[發明專利]一種基于剪切增稠液體的高阻尼斜拉索

有效

• 申請號: 201710095307.8
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106948264B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 魏明海;齊佩佩;孫麗;張春巍;朱春陽
• 申請（專利權）人: 沈陽建筑大學
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16;D07B1/14
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 呂敏

本發明涉及一種基于剪切增稠液體(Shear thickening fluid,STF)的高阻尼斜拉索，屬于斜拉索振動控制領域。由芯層、STF夾層帶、索股層、STF纏包帶、內層保護套和外層保護套構成；芯層內設置多個索股，相鄰的索股之間充滿STF，芯層外包覆有STF夾層帶，STF夾層帶緊貼敷有索股層，索股之間充滿STF，最外索股層設有STF纏包帶，STF纏包帶外層設置內層保護套，內層保護套外層設置外層保護套。斜拉索發生振動時，一是索股之間產生相對運動，STF增強索股之間的摩擦力；二是STF夾層帶里STF瞬時由液相轉變為固相，發生剪切增稠行為，從而提供附加高阻尼力；三是STF纏包帶具有高阻尼特性。

技術領域

本發明屬于斜拉索振動控制技術領域，具體涉及一種基于剪切增稠液體的高阻尼斜拉索。

背景技術

自上世紀60年代瑞典的Stromsund橋建成以來，斜拉橋由于其具有優良的力學性能和優美的建筑造型，已經作為一種新型的橋梁結構在全世界范圍內涌現。且隨著人類社會發展的需要，斜拉橋的跨度已經超越千米，如蘇通大橋(1088m)、昂船洲大橋(1018m)、Russky Island橋(1104m)以及正在建設的滬通長江大橋(1092m)等。隨著斜拉橋跨度的不斷增加，斜拉索也將隨之變得更長、更柔，其振動特性對千米級大跨度斜拉橋的危害性越來越明顯，主要表現在：(1)引起索錨固端產生局部疲勞裂紋，導致拉索失效；(2)加劇主梁的動力響應，影響車輛的正常通行；(3)引起人們對斜拉橋整體穩定性和安全性的懷疑。

斜拉索的振動控制通常有被動控制、主動控制和半主動控制，但是最簡單、最易實現、最經濟的方式是被動控制。早期的硅油阻尼器出力恒定且較小(粘度大約為10Pas)，隨著大跨斜拉橋及其斜拉索的不斷發展，硅油阻尼器由于缺乏靈活性和對突發性環境變化較差的應變能力已由智能材料構成的阻尼器所取代，如電流變液體(ERF)，磁流變液體(MRF)、形狀記憶合金(SMA)以及壓電材料(PZT)等。然而，由這些智能材料構成的阻尼器其振動控制行為往往取決于外界能量的輸入。以MRF阻尼器為例，其阻尼力的大小取決于外界的磁場變化，且單一的MRF阻尼器所提供的阻尼力和初始剛度比較有限難以滿足大跨度斜拉索減振控制的要求，在快速荷載(如強風，地震)作用下，MRF阻尼器甚至還存在響應時間問題。而剪切增稠流體(STF)材料是一種被動智能材料，具有高度非線性力學性能，當其剪切速率超過某一閾值時，STF依據其剪切增稠特性瞬間增稠進而消耗能量，且無需外界磁場或電場。因此，基于STF設計制作的斜拉索有望為超長斜拉索的減振控制提供新的思路。

專利號為201410427327.7的發明專利公開了一種基于碳纖維和鋼絞線的高阻尼復合斜拉索，在芯層和復合層之間填充有粘彈性阻尼材料，復合層由若干復合纖維緊密排列構成，相鄰的復合層之間緊密貼合，復合纖維由一根高強鋼絲六根碳纖維絲制成，六根碳纖維絲包繞在高強鋼絲的外圍，絞合為一體。但是，現有的復合斜拉索在使用時，存在以下缺陷：現有技術中芯層和復合層之間填充有粘彈性阻尼材料，該彈性阻尼材料受環境溫度、頻率、應變幅值和預壓縮量的影響顯著，比如剪切模量隨著溫度降低快速降低。

發明內容

針對現有技術中斜拉索在環境荷載作用下極易發生的大幅振動行為，本發明提供一種基于剪切增稠液體的高阻尼的斜拉索，該斜拉索能依據環境荷載特征瞬時增大其阻尼，從而抑制斜拉索的大幅振動，并可在荷載消失后，斜拉索恢復初始狀態，且整個過程無需外界能量輸入，本發明采用的技術方案是：

本發明一種基于剪切增稠液體的高阻尼斜拉索，由內層到外層依次設置芯層、STF夾層帶、索股層、STF纏包帶、內層保護套和外層保護套；所述芯層內設置多個索股，相鄰的索股之間充滿STF顆粒，芯層外包覆有STF夾層帶，STF夾層帶外為索股層，STF夾層帶與索股層間隔設置，索股層內設置多個索股，相鄰索股之間充滿STF，最外層索股層外設有STF纏包帶，STF纏包帶外層設置內層保護套，內層保護套外層設置外層保護套。

進一步地，所述STF夾層帶里面填充STF，STF夾層帶至少設置一層。