[发明专利]一种施工状态拱形钢塔的水下阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种施工状态拱形钢塔的水下阻尼器。

背景技术

桥塔的材料、截面形状、所处的流场状态、所处的施工状态及其构造形式等因素决定了桥塔结构的阻尼、刚度和频率等动力特性和气动特性，进而由这些内外因素决定了桥塔的风致振动。因此，针对上述影响因素可以采取三方面的减振措施。

(1)桥塔结构措施(材料、构造形式)。钢桥塔的阻尼比小于钢与混凝土混合式桥塔的阻尼比，也小于混凝土桥塔的阻尼比，较大阻尼比的混凝土桥塔其风致振动较小。构造形式方面，相对于独柱式、钻石形、A字形和人字形桥塔，双柱式桥塔的基频相对较低。当其他条件相同时，双柱式桥塔较易发生涡激共振，其振动幅值尤其是扭转位移比较大，设计时需谨慎处理。

(2)机械减振措施。主要是通过布设阻尼器增加桥塔的阻尼。从控制方法上主要分为主动控制、被动控制、半自动控制和混合控制。由于除了被动控制以外的其他控制方法都需要外部能源，并且构造复杂，难于修护更换。推荐使用被动控制方法，目前可选的阻尼器有调谐阻尼器TMD，TLD，TLCD，多重调谐阻尼器MTMD和MTLD。安放阻尼器的位置宜在需控制模态振型的最大位移处。

(3)气动措施。主要是优化桥塔塔柱的气动断面，可以把矩形断面向外侧倒圆角、向内侧倒矩形角、向内侧倒圆角、在外侧倒直角，或者在顺桥向或横桥向开凹槽。这样做都可以不同程度上改善桥塔的气动性能。另外，在施工架设桥塔时，施工方法、施工工序、施工机械的使用以及临时支撑和脚手平台的使用应该考虑到抗风要求以及由此带来的利弊关系。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种施工状态拱形钢塔的水下阻尼器。

本发明的技术方案如下：

一种施工状态拱形钢塔的水下阻尼器，所述水下阻尼器采用钻孔式、封闭开孔式、敞口式三种形式之一，且均为对称结构：

(1)钻孔式：在阻尼器的运动方向上钻孔，利用水流通过管道发展形成湍流，与管壁的切应力增大阻力；

(2)封闭开孔式：在内部空洞的立方体箱体表面打孔，顶面不打孔，其他五个面打孔，使水流在箱体内部产生湍流，从而达到耗能的目的；

(3)敞口式：采用不平整的表面，包括“工”字型或者“王”字型，增大阻尼器对流场的扰动，从而增大阻尼。

本发明的有益效果为：

(1)架设水下阻尼器前的弹簧振子系统的阻尼比较小，其加速度衰减较为缓慢；而架设水下阻尼器后的弹簧振子系统的加速度衰减得十分迅速，这就说明本发明所设计的水下阻尼器起到了增大系统阻尼的效果，而且该效果十分显著。

(2)随着水下阻尼器体积的增大，系统的阻尼比呈递减趋势，这主要是因为水下阻尼器的体积增大后，其浮力也随之增大，进而影响到系统阻尼比的增加，降低了水中阻尼器的减振效果。可见，在实际工程当中，应根据具体结构的规模来合理设计水中阻尼器的大小，以达到最佳的减振效果。

(3)水下阻尼器的减振效果存在着一个最优的孔隙率。因此，针对本研究的实际工程应用(之江大桥拱形钢塔)，建议采用6.28％孔隙率的水下阻尼器。

附图说明

图1为水下阻尼器的结构示意图；1-1钻孔式；1-2封闭式开孔；1-3敞口式-王字型；1-4敞口式-工字型

图2为水下阻尼器的减振试验示意图；

图3为未架设水下阻尼器时弹簧振子的加速度衰减过程

图4为架设水下阻尼器后(不同孔隙率)弹簧振子的加速度衰减过程，图a孔隙率Q1＝12.56％；图b孔隙率Q4＝3.14％；

图5为不同体积大小对水下阻尼器减振效果的影响；

图6为不同孔隙率对水下阻尼器减振效果的影响，该立方体为10×10×10cm

图7为桥塔阻尼器应用示意图。

1钢绞线，2基础，3拱塔，11阻尼器，21数据线，22钢支架，23水，24水桶，25加速度计，26弹簧。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例设计了三类水下阻尼器，均为对称结构：

(1)钻孔式：在阻尼器的运动方向上钻孔，利用水流通过管道发展形成湍流，与管壁的切应力增大阻力。阻尼器形式如图1-1所示。

(2)封闭式开孔式：在内部空洞的阻尼器表面打孔(顶面不打孔，其他五个面打孔)，使水流在阻尼器内部产生湍流，从而达到耗能的目的，形式如图1-2所示。