[實(shí)用新型]一種拉索高階渦振的氣動(dòng)控制裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202021241331.1
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN212294315U
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志文;沈靜思;李書(shū)瓊;陳政清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號(hào): E01D19/00
• 分類號(hào): E01D19/00;E01D19/16;E01D11/04
• 代理公司: 北京國(guó)坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 趙紅霞

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種拉索高階渦振的氣動(dòng)控制裝置，涉及大跨度橋梁工程拉索振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，解決了已有的控制拉索風(fēng)雨振的小直徑螺旋線(d＝2?4mm)不能有效控制拉索高階振動(dòng)響應(yīng)；而阻尼器控制措施盡管可以控制拉索高階振動(dòng)現(xiàn)象，但拉索高階振動(dòng)會(huì)在常遇風(fēng)速下發(fā)生，容易導(dǎo)致拉索阻尼器產(chǎn)生疲勞等問(wèn)題，其技術(shù)方案要點(diǎn)是：包括拉索主體，所述拉索主體表面螺旋纏繞有兩個(gè)或三個(gè)螺旋肋；所述螺旋肋的肋體直徑為10?15mm；所述螺旋肋的螺距為拉索主體直徑的8?12倍，通過(guò)斜拉索表面纏繞肋體直徑較粗的螺旋肋，可有效控制拉索尾流區(qū)渦激力的相關(guān)性，從而有效控制拉索高階渦振。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及大跨度橋梁工程拉索振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，它涉及一種拉索高階渦振的氣動(dòng)控制裝置。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的推進(jìn)，跨越山區(qū)峽谷和海灣通道工程是當(dāng)前和今后若干時(shí)期交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)。大跨度斜拉橋是交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中常用的橋型之一，國(guó)家交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃中的重要通道工程對(duì)主跨1200-1500m的斜拉橋具有重大工程需求。隨著斜拉橋跨度的進(jìn)一步增加，最長(zhǎng)拉索長(zhǎng)度將由目前的580m左右增加到750-800m左右，拉索長(zhǎng)徑比(L/D，L為拉索長(zhǎng)度，D為拉索外徑)將達(dá)到L/D＝3000-4000左右。超長(zhǎng)拉索具有質(zhì)量輕、剛度低、阻尼比小等特點(diǎn)，在風(fēng)作用下容易發(fā)生風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，易引起行車者視覺(jué)恐慌、拉索阻尼器破壞和拉索錨固區(qū)疲勞等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致拉索斷裂，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全造成隱患。

目前，國(guó)內(nèi)外部分斜拉橋在運(yùn)營(yíng)期發(fā)生了較為明顯的高階振動(dòng)現(xiàn)象。(1)Lank in等實(shí)測(cè)到美國(guó)阿拉巴馬州的Cochrane Bridge拉索發(fā)生了明顯的渦激振動(dòng)現(xiàn)象，振幅遠(yuǎn)小于拉索風(fēng)雨振振幅，且振動(dòng)卓越模態(tài)為第8、9階。(2)Lynch,Main等觀測(cè)到美國(guó)休斯頓的Fred Hartman Bridge發(fā)生了多次較為明顯的振動(dòng)，在中等風(fēng)速且無(wú)雨條件下發(fā)生了高頻、低幅振動(dòng)，加速度達(dá)到2.0g，振動(dòng)卓越模態(tài)為第6、7階，部分拉索護(hù)套被破壞(Lynch,1999；Main and Jones,2000；Zuo D.,et al.,2008,2010)。(3)日本多多羅大橋拉索風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)拉索索端不設(shè)阻尼器時(shí)，拉索渦激振動(dòng)會(huì)頻繁發(fā)生，且起振風(fēng)速較低，當(dāng)風(fēng)速為5.0m/s左右時(shí)拉索振幅最大，幅值約為2.5cm左右；在拉索錨固區(qū)內(nèi)填充彈性材料或高阻尼橡膠后，拉索振幅降低到原來(lái)的1/3左右。(4)梁柱等對(duì)深圳灣大橋在臺(tái)風(fēng)作用下的風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了實(shí)測(cè)，結(jié)果表明：臺(tái)風(fēng)期邊跨短索(設(shè)置了控制拉索風(fēng)雨振的小直徑螺旋線，而未安裝外置阻尼器)發(fā)生了明顯的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，最大加速度響應(yīng)幅值達(dá)12.5m/s²，對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率為13.0Hz；主跨最長(zhǎng)拉索(設(shè)置了控制風(fēng)雨振的螺旋線、安裝了外置阻尼器)也發(fā)生了相對(duì)較大的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，最大振幅值達(dá)0.75m/s²，對(duì)應(yīng)的卓越振動(dòng)頻率為10-12.5Hz，為多模態(tài)振動(dòng)現(xiàn)象(梁柱等，2009)。(5)儲(chǔ)彤以金塘大橋?yàn)楸尘斑M(jìn)行了斜拉索風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)實(shí)測(cè)研究。結(jié)果表明：該橋CAC20號(hào)拉索加速度最大值達(dá)到6.5m/s²，且該索發(fā)生了多階振動(dòng)，不同時(shí)段拉索振動(dòng)頻率不同，主要為5-15Hz(儲(chǔ)彤，2013)。(6)Argentini T.等對(duì)荷蘭埃因霍芬一座環(huán)形橋梁拉索風(fēng)致振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，該橋共有20根拉索，拉索長(zhǎng)度均為L(zhǎng)＝53m，直徑為D＝50mm。實(shí)測(cè)表明當(dāng)風(fēng)速為V＝3.0m/s、垂直于風(fēng)向的拉索會(huì)發(fā)生明顯渦激振動(dòng)，對(duì)應(yīng)拉索振動(dòng)頻率為10.94Hz，位移為1.60mm(Argentini T.,etal.,2013)。(7)等對(duì)比利時(shí)一座254米高拉線通訊塔的拉索進(jìn)行風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，該拉線塔共有5層拉索，每一層拉索由4根拉索組成，共20根拉索。實(shí)測(cè)表明：該拉線塔第3、4、5層拉索發(fā)生了明顯的渦激振動(dòng)現(xiàn)象，面內(nèi)振動(dòng)響應(yīng)明顯大于面外振動(dòng)響應(yīng)；第5層拉索的最大加速度響應(yīng)峰-峰值達(dá)到1.0g，圖像視頻記錄顯示拉索振動(dòng)幅值約為幾毫米( V.and Andrianne T.,2017)。(8)Urushadze S.等對(duì)一座跨度為50m+50m的人行斜拉橋拉索振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)風(fēng)速較低(V＝1.75-2.0m/s)且垂直于主梁時(shí)，該橋的第8、9號(hào)拉索發(fā)生了明顯的高階渦振現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)振動(dòng)階數(shù)為第6,7和8階(Urushadze S.,et al.,2018)。(9)Ge等進(jìn)行了蘇通大橋拉索振動(dòng)研究，發(fā)現(xiàn)部分拉索在風(fēng)速為4-8m/s的范圍內(nèi)會(huì)發(fā)生9.5-10Hz高階渦激振動(dòng)現(xiàn)象。(10)劉志文等以蘇通大橋?yàn)橐劳虚_(kāi)展了超長(zhǎng)拉索高階振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，發(fā)現(xiàn)部分拉索在橋面高度處風(fēng)速4-10m/s、風(fēng)向角為50-100°為存在高階振動(dòng)現(xiàn)象。拉索高階振動(dòng)對(duì)應(yīng)卓越頻率分別為9.03Hz和12.3Hz，分別對(duì)應(yīng)第34階和第47階，且面內(nèi)、面外振動(dòng)頻率一致，面內(nèi)振動(dòng)響應(yīng)明顯大于面外振動(dòng)響應(yīng)(劉志文等，2019；沈靜思等，2019)。(11)另外，荊岳長(zhǎng)江公路大橋在運(yùn)營(yíng)期部分拉索發(fā)生了高階振動(dòng)現(xiàn)象。(12)2019年9月嘉魚(yú)長(zhǎng)江公路大橋在通車前拉索已纏繞防止風(fēng)雨振的螺旋線措施(螺旋線直徑約為3mm左右)，但阻尼器尚未安裝時(shí)發(fā)生了明顯高階振動(dòng)現(xiàn)象。