一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置的制作方法

1.本技术涉及桥梁减振技术领域，特别涉及一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置。


背景技术：

2.随着我国交通行业的发展，大跨度桥梁不断涌现，大跨度桥梁具有柔度大及振动频率低的特点，在风荷载作用下会产生较大振动。
3.例如，某大桥是一座主跨跨径达850m的特大悬索桥，在7m/s的风速下，主梁发生了明显的涡激振动，振幅达0.5m；同时，某主跨为888m的大桥，在10m/s的风速下主梁也发生了涡激振动，振幅达0.45m，被迫封桥10余日，造成了较为恶劣的社会影响。大跨度桥梁主梁的涡激振动是一种低风速下具有自激性质的限幅振动，虽然涡激振动不是一种发散的、毁灭性的振动形式，但其在低风速下容易出现，对行车安全具有严重的影响，且长期的涡激振动会导致结构的疲劳损伤。因此控制大跨度桥梁主梁的涡激振动是工程上需要迫切解决的问题。
4.相关技术中，控制主梁涡激振动的措施主要分为结构措施、气动措施及机械措施三类。其中，结构措施，即增加结构的刚度以提高结构的固有频率，相应地可以提高发生涡激振动的临界风速；气动措施，即调整断面外形，改变结构表面流场分布，提高断面气动性能；机械措施，即采用机械控制手段对结构涡振进行抑制，如采用调谐质量阻尼器等。
5.上述控制手段中，结构措施受制于整体结构力学性能，难以在大跨度桥梁中应用；而对于气动措施，由于桥梁断面扰流复杂性，气动措施不具备控制涡振的普适性；现有的机械措施多采用调谐质量阻尼器tmd。但大跨度桥梁振动频率较低，对于频率小于0.3hz的低模态涡振，tmd的弹簧在重力作用下会产生较大的变形，弹簧的拉伸量较大致使tmd结构尺寸增大，且由于桥梁主梁内部提供的tmd安装空间有限，阻碍了tmd在实际工程中的应用。


技术实现要素：

6.本技术实施例提供一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置，以解决相关技术中由于大跨度桥梁主梁涡激振动频率较低，对于频率小于0.3hz的低模态涡振，tmd的弹簧在重力作用下会产生较大的变形，弹簧的拉伸量较大致使tmd结构尺寸增大，且由于桥梁主梁内部提供的tmd安装空间有限，阻碍了tmd在实际工程中的应用的问题。
7.第一方面，提供了一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置，其包括：
8.减振索，其两端分别与主梁和桥塔可转动连接，且所述减振索的振动频率被适配成：当所述主梁发生涡激振动时，所述减振索与所述主梁发生参数共振；
9.外置式阻尼器，其一端固定于所述桥塔上，另一端与所述减振索可转动连接，并用于抑制所述减振索的振动。
10.由于本技术实施例的减振索的振动频率被适配成：当主梁发生涡激振动时，减振索与主梁发生参数共振，也就是，本技术的减振索不能用桥梁上的斜拉索代替，再者，本申
请实施例通过设置外置式阻尼器对减振索进行支撑，限制减振索的位移，并将减振索的振动位移传递至外置式阻尼器本身，以抑制减振索的振动，从而达到抑制主梁的涡激振动的效果。
11.一些实施例中，所述减振索的振动频率为ω，所述主梁的涡激振动频率为ω，其中：
[0012][0013]
一些实施例中，n＝2。
[0014]
一些实施例中，所述减振索的结构参数包括所述减振索的长度l，张拉力h和质量m，采用如下公式计算所述结构参数：
[0015][0016]
一些实施例中，所述外置式阻尼器的最优阻尼系数c
opt
如下：
[0017][0018]
式中：m为所述减振索的质量；ω为所述减振索的振动频率；l为所述减振索的长度；x为所述外置式阻尼器与所述减振索的固定点，以及所述减振索到所述桥塔的固定点之间的距离。
[0019]
一些实施例中，x为l的3％
‑
5％。
[0020]
一些实施例中，所述外置式阻尼器与所述减振索垂直设置。
[0021]
一些实施例中，所述减振索包括：
[0022]
索本体；
[0023]
两个紧固机构，两个所述紧固机构分设于所述索本体的两端；所述紧固机构包括：
[0024]
‑
端头，其一端与所述索本体连接，另一端用于与主梁或桥塔连接；
[0025]
‑
套筒，其套设于所述索本体外，并与所述端头连接。
[0026]
本技术提供的技术方案带来的有益效果包括：本技术实施例利用索的参数振动将主梁的涡激振动转化为减振索的振动，并利用减振索外置式阻尼器耗散振动能量，将减振索的参数振动化为控制主梁涡激振动的工具。
[0027]
本技术实施例的减振装置具有以下优点：
[0028]
1、本技术实施例的减振装置设置在主梁和桥塔之间，不占用桥梁主梁的内部空间，不受主梁的内部空间的影响，对减振装置的尺寸没有限制。
[0029]
2、采用减振索作为中间介质，减弱主梁涡激振动的方式，利用减振索与主梁参数共振的特点，通过控制减振索的振动以实现主梁涡激振动的减振控制，构造及设计简单、易于实现。
[0030]
3、设置减振索可以提高结构刚度，从而提高引起主梁涡激振动的风速，降低主梁涡振发生可能性。
[0031]
4、本技术实施例的减振装置安装形式灵活，对大跨度梁式桥、悬索桥、斜拉桥等桥型具有普遍适用性。
[0032]
5、可设置多根拉索控制大跨度桥梁可能发生多个模态涡激振动。
[0033]
本技术实施例提供了一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置，由于本技术实施例的减振索的振动频率被适配成：当主梁发生涡激振动时，减振索与主梁发生参数共振，也就是，本技术的减振索不能用桥梁上的斜拉索代替，再者，本技术实施例通过设置外置式阻尼器控制减振索的振动，从而达到抑制主梁的涡激振动的效果。
附图说明
[0034]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]
图1为本技术实施例提供的控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置的结构示意图；
[0036]
图2为本技术实施例提供的外置式阻尼器的结构示意图；
[0037]
图3为本技术实施例提供的减振索的结构示意图。
[0038]
图中：1、减振索；10、索本体；11、紧固机构；110、端头；111、套筒；2、主梁；3、桥塔；4、外置式阻尼器。
具体实施方式
[0039]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0040]
参见图1和图2所示，本技术实施例提供了一种控制大跨度桥梁主梁涡激振动的减振装置，其包括减振索1和外置式阻尼器4，减振索1两端分别与主梁2和桥塔3可转动连接，本技术实施例可以根据实际空间及计算要求，将减振索1安装在主塔横梁或桥墩盖梁、塔侧、墩侧处。且减振索1的振动频率被适配成：当主梁2发生涡激振动时，减振索1与主梁2发生参数共振；外置式阻尼器4一端固定于桥塔3上，另一端与减振索1可转动连接，并用于抑制减振索1的振动。
[0041]
由于桥梁在设计过程中，需要控制斜拉索的频率以免与主梁2发生参数共振，也就是，当主梁2发生涡激振动时不会引起斜拉索发生参数振动，此时，二者振动频率不相匹配，外置式阻尼器4对斜拉索在主梁2涡振引起的振动进行控制时，不具有对主梁2振动间接控制的能力。
[0042]
因此，本技术实施例的减振索1与斜拉索存在本质的区别，本技术实施例的减振索1的振动频率被适配成：当主梁2发生涡激振动时，减振索1与主梁2发生参数共振，也就是，本技术的减振索1不能用桥梁上的斜拉索代替，再者，本技术实施例通过设置外置式阻尼器4对减振索1进行支撑，限制减振索1的位移，并将减振索1的振动位移传递至外置式阻尼器4本身，以抑制减振索1的振动，从而达到抑制主梁2的涡激振动的效果。
[0043]
本技术实施例利用索的参数振动将主梁2的涡激振动转化为减振索1的振动，并利用减振索1外置式阻尼器4耗散振动能量，将减振索1的参数振动化为控制主梁2涡激振动的
工具。
[0044]
本技术实施例的减振装置具有以下优点：
[0045]
1、本技术实施例的减振装置设置在主梁2和桥塔3之间，不占用桥梁主梁2的内部空间，不受主梁2的内部空间的影响，对减振装置的尺寸没有限制。
[0046]
2、采用减振索1作为中间介质，减弱主梁2涡激振动的方式，利用减振索1与主梁2参数共振的特点，通过控制减振索1的振动以实现主梁2涡激振动的减振控制，构造及设计简单、易于实现。
[0047]
3、设置减振索1可以提高结构刚度，从而提高引起主梁2涡激振动的风速，降低主梁2涡振发生可能性。
[0048]
4、本技术实施例的减振装置安装形式灵活，对大跨度梁式桥、悬索桥、斜拉桥等桥型具有普遍适用性。
[0049]
5、可设置多根拉索控制大跨度桥梁可能发生多个模态涡激振动。
[0050]
进一步的，减振索1的振动频率为ω，主梁2的涡激振动频率为ω，其中：
[0051][0052]
当减振索1的振动频率满足上述公式时，主梁2发生涡激振动，减振索1能与主梁2发生参数共振。
[0053]
当主梁2发生涡激振动时，减振索1相对于主梁2发生参数振动，减振索1和外置式阻尼器4处于工作状态，外置式阻尼器4对减振索1的振动进行减振耗能，减振索1约束并控制主梁2，以削弱、消除涡激振动。
[0054]
更进一步的，本技术实施例的n＝2，也就是ω＝2ω。
[0055]
n取不同值时代表参数振动发生的类别不同，即例如当n＝1时，减振索1发生主共振，n＝2时，减振索1发生次共振。由于主梁2发生涡激振动的频率不定，即其振型不定，因此减振索1的长度不定，在实际过程中可根据实际情况对减振索1与主梁2的频率比进行适当调整。
[0056]
优选的，减振索1的结构参数包括减振索1的长度l，张拉力h和质量m，采用如下公式计算结构参数：
[0057][0058]
本技术实施例可通过减振索1的振动频率ω，以及ω与减振索1的结构参数之间的关系，得到多组减振索1的结构参数，也就是，当减振索1选取任一组结构参数时，减振索1的振动频率ω满足：当主梁2发生涡激振动时，减振索1与主梁2发生参数共振。
[0059]
根据上述公式，可以获得减振索1的多组结构参数，可以通过确定减振索1的长度l，张拉力h和质量m中两个参数，来确定三个参数。
[0060]
其中张拉力h通过结构动力分析确定，确保减振索1在主梁2发生涡激振动情况下，减振索1能够达到参数共振频率，且不因主梁2的振动及水平向位移而发生松弛，导致失去传力、约束能力。
[0061]
由于减振索1在桥塔3上的安装位置是确定的，因此可以根据减振索1的长度l，确定减振索1在主梁2上的安装位置。
[0062]
可选的，外置式阻尼器4的最优阻尼系数c
opt
如下：
[0063][0064]
式中：m为减振索1的质量；ω为减振索1的振动频率；l为减振索1的长度；x为外置式阻尼器4与减振索1的固定点，以及减振索1到桥塔3的固定点之间的距离。
[0065]
外置式阻尼器4可采用如粘性剪切型阻尼器、磁流变阻尼器、杠杆粘滞阻尼器、油阻尼器中任意一种能够有效控制减振索1振动的阻尼器形式。
[0066]
优选的，x为l的3％
‑
5％。
[0067]
若x过长，外置式阻尼器4的刚度会大大减小，若x过短，外置式阻尼器4的阻尼效果会大大减弱。因此，本技术实施例的x为l的3％
‑
5％，既能保证外置式阻尼器4的刚度，又能保证外置式阻尼器4的阻尼效果，优选，x为l的3％。
[0068]
更进一步的，外置式阻尼器4与减振索1垂直设置。
[0069]
根据x，可以确定外置式阻尼器4在减振索1上的位置，根据外置式阻尼器4与减振索1的安装角度，可以确定外置式阻尼器4在桥塔3上的安装位置。本技术实施例将外置式阻尼器4与减振索1垂直设置，不仅确定了外置式阻尼器4在桥塔3上的安装位置，而且当外置式阻尼器4与减振索1垂直时，减振索1振动能够最充分地传递至外置式阻尼器4上，发挥外置式阻尼器4的减振作用。
[0070]
确定了外置式阻尼器4在减振索1和桥塔3上的安装位置之后，就确定了外置式阻尼器4的长度，外置式阻尼器4的一端通过外置式阻尼器底板安放在桥塔3上，通过索夹套设并固定于减振索1上，外置式阻尼器4与索夹通过销轴铰接，实现索夹与外置式阻尼器4的相对转动，释放减振索1安装及振动引起的弯曲应力。
[0071]
参见图3所示，减振索1包括索本体10、两个紧固机构11两个紧固机构11分设于索本体10的两端；紧固机构11包括端头110和套筒111，端头110一端与索本体10连接，另一端用于与主梁2或桥塔3连接；套筒111套设于索本体10外，并与端头110连接。
[0072]
减振索1的两端的端头110分别通过耳板锚固在主梁2和桥塔3上，端头110与耳板通过销轴连接。
[0073]
本技术实施例的减振装置安装时，首先按照减振索1的长度l，和外置式阻尼器4的长度，通过预埋件将耳板及外置式阻尼器底板安放在主梁2和桥塔3上；其次将减振索1的一端锚固在主梁2的耳板上；而后在桥塔3的耳板处对减振索1的另一端按照减振索1的张拉力h进行张拉，并利用销轴将减振索1的另一端锚固于耳板上；最后按照外置式阻尼器4与减振索1的固定点，以及减振索1到桥塔3的固定点之间的距离x，通过索夹将外置式阻尼器4的一端固定在减振索1上，另一端固定于外置式阻尼器底板上，完成减振装置的安装。
[0074]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0075]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0076]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。