调查的使用效果简要介绍如下：

液压式阻尼器(图2)又被称为“油阻尼器”的一般工作原理：该阻尼器主要由连接器、液压部件和钢管支座等组成；液压部件的外壳一般固定在钢管支座上，斜拉索通过连接器与液压部件的金属活塞杆相连，斜拉索的振动位移打破液压部件内部金属活塞两端原先的压力平衡而产生的阻力，即阻尼器为阻尼力，该阻尼力反作用于斜拉索后，即可达到斜拉索减振的目的。液压式阻尼器如果结合传感器、控制器和油泵进行使用的，即称为“主动式阻尼器”或称为“智能型阻尼器”；对于不用外接电源和油泵的阻尼器，一般称其为“被动式阻尼器”或“普通型阻尼器”，液压式阻尼器大多数做成外置式阻尼器。以法国和瑞士等阻尼器专业设备制造商生产与提供的这类产品的特性作为参考，其优点是阻尼力的大小调节较容易，缺点是体积较大影响城市斜拉桥的整体外观。

橡胶式阻尼器(图3)一般工作原理：该阻尼器主要由内外连接器、橡胶柱和钢管支座等组成；橡胶柱的一端通过内连接器与斜拉索相连，另一端通过外连接器与钢管支座相连，斜拉索的振动位移导致橡胶柱的形体发生变化，橡胶柱为保持原始形态对应产生的恢复力即为斜拉索的振动阻尼力。以德国等阻尼器专业设备制造商生产并提供的这类产品的特性作为参考，其优点是结构简单，缺点是阻尼力调整范围小、精度不高。

金属摩擦片式阻尼器(图4)一般工作原理：该阻尼器主要由内外连接器、金属摩擦片和钢管支座等组成；活动的“动金属摩擦片”通过内连接器与斜拉索相连接，固定的“静金属摩擦片”通过外连接器与钢管支座相连接，阻尼器的阻尼力即为“动金属摩擦片”与“静金属摩擦片”的摩阻力，摩阻力的大小是通过安装在静金属摩擦片上的螺杆进行调节的。以瑞士有关阻尼器专业设备制造商生产与提供的这类产品的特性作为参考，其优点是工作比较可靠，缺点是造价昂贵、每次维护时间较长。

外置式阻尼器(图5)一般工作原理：该阻尼器主要由连接器、液压部件和金属机架等组成；液压部件的金属外壳大多数采用螺栓安装固定在金属支架(或称“基座”)上，其活塞杆通过连接器与斜拉索相连，斜拉索的振动通过连接器传导至液压部件，液压部件提供的阻尼力反作用于斜拉索，从而达到减振的目的。外置阻尼器的核心部件通常采用液压部件、也可以选用磁流变部件、或由机械弹簧零件组成。

上述各种阻尼器基本上都是以“点”的形式与斜拉索相连接，不能完全与斜拉索的振动特征相匹配，有的甚至不能达到减振的作用。

发明内容