汪正兴 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
GUO, Cuicui (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
郭翠翠 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
ZHOU, Mingxing (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
周明星 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
TONG, Zhiyang (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
童智洋 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
HU, Guiqiong (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
胡贵琼 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
CHINA RAILWAY MAJOR BRIDGE ENGINEERING CO., LTD. (No.6 building, SBI Chuangye Street Dongxin Road, East Lake New-Tech Development Zon, Wuhan Hubei 4, 430074, CN)
中铁大桥局股份有限公司 (中国湖北省武汉市东湖新技术开发区东信路SBI创业街6号楼, Hubei 4, 430074, CN)
WANG, Zhengxing (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
汪正兴 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
GUO, Cuicui (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
郭翠翠 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
ZHOU, Mingxing (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
周明星 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
TONG, Zhiyang (No.103, Jianshe Avenue Qiaokou Distric, Wuhan Hubei 4, 430034, CN)
童智洋 (中国湖北省武汉市硚口区建设大道103号, Hubei 4, 430034, CN)
| 权 利 要 求 书 1、 一种斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置， 其特征在于： 刚性连接杆 ( 5， )上部通过索夹（4， )、 销轴（ 10， )与斜拉索 （ 1， )连接， 下部通过杠杆夹 ( 12， )、 销轴（ 11， )连接于转动杠杆 ( 7， ) , 通过调整刚性连接杆 ( 5， )与斜拉 索 （ 1，） 的连接角度和杠杆夹（ 12， )在转动杠杆（7， )上的连接位置， 实现减 振效果的调整； 转动杠杆（7，） 的一端通过能够实现上下转动的销轴 （13，） 并 采用耳叉式连接方式与伸入杠杆支座（6，） 的纵向连接构件 （14，）相连接， 固 定于桥面 （2，）上的杠杆支座（6，） 限制了纵向连接构件 （14，） 竖向运动， 使 得转动杠杆（7， ) 能够绕纵向连接构件（ 14， )上的销轴（ 13， )上下转动， 以接 受斜拉索（ 1， )索面内振动位移经刚性连接杆 ( 5， )的传递， 纵向连接构件（ 14， ) 伸入杠杆支座（6，）上圓孔内部分构造为圓柱体， 与转动杠杆（7，）连接端为耳 板形，使得转动杠杆 ( 7， )带动纵向连接构件（ 14， )圓柱体能够在杠杆支座（ 6， ) 圓孔内绕自身中心轴转动，以接受斜拉索（ 1，）索面外振动位移经刚性连接杆（5， ) 的传递； 转动杠杆（7，） 的另一端连接有质量块（8，） 和阻尼器（9，）， 以提供 抑振力； 斜拉索（ 1， )产生索面内振动时， 振动位移通过刚性连接杆（5， )传递给转 动杠杆 ( 7， ), 转动杠杆 ( 7， )带动质量块（ 8， )、 阻尼器（ 9， )绕销轴（ 13，）上 下运动， 产生惯性力、 弹性力、 阻尼力， 再经过转动杠杆（7，）的放大作用， 通 过刚性连接杆（5，）传递回斜拉索 （1，）， 改变斜拉索 （1，） 的模态质量、 刚度 及阻尼， 从而抑制斜拉索 （Γ ) 的振动； 斜拉索（ 1， )产生索面外振动时， 振动位移通过刚性连接杆（5， )传递给转 动杠杆（7，）， 转动杠杆（7，） 带动质量块（8，）、 阻尼器（9，）及纵向连接构件 ( 14， ) 圓柱体绕转动杠杆（ 7，） 自身中心轴转动， 杠杆支座（ 6， ) 与纵向连接 构件（ 14， )的高阻尼结合提供转动摩阻力和粘滞力， 质量块（ 8， )、 阻尼器（ 9， ) 提供惯性力、 弹性力、 阻尼力， 再经过转动杠杆（7，）的放大作用， 通过刚性连 接杆（5，）传递回斜拉索 （Γ ), 改变斜拉索 （1，） 的模态质量、 刚度及阻尼， 从而抑制斜拉索 （1，） 的振动。 2、 根据权利要求 1所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置的减振效 果调整方法， 其特征在于： 斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置的减振效果主要由转动杠杆（ 7，）对 惯性力、 弹性力、 阻尼力及转动摩阻力和粘滞力的放大倍数来确定； 定义杠杆 放大系数《 = LjL。， 其中^为杠杆夹（12，）距销轴 （13，） 中心的距离， 为 杠杆质量块（8，） 中心到销轴 （13，） 中心的距离， 为刚性连接杆（5，）与斜 拉索 （1，） 的夹角， 为刚性连接杆（5，）与转动杠杆（7，） 的夹角； 转动杠杆 ( 7， )对斜拉索 （ 1 )提供抑振力的等效放大倍数由下式确定： n = n2 sin2 a I sin2 β 式中表明， 影响斜拉索减振效果的因素主要有杠杆夹（12，）安装在转动杠 杆（7，）上的位置、 刚性连接杆（5， )与斜拉索 （ 1， )和转动杠杆（7， ) 的连接 角度， 杠杆夹（ 12' ) 离销轴 （ 13' )越近， 刚性连接杆 ( 5' )与斜拉索 （ Γ )越 接近垂直， 减振效果越好。 3、 根据权利要求 1所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置， 其特征 在于： 在刚性连接杆（5，）与桥面 （2，）之间安装的阻尼器（9，）采用油阻尼器 或粘性剪切型阻尼器或磁流变阻尼器提供阻尼力。 4、 根据权利要求 1所述的斜拉索刚性连接空间杠杆质量减振装置， 其特征 在于： 杠杆支座（6，） 圓孔内与纵向连接构件 （14，） 圓柱体间设置摩擦环和高 阻尼橡胶阻尼材料提供转动摩阻力和粘滞力。 |
技术领域
本发明涉及一种抑制斜拉索振动的减振装置， 尤其适用于大跨度斜拉桥 斜拉索的振动控制，属于工程结构减振技术领 域， 具体地说是涉及一种斜拉 桥施工和运营过程中抑制斜拉索各种振动的减 振装置。 背景技术
与本发明最为相近的现有技术是专利号为 200410009969.1、 公开号为 CN1651656 , 公开日为 2005.08.10的"一种斜拉索减振装置 "的发明， 该发明 采用连接索， 其一端与连接于斜拉索上的索夹相连， 另一端与带重物的杠杆 或滑轮组或直接与一重物相连，连接索中间用 定滑轮进行转向，从而使其两 端分别与斜拉索和杠杆 (或桥面）垂直， 在杠杆与桥面之间或重物与桥面之 间安装阻尼器， 连接索通过重物总是处于受拉状态，可方便地 与任意角度的 斜拉索进行垂直连接， 并传递连接于桥面的阻尼器所提供阻尼力、弹 性力及 重物惯性力， 改变振动系统的模态质量、 阻尼及刚度， 达到减振目的； 由于 该发明通过设置定滑轮实现连接索与斜拉索和 杠杆 (或桥面 )垂直， 仅能实 现斜拉索索面内振动的有效控制，存在斜拉索 索面外振动得不到有效控制的 严重缺陷。 此外， 连接索是非线性结构， 理论计算参数与实际相差较大， 不 易达到理想的减振效果，且要求在使用过程中 一直处于受拉状态，对安装时 张拉工艺、 重物重量要求较高。 同时， 连接索需通过滑轮转向， 滑轮的固定 装置刚度要求较高， 构件尺寸较大， 对桥梁的景观也将造成一定影响。 发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供 一种刚性连接的空间杠杆 质量减振装置，通过设置与斜拉索和转动杠杆 相连接的刚性连接杆，将斜拉 索索面内和索面外的振动位移传递到转动杠杆 ，转动杠杆一端通过纵向连接 构件与杠杆支座连接， 纵向连接构件的一端与转动杠杆采用耳叉式连 接方 式，使得转动杠杆能够以杠杆支座为轴上下转 动，纵向连接构件的另一端呈 圓柱体伸入杠杆支座上的圓孔内，使得转动杠 杆能够绕自身中心轴转动，纵 向连接构件的圓柱体与杠杆支座上部的伸入圓 孔间设置摩擦环和高阻尼材 料，转动杠杆另一端连接质量块及阻尼器，当 斜拉索索面内或索面外振动时， 其振动位移通过刚性连接杆传递给转动杠杆， 带动转动杠杆、 质量块、 阻尼 器上下或绕转动杠杆中心轴转动， 产生惯性力、 弹性力、 阻尼力， 斜拉索索 面外振动时再通过摩擦环和高阻尼材料提供摩 阻力和粘滞力，经过转动杠杆 的放大作用， 通过刚性连接杆传递回斜拉索， 改变斜拉索的模态质量、 刚度 及阻尼，从而有效抑制斜拉索索面内或索面外 的振动； 装置主体结构位于桥 梁栏杆以内， 安装维修均方便， 对景观影响很小。
本发明的技术方案是这样实现的：
刚性连接的空间杠杆质量减振装置主要由索夹 4，、 刚性连接杆 5，、 杠杆 支座 6，、 转动杠杆 7，、 质量块 8，、 阻尼器 9，、 杠杆夹 12，、 销轴 10，、 11，、 13， 等组成； 刚性连接杆 5，上部通过索夹 4，、 销轴 10，与斜拉索 Γ连接， 下部通过 杠杆夹 12，、 销轴 11，连接于转动杠杆 7，， 通过调整刚性连接杆 5，与斜拉索 1， 的连接角度和杠杆夹 12，在转动杠杆 7，上的连接位置， 实现减振效果的调整； 转动杠杆 7，的一端通过能够实现上下转动的销轴 13，并采用耳叉式连接方式 与伸入杠杆支座 6'的纵向连接构件 14'相连接， 固定于桥面 2'上的杠杆支座 6' 限制了纵向连接构件 14，竖向运动， 使得转动杠杆 7，能够绕纵向连接构件 14， 上的销轴 13，上下转动，以接受斜拉索 1，索面内振动位移经刚性连接杆 5，的传 递， 纵向连接构件 14，伸入杠杆支座 6，上圓孔内部分构造为圓柱体， 与转动 杠杆 7，连接端为耳板形，使得转动杠杆 7，带动纵向连接构件 14，圓柱体能够在 杠杆支座 6，圓孔内内绕自身中心轴转动， 以接受斜拉索 1，索面外振动位移经 刚性连接杆 5，的传递； 转动杠杆 7，的另一端连接有质量块 8，和阻尼器 9，， 以 提供抑振力。
在刚性连接杆 5，与桥面 2，之间安装的阻尼器 9，可采用如油阻尼器、 粘性 剪切型阻尼器、 磁流变阻尼器等被动或半主动阻尼器提供阻尼 力。
刚性连接的空间杠杆质量减振装置调节减振效 果的方法为：定义杠杆放 大系数《 = Z L Q , 这里 为杠杆夹 12，距销轴 13，中心的距离， ¾ 为杠杆质 量块 8，中心到销轴 13，中心的距离， α为刚性连接杆 5，与斜拉索 1，的夹角， β 为刚性连接杆 5'与转动杠杆 7'的夹角； 本发明对斜拉索提供抑振力的等效放 大倍数为：
n = n 2 sin 2 a I sin 2 β
式中表明， 影响斜拉索减振效果的因素主要有杠杆夹 12，安装在转动杠 杆 7，上的位置、 刚性连接杆 5，与斜拉索 1，、 转动杠杆 7，的连接角度， 杠杆夹 12，离销轴 13，越近， 刚性连接杆 5，与斜拉索 Γ越接近垂直， 减振效果越好； 另外质量块 8，重量、 阻尼器 9，参数选型影响了惯性力、 弹性力、 阻尼力， 对 斜拉索 1，减振效果造成影响。
斜拉索 1，产生索面内振动时， 振动位移通过刚性连接杆 5，传递给转动杠 杆 7，， 转动杠杆 7，带动质量块 8，、 阻尼器 9，绕销轴 13，上下运动， 产生惯性力、 弹性力、 阻尼力， 再经过转动杠杆 7，的放大作用， 通过刚性连接杆 5，传递回 斜拉索 1，， 改变斜拉索 1，的模态质量、 刚度及阻尼， 从而抑制斜拉索 1，的振 动。
斜拉索 1，产生索面外振动时， 振动位移通过刚性连接杆 5，传递给转动杠 杆 7，， 转动杠杆 7，带动质量块 8，、 阻尼器 9，及纵向连接构件 14，圓柱体绕转动 杠杆 7，自身中心轴转动，杠杆支座 6，与纵向连接构件 14，的结合面采用高阻尼 方式， 杠杆支座 6，圓孔内与纵向连接构件 14，圓柱体间设置摩擦环和高阻尼 橡胶阻尼材料提供转动摩阻力和粘滞力， 质量块 8，、 阻尼器 9，提供惯性力、 弹性力、 阻尼力， 再经过转动杠杆 7，的放大作用， 通过刚性连接杆 5，传递回 斜拉索 1，， 改变斜拉索 1，的模态质量、 刚度及阻尼， 从而抑制斜拉索 1，的振 动。
刚性连接杆 5，可调节长短， 在斜拉桥施工阶段即可安装上， 抑制拉索施 工期间大幅振动及风雨振， 保证施工阶段和运营阶段桥梁的安全。
本发明将减振装置的主体部分置于桥面，安装 更便捷，且主体结构与斜 拉索角度无关， 方便实现减振器的规范化设计、 制造及安装， 确保制安质量 及减振效果； 减振器质量块 8，不仅可系统提供惯性力从而提高减振效果 还 可为阻尼器内粘性料提供保护及保温作用，增 强减振装置的耐久性及减振效 果的稳定性。
本发明的优点：
1、 斜拉索索面内、 索面外抑振兼顾， 减振效果良好。
2、 减振效果容易调节， 方便达到最佳效果。
3、 适用于施工阶段和运营阶段桥梁斜拉索抑振。
4、 便于实现减振装置的规范化设计、 制造与安装。
5、 安装、 维修方便， 对斜拉桥景观影响小。 附图说明
图 1是本发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的 面示意图； 图 2是本发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的 面示意图； 图 3是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处 造示意图； 图 4是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处 A向剖视图； 图 5是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处 B向剖视图。 具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明， 该实施例为针对某斜拉桥 斜拉索抑振的模拟试验。 图 1是本发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的 面示意图，图 2是本 发明刚性连接空间杠杆质量减振装置的侧面示 意图。杠杆支座 6'固定于斜拉 桥主梁 2，上， 转动杠杆 7，经纵向连接构件通过销轴 13，支承于杠杆支座 6， 上， 转动杠杆 7，能够以杠杆支座 6，上销轴 13，为转动轴上下转动且能够绕转 动杠杆 7，中心轴转动， 刚性连接杆 5，与连接于斜拉索 1，上的索夹 4，通过销 轴 10'相连， 另一端通过销轴 11'与连接于转动杠杆 7'的杠杆夹 12'相连， 在 质量块 8，与主梁 2，之间安装阻尼器 9，； 斜拉索 1，索面内振动时， 刚性连接 杆 5，将斜拉索 1，索夹 4，处的运动传至转动杠杆 7，， 引起质量块 8，运动产生 惯性力， 同时由于阻尼器 9，的部件运动产生阻尼力、 弹性力， 通过转动杠杆 7，的放大作用， 由刚性连接杆 5，传递至斜拉索 Γ ,从而抑制斜拉索 Γ的索面 内振动； 斜拉索 1，索面外运动时， 刚性连接杆 5，带动转动杠杆 7，转动， 通 过杠^ ^干支座 6，的摩阻力和质量块 8，、 阻尼器 9，的惯性力、 阻尼力、 弹性力 控制转动， 达到索面外减振的作用； 刚性连接杆 5，端的销轴 10，、 11，可方便 各角度的实现，使斜拉桥上不同位置斜拉索的 减振装置主体结构的设计、制 造、安装达到规范化； 由于杠杆支座 6，、转动杠杆 7，、质量块 8，及阻尼器 9， 设在栏杆以内， 对斜拉桥的景观影响小。
图 3是本发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处 造示意图，图 4是本 发明实施例杠杆支座与转动杠杆连接处 A向剖视图， 图 5是本发明实施例 杠杆支座与转动杠杆连接处 B向剖视图。纵向连接构件 14，伸入杠杆支座 6， 圓孔中， 中间设置轴承 16，、 摩擦环 15，， 摩擦环 15，与杠杆支座 6，圓孔间填 充阻尼材料 17，， 纵向连接构件 14，另一端设置轴承 18，， 通过销轴 13，与转 动杠杆 7，相连， 设置挡圏 19，方便销轴 13，定位， 销轴 13，通过销轴固定装置 20，固定在转动杠杆 7，上。 当斜拉索 1，索面内振动时， 刚性连接杆 5，带动转 动杠杆 7，及其中装置绕销轴 13，上下转动，质量块 8，及阻尼器 9，提供抑振力； 当斜拉索 1，索面外振动时， 刚性连接杆 5，带动转动杠杆 7，、 纵向连接构件 14，绕自身中心轴转动， 杠杆支座 6，圓孔内阻尼材料 17，、 摩擦环 15，提供转 动时的摩阻力， 与质量块 8，、 阻尼器 9，提供惯性力、 阻尼力、 弹性力一起 抑制斜拉索 1，索面外振动。