斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器

摘要

一种斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器是一种用于大跨桥梁斜拉索或大跨输电线振动抑制的装置，该装置能很好地对斜拉索振动起到很好的耗能作用。该装置主要由变截面弹簧钢、质量块、粘弹性阻尼器、钢杆和连接件组成。通过两边质量块面内上下振动引起弹簧钢产生往复变形，从而致使粘弹性阻尼器耗能减振；两端质量块随体系振动产生的集中力叠加到连接件上，对斜拉索产生调频质量阻尼器效应，从而发挥减振效果。本发明使用的变截面弹簧钢中间截面大，往两端截面逐渐变小，既安全可靠性，又使得振动过程中两端质量块振幅较大，从而使粘弹性阻尼器发挥显著的减振效果。

说明书

技术领域

一种斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器是一种用于大跨桥梁斜拉索或大跨 输电线振动抑制的装置。

背景技术

广泛存在于大跨桥梁斜拉索或大跨输电线的减振技术是一个非常重要的研 究领域，在风力的作用下，处于一定姿态的斜拉索很容易发生大振幅的振动，斜 拉索的剧烈振动会导致其锚固区出现裂纹，索套破裂，降低斜拉索的使用寿命， 增加桥梁的养护费及更大的经济损失，甚至引发桥梁突发事故。在斜拉索风振控 制方面，目前常用的方法是在斜拉索上安装阻尼器，例如磁流变阻尼器、摩擦阻 尼器等达到减振的目的。但是这些阻尼器的最大缺点就是不能随着振动大小调节 阻尼力，难以达到理想的减振效果。本专利正是考虑到此种情况，特别利用弹簧 钢和粘弹性材料结合制作减振器，弹簧钢是一种优良的冶金材料，具有较强的弹 性和疲劳性，在受到交变应力作用产生变形时，依靠弹性变形吸收外部能量。粘 弹性材料为高分子聚合物，是一种性能优良的耗能材料，这种材料既具有粘性又 具有的弹性。一部分能量像位能那样储存起来，另一部分能量则被转化成热能耗 散掉。本装置正是运用弹簧钢和粘弹性材料的耗能特性而制成的一种斜拉索抑振 粘弹性调频质量阻尼器是，在风力作用下，斜拉索发生振动时，该装置中弹簧钢 产生往复变形，耗散振动的能量，同时引起粘弹性阻尼器耗能减振。

发明内容

技术问题：本发明的目的是研制出一种构造简单、价格低廉、使用方便、适 用范围广泛、减振性能强大的斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器。

技术方案：本发明的一种斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器包括变截面弹簧 钢、质量块、粘弹性阻尼器、钢杆和连接件；其中，钢杆和变截面弹簧钢刚性连 接，质量块和变截面弹簧钢焊接连接，连接件与变截面弹簧钢及斜拉索均采用刚 性连接，可以避免阻尼器发生以连接件为中心的转动；由于整个装置可以沿斜拉 索或输电线周边各个方向进行连接，故能够有效的抑制柔性结构(斜拉索或输电 线)面内、面外各个方向的振动。斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器整体结构示 意图见附图1。

在强风作用力下，两端质量块随体系振动产生的惯性力主要有两个：一个是 作用在质量块与弹簧钢连接点上，沿着弹簧钢在该点方向的集中力，另一个是饶 该点转动方向的力矩。

质量块和变截面弹簧钢焊接连接，以质量块与弹簧钢的连接点，沿着弹簧钢 在该点方向的集中力上下振动使弹簧钢产生往复变形，从而引起粘弹性阻尼器的 耗能减振，减小动力系统的振动能量，并增加动力系统的阻尼比。

两端质量块随体系振动产生对称的集中力和力矩，其中力矩由于左右对称正 好抵消，集中力由两侧弹簧钢法向集中力的竖向分力叠加到连接件上，该集中力 抑制了柔性结构的振动，即调频质量阻尼器效应，从而起到减振效果，有效的保 护了结构免于破坏。

本专利结构中使用的65Mn弹簧钢，该材料能有很高的疲劳极限，以及良好 的抗蠕变和抗松弛性能。该材料中间截面大，往两端截面逐渐变小，。既保证了 振动过程中中间受力较大部分的安全可靠性，又使得振动过程中两端质量块振幅 较大，从而使得粘弹性阻尼器发挥显著的减振效果。

有益效果：本发明的斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器为被动减振装置，具 有构造简单、价格低廉、使用方便、适用范围广泛、减振性能强大等优点；该装 置采用65Mn弹簧钢，该材料有很高的疲劳极限和良好的抗蠕变和抗松弛性能， 质量块面内上下振动引起弹簧钢产生往复变形，导致粘弹性阻尼器耗能减振，减 小动力系统的振动能量。两端质量块随体系振动产生对称的集中力和力矩，其中 力矩由于左右对称而抵消，集中力的竖向分力叠加到连接件上，对斜拉索产生抑 振作用，从而发挥减振效果。

附图说明

图1为斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器整体结构示意图，图中有：(1)斜 拉索或输电线等柔性结构；(2)变截面弹簧钢；(3)质量块；(4)粘弹性阻尼器； (5)钢杆；(6)连接件。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种斜拉索抑振粘弹性调频质量阻尼器由变截面弹簧 钢(2)、质量块(3)、粘弹性阻尼器(4)、钢杆(5)和连接件(6)组成。其中， 钢杆(5)和变截面弹簧钢(2)刚性连接，质量块(3)和变截面弹簧(2)钢焊 接连接，连接件(6)与变截面弹簧钢(2)及斜拉索(1)均采用刚性连接；以 连接件(6)为中心对称设计，可以有效的避免或减小柔性结构在横向风力作用 下的破坏。对称结构的采用及刚性连接的设计，可以避免阻尼器发生以连接件(6) 为中心的转动。由于整个装置可以沿斜拉索或输电线(1)周边各个方向进行连 接，故可以有效的抑制斜拉索或输电线(1)面内、面外各个方向的振动。

在强风作用力下，两端质量块(3)随体系振动产生的惯性力主要有两个： 一个是作用在质量块(3)与弹簧钢(2)连接点上，沿着弹簧钢(2)在该点方 向的集中力，另一个是饶该点转动方向的力矩。

质量块(3)和变截面弹簧钢(2)焊接连接，以质量块(3)与变截面弹簧 钢(2)连接点，沿着弹簧钢(2)在该点方向的集中力上下振动使弹簧钢(2) 产生往复变形，从而引起粘弹性阻尼器(4)的耗能减振，减小动力系统的振动 能量，并增加动力系统的阻尼比。

两端质量块(3)随体系振动产生对称的集中力和力矩，由于结构的对称性， 最后施加给斜拉索或输电线(1)上的力只有在装置与斜拉索或输电线(1)刚性 连接点上沿垂直方向的集中力，该集中力由两侧弹簧钢(2)方向集中力的竖向 分力叠加到连接件上，而集中力矩正好抵消。该集中力抑制了柔性结构的振动， 即调频质量阻尼器效应，从而起到减振效果，有效的保护了结构免于破坏。

本专利结构中使用的65Mn弹簧钢(2)，该材料依靠弹性变形吸收外部能量， 能承受一定的塑性变形，以及足够的能承受外部能量的韧性。该材料能在交变应 力作用下长期工作，有很高的疲劳极限，以及良好的抗蠕变和抗松弛性能。该材 料中间截面大，往两端截面逐渐变小。既保证了振动过程中中间受力较大部分的 安全可靠性，又使得振动过程中两端质量块振幅较大，从而使得粘弹性阻尼器发 挥显著的减振效果。