[發明專利]能抵抗氣動失穩的斜拉橋拉索

有效

• 申請號: 201110197949.1
• 申請日: 2011-07-15
• 公開（公告）號: CN102345272A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 杜曉慶;張燁;陳柳花
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術領域

本發明涉及一種斜拉橋拉索，特別是能抵抗氣動失穩的斜拉橋拉索。

背景技術

斜拉橋的造型美觀、跨越能力大，是大跨橋梁的主要形式之一。斜拉索是斜拉橋的主要承重構件，具有自重小、柔度大、阻尼低等特點，在風荷載作用下或風雨共同作用下極易發生氣動失穩現象，導致拉索發生風致振動。斜拉索的大幅振動會引起拉索的疲勞、在索錨接合處產生疲勞裂紋、造成拉索防腐系統的破壞等，嚴重危害斜拉橋的安全性，并造成行人的心理恐慌。

斜拉橋拉索會發生多種形式的氣動失穩現象，發生的機理各不相同。其中振動幅度最大、危害最嚴重的兩種氣動失穩現象是拉索的風雨激振和干索馳振。拉索的風雨激振是在風和雨共同作用下發生的大幅低頻振動，在過去20多年里被各國學者廣泛關注和研究。而拉索的干索馳振則是在有風無雨天氣下發生大大振幅氣動失穩現象，這是最近才在實際斜拉橋上發現的一種新的拉索振動形式

對于斜拉索的氣動失穩現象，常用振動控制方法主要有三種：機械控制措施、結構控制措施和空氣動力學控制措施。

機械控制措施是一種通過在拉索上附加阻尼器來提高拉索結構阻尼的減振方法。但由于拉索風雨激振和干索馳振是大幅低頻振動，因而傳統阻尼器的減振效果不大。并且隨著拉索長度的增加，傳統阻尼器的相對效率也將越來越低。

典型的結構控制措施是采用輔助索將不同拉索聯結。輔助索的作用是減小索的有效長度，提高索的固有頻率，使拉索之間產生動力耦合，從而達到降低拉索振動的目的。輔助索能減小拉索的振幅，卻沒有消除拉索發生氣動失穩的發生條件，因而無法避免拉索產生氣動失穩現象，因此經常會發生輔助索疲勞破壞的事故。

空氣動力學控制措施主要通過對拉索表面進行特殊處理來改善拉索的空氣動力學性能，被認為是一種經濟有效的控制措施。目前常用的空氣動力學措施是在拉索表面設置軸向凸起、在拉索表面單向纏繞凸起螺旋線以及在拉索表面設置凹坑。

上述拉索空氣動力學控制措施主要是為抑制拉索的風雨激振而設計的。然后，表面設置軸向凸起雖可抑制風雨激振的發生，但在高風速下會發生新的氣動失穩現象，因此現在在實際工程中很少應用。表面單向纏繞凸起螺旋線的拉索可減小在拉索上表面形成的雨線，干擾雨線在拉索表面的振蕩，降低拉索發生風雨激振的可能性。但在降雨強度較大的天氣下，這種纏繞螺旋線的拉索仍有可能在螺旋線之間產生雨線，并導致拉索的振動。

在拉索表面設置凹坑增大了拉索的表面粗糙度，會改變拉索表面邊界層內的流體分離，破壞雨線在拉索上表面的形成和振蕩，降低拉索發生風雨激振的可能性。盡管如此，有研究表明：這種表面帶凹坑的拉索有時仍會發生風雨激振。并且，最近的研究表明：這種表面帶凹坑的斜拉索會在有風無雨的天氣下發生大幅干索馳振；在某些情況下，拉索表面的凹坑反而會增大拉索發生干索馳振的可能性。

綜上所述，斜拉索的風雨激振和干索馳振是拉索風致振動中振幅最大、危害最嚴重的兩種氣動失穩現象。但目前的氣動減振措施還不能同時抑制這兩種氣動失穩現象的發生，因此有必提出新的氣動減振措施，開發能同時抑制干索馳振和風雨激振現象的斜拉索。

發明內容

本發明的目的在于針對已有技術存在的缺陷提供一種能抵抗氣動失穩的斜拉橋拉索，這種拉索通過其表面的氣動減振措施來抑制大幅干索馳振和風雨激振的發生，避免拉索發生大幅度振動，提高拉索和斜拉橋的安全性。

為了達到上述目的，本發明的構思是：本發明是在斜拉索表面護套外再增加一個開孔外罩，開孔外罩沿拉索軸向方向呈波浪形，波浪形開孔外罩與斜拉索之間有一定的間隙，并沿拉索軸向每隔一定距離固定在拉索表面護套上。

波浪形開孔外罩的厚度為1～3mm左右，材質可以但不局限于金屬和高分子聚合物，每隔200～500mm固定在斜拉索表面護套上，波浪形開孔外罩內側與拉索表面護套之間的間距10～30mm。波浪形開孔外罩上的孔洞形狀可以是但不局限于圓形、橢圓形和矩形。本發明中，波浪形開孔罩上的孔洞采用圓形開孔，孔洞率為30%～60%。連接件的寬度為波浪形開孔外罩內側與拉索表面護套之間的凈間距，厚度為10～15mm，并使之與拉索和外罩相連接。

根據上述發明構思，本發明采用下述技術方案：