[发明专利]自开启速度型水力吸耗能器

说明书

技术领域

本发明属于大跨度悬索桥结构阻尼器技术领域，具体涉及一种自开启速度型水力吸耗能器。

背景技术

大跨度悬索桥能跨越大江大河，可避免深水基础的施工而得到广泛应用。但由于其跨度大，主梁和主缆阻尼小，极易在大风作用下发生大幅扭转或弯-扭组合振动而导致桥梁破坏，其抗风稳定性问题是限制其跨度进一步加大的主要影响因素。增大悬索桥阻尼，可以显著提高其抗风稳定性，但超大跨度悬索桥多处于交通繁忙的航道之上，为保证通航安全，航道中很难设置永久性固定设施，因此，目前没有很好的方法增加主梁或主缆的阻尼。

阻尼器是增加结构阻尼的最直接可靠的办法，并且可抑制结构多种形态的振动。阻尼器两端安装于结构之上，通过结构间的相对运动驱动阻尼器耗能减振，其耗能大小与结构在阻尼器两安装点的相对运动大小直接相关。阻尼器的长度与悬索桥跨度相比很小，因此现有阻尼器很难提高悬索桥主梁或主缆的阻尼。

桥梁施工时常在航道处安装临时抗风桩，用钢缆连接主梁和抗风桩，提高主梁抗风稳定性，但需要在抗风桩处停泊船只和警示标志。在桥梁施工完成后，临时设施必须清理干净，抗风缆也被清除。

成桥后的大跨度悬索桥只在大风作用下才发生大幅振动，发生振动持续时间短，且此时船只大都进港避风，航道船只相对稀疏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在桥梁振动初始时自动开启耗能器，通过水力耗能及向水中传输结构振动动能，从而抑制桥梁振动的自开启速度型水力耗能器。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该自开启速度型水力吸耗能器，它包括桥梁结构上的箱体式的钢箱梁，钢箱梁的底部加工有一个方形凹洞；它还包括一个方形的挂蓝，所述挂蓝包括挂蓝底板及固连于其上的四周侧壁，挂蓝底板上开有若干通水孔，通水孔之上铰接有盖板，未工作时盖板通过扭转弹簧处于盖紧状态，扭转弹簧的预紧力小，保证盖板下方水流能轻松冲开盖板；挂蓝上部四个角上分别连接有一根绳子，四根绳子的另一端等长度绑扎在一起后的结点再与吊绳连接，吊绳的另一端缠绕于一个转筒的一侧，吊绳的长度保证挂蓝能够沉没于桥下水中，但不能接触到水底；转筒固装于所述钢箱梁的顶板上，转筒之上安装有压紧装置及摩擦片，通过调节压紧装置来改变摩擦片对转筒的压紧力；所述挂蓝放置于钢箱梁底部的方形凹洞内，在方形凹洞底部的四个角上分别设置有一块水平托板，水平托板上设置有竖直挡板，竖直挡板通过限位弹簧与方形凹洞的底部侧板连接，竖直挡板通过限位弹簧的弹力与所述挂蓝底板的侧壁紧靠，挂蓝底板四个角通过圆形滚珠支撑于方形凹洞底部的四个水平托板上；水平托板尺寸及限位弹簧弹力的设计保证挂蓝处于方形凹洞中心并保持平衡，并且在风的直接作用下不产生足够滑落的侧移，但在钢箱梁发生一定的倾斜角度时滑落。

具体的，所述方形凹洞包括顶板和四周侧板，在顶板和四周侧板上开有用于吊绳上下滑动和挂蓝入洞安装存放的工作孔。

具体的，所述方形凹洞底部四个角的水平托板上设置有两块相互成直角的竖直挡板，两块竖直挡板通过限位弹簧连接到方形凹洞一角的两边侧板上，并与挂蓝底板一角的两边侧壁紧靠。

进一步，所述四根绳子绑扎在一起后的结点依次通过保险绳、弹簧与吊绳连接，保险绳的拉扯强度小于吊绳的强度。以保证其与船碰撞、缠绕时，保险绳被拉断，挂篮沉入水中，避免翻船。

本发明的工作原理及工作过程如下：

本发明耗能器主要由挂蓝、吊绳和转筒组成。挂蓝底部四角由水平托板支撑于钢箱梁底板上，为减小摩擦，在挂蓝与水平托板间设置圆形滚珠，保证挂蓝可在水平面内向任意方向滑动。在挂蓝与钢箱梁之间设置有限位弹簧，保证在钢箱梁发生小幅振动的正常情况下，挂蓝只能在平衡位置附近发生很小的振动，不至于掉落。转筒安装于钢箱梁顶板底部，其与挂蓝通过吊绳、弹簧、保险绳相连，在挂蓝从水平托板上掉落前，吊绳绕于转筒外壁。

当桥梁在风作用下发生扭转或弯曲振动时，导致钢箱梁发生转动，原处于水平状态的挂蓝发生倾斜，在重力作用下向下滑动，压缩限位弹簧，当钢箱梁的倾斜角度超过限值时，挂蓝压缩限位弹簧超过限值后从水平托板处掉向水中。

为防止挂蓝高速掉落发生意外，在转筒处安装摩擦片及压紧装置，使挂蓝缓慢下落并掉入水中。

挂蓝进入水体内，在重力作用下张紧吊绳，其耗能及将动能由钢箱梁传递至水体原理按钢箱梁振动一个周期分为三个阶段：