[发明专利]带有转向机构的斜拉索粘性剪切型阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种桥梁建筑领域的减振装置，具体是指一种减少斜拉桥桥中拉索振动的带有转向机构的斜拉索粘性剪切型阻尼器。

背景技术

斜拉桥作为一种新型的具有大跨越能力的柔性结构在近十五年内得到了飞快的发展。随着其跨度的日益增大，拉索也日益长大，由于多车道大跨度桥的经济性，A型塔方案的增多，采用空间索和并列索的情况也日渐增多，再加上从施工角度考虑，密索体系已经成为倾向。鉴于斜拉索是一种质量轻、柔度大、阻尼小的细长构件，由此引起的斜拉索的各种风致振动也日益突出。而我国是一个具有18000公里陆地海岸线的国家，据估计我国已建有近250座斜拉桥，而且大部分是在东部沿海的经济较发达地区，在已建和在建的斜拉桥中，不少是沿海的连岛桥和海湾桥。从桥址风环境来看，大多属台风多发区。因此风环境比较严峻，可以预期这些桥的拉索振动将十分突出。众所周知，拉索是斜拉桥极其重要的受力构件，桥跨的恒载与活载大部分通过斜拉索传递到塔位。因此不将拉索的风振控制在安全范围内，不仅危及拉索乃至整桥的安全，而且影响其使用寿命，由此造成的社会和经济效益的损失将是巨大的。因此必须采取一种比较有效的减振措施，确保其拉索乃至整桥的安全。

拉索风致振动不但引起拉索中应力的交替变化从而导致索股的疲劳损伤积累，还会引起行人的恐慌不安，甚至怀疑这种桥梁的安全性能。因此，如何有效地防止或抑制拉索的风致振动成了当今桥梁工程师们关注的重点课题。拉索抑振措施主要有二大类，一类是空气动力学措施，另一类是机械措施。前者主要靠改变拉索的截面形状，使其气动力性能得到改善，从根本上防止发生风振。后者则通过减小拉索自由长度或安装各种阻尼器来减小振动响应。两类方法各有所长，但基于工程条件的限制，后者使用更为广泛。

1.空气动力学措施：九十年代初，随着日本在兴建三条本四连络桥的过程中出现的拉索风振现象就开始研究气动力措施，并在东神户桥和弓削桥上采用拉索的PE护套表面开设轴向矩形凹槽和U形槽来阻止雨水的形成和径向运动。后来实践证明凹槽拐角处因为应力集中而过早开裂阻力增大，以及发现运行过程中由于尘埃和油烟气等脏物的积聚，导致仍然有较大的振幅响应。另一种是在索套表面打“麻麻坑”俗称“压花”。风洞试验表明按一定规律压制的四周微凸中间微凹的“压花”不但可以破坏水线和轴向流的形成，而且其阻力系数比光面索还低，在各种雨量和无雨情况下都有较好的稳定性。如日本的多多罗大桥。但是该桥通车半年多以后还是发现了较大的索振，日方认为是污染充填了压花所致。还有一种是在拉索表面沿轴向设螺旋箍条，这是借鉴于高耸烟囱的抗风措施。机理是破坏和减小涡旋脱落沿轴向的相关性，俗称“反涡箍条”。螺旋箍条同样可以破坏斜拉索上水线和轴向流的形成，法国的诺曼底大桥的拉索表面采用了双螺旋线，但是使用效果仍然不理想，因此诺曼底大桥最终还是加上了辅助索和附加阻尼器。

2.机械措施

(1).辅助索(又称二阶索方法Secondary Rope)顾名思义是用不锈钢丝将各主要拉索相互连接形成一个索网体系，其作用是提高拉索体系的整体刚度，增加拉索的模态质量，使拉索振动时产生各模态间的相互耦合。尽管辅助索的减振原理十分浅显。然而在实际工程中的应用并不是很普遍。80年代仅在丹麦的法罗桥、日本的六甲大桥、名港西大桥等少数桥应用。由于都是高空作业，其予紧力也难以掌握。因此辅助索拉断、索夹断裂时有发生。再加上辅助索的阻尼效应较小，且对于大跨度斜拉桥往往需要多道辅助索而常常被贬之为“蜘蛛网”那样损害了桥梁的景观，所以往往不能被桥梁设计师所接受。

(2).阻尼橡胶减振圈(又称体内减振器)，其研发的初衷是用于减小斜拉索由于拉索自身的垂度，安装施工中锚垫板与拉索的垂直度误差，桥面活载下的索力与梁体挠度变化等引起的锚固端索中的弯曲应力，因此最早称为缓冲器。后来发现拉索风振现象后将橡胶改为阻尼橡胶材料，寄希望它能提供拉索的附加阻尼。可以布置在拉索的导筒内，结构简单易于安装，不损害景观(又称内置式减振器)。因而被大量应用。后来被发现橡胶圈提供的阻尼效应由于太接近锚固端，而且橡胶圈的受力状态为反复的拉压，因而减振效果不理想。只能对短索产生一些减振效果。