一种悬索桥抗风装置

摘要

本发明公开了一种悬索桥抗风装置，包括绳索和阻尼装置，所述绳索的上端与悬索桥梁体长度方向的边缘处相连接，所述绳索的下端与所述阻尼装置相连接，所述阻尼装置依靠自身浮力和所述绳索提供的拉力悬浮于水中；当悬索桥的梁体发生风致振动时，梁体通过绳索带动阻尼装置在水中运动，阻尼装置在水中运动时受到与运动方向相反的阻力，阻尼装置上下往复运动需克服水的阻力做功，从而耗散梁体振动的能量，使梁体由运动状态恢复到静止状态。

说明书

技术领域

本发明属于悬索桥技术领域，具体是涉及一种悬索桥抗风装置。

背景技术

悬索桥是目前跨越能力最大的桥型，在跨越海峡、湖泊及大江大河时具有很强的竞争力。在跨径超千米的桥梁中，悬索桥占据了主导地位。但是悬索桥结构刚度弱，抗风性能较差，甚至在风速较小时，结构仍有发生涡振、颤振的风险，影响桥梁的正常通行，甚至给结构安全带来威胁。

梁体发生涡振或颤振时，必然伴随着桥面的扭转或竖向弯曲，具体表现为桥面的竖向运动。悬索桥风振的发生是一个渐进的过程，风对结构做功，结构从风中吸收能量，桥梁结构可以看作一个弹性结构体系，缺乏能量耗散机制，在风的作用下，结构储存的能量越来越大，结构振幅逐渐增大。

为避免各类风致振动，通常在悬索桥的梁体采取各种气动措施，如采用风嘴、导流板、稳定版及梁体中央开槽等。这些气动措施的主要目的在于减小风对梁体的作用，降低桥梁发生风致振动的可能性。然而，由于风环境的不确定性，现有措施难以做到完全避免悬索桥的风致振动。

设计一种能够及时耗散结构振动能量的装置，将悬索桥的风振消除在萌芽阶段，是相关领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种悬索桥抗风装置。该悬索桥抗风装置能够在悬索桥发生风致振动时，有效抑制梁体的竖向移动，及时耗散梁体振动的能量，使梁体由运动状态恢复到静止状态。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种悬索桥抗风装置，包括绳索和阻尼装置，所述绳索的上端与悬索桥梁体长度方向的边缘处相连接，所述绳索的下端与所述阻尼装置相连接，所述阻尼装置依靠自身浮力和所述绳索提供的拉力悬浮于水中；

当悬索桥的梁体发生风致振动时，梁体通过绳索带动阻尼装置在水中运动，阻尼装置在水中受到与运动方向相反的阻力，阻尼装置上下往复运动克服水的阻力做功，从而耗散梁体振动的能量，使梁体由运动状态恢复到静止状态。

可选的，绳索为竖直布设。绳索、所述边缘处和阻尼装置位于同一条竖直的直线上。这样设置的目的是，由于绳索倾斜布设时，在水流作用下会使倾斜布设的绳索抻拉张紧，此时绳索会对梁体具有一个水平上的分力，这个分力会引起梁体的横向变形，对梁体造成危害。所以，将绳索、所述边缘处和阻尼装置置于同一条竖直的直线上，能够避免梁体受到绳索的水平分力。

可选的，绳索处于张紧状态。利用张紧状态的绳索1能够确保阻尼装置随时处于工作状态，确保该悬索桥抗风装置全天候抑制、消除梁体竖向振动。

进一步的，阻尼装置至少包括浮力组件，所述浮力组件的自身重力大于其浮力，自身重力超出浮力的部分由所述绳索承担。

进一步的，浮力组件包括多个浮力单元，多个所述浮力单元沿竖向间隔布设。这样能够通过调整浮力单元的数量来调节浮力组件的浮力大小。

进一步的，所述浮力组件还包括竖直布设的限位筒，多个所述浮力单元通过所述限位筒相连接，多个所述浮力单元的中心轴均与所述限位筒的中心轴相重合。其中，限位筒的作用是限制阻尼装置的平面位置，仅能沿定位桩上下运动；避免阻尼装置在水流作用下改变位置。

进一步的，所述阻尼装置还包括用于定位所述限位筒的定位桩，所述定位桩的下端插入水位冲刷面以下的土体或岩体内，所述定位桩的上端竖直伸入所述限位筒，所述限位筒可沿所述定位桩上下移动。

其中，定位桩的作用是为了定位限位筒，定位桩的下端插入水位冲刷面以下的土体或岩体内，这样能够确保定位桩自身的位置，使其不发生倾斜和位移，定位桩的上端竖直伸入限位筒，限位筒可沿所述定位桩上下移动。

可选的，定位桩包括钢管和位于钢管内的混凝土浇筑体。

进一步的，浮力组件包括加劲板，加劲板位于上下相邻的两个浮力单元之间，所述加劲板将上方的浮力单元、下方的浮力单元和周侧的限位筒相连接。通过设置加劲板以增大浮力单元刚度，减小浮力单元在水的阻力作用下的变形，改善浮力单元与限位筒处的受力。

可选的，浮力单元为扁平的圆柱体，且为空心圆柱体。这样的结构能够产生浮力。

其它优点：本发明通过设置耗能阻尼装置抑制悬索桥风振，为悬索桥抗风设计提供了一个新的思路。

该阻尼装置可设置在悬索桥梁体纵向任意部位，可根据实际工程需求对振动进行更有效的抑制。

该阻尼装置并非依靠悬索桥自身构件耗能，耗能过程中不会引起悬索桥结构的损伤。

由于该装置与桥梁本身相对独立，便于检修更换，期间不影响桥梁正常使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明安装在悬索桥上的使用状态示意图；

图2为本发明悬浮在水中的使用状态示意图；

图3为本发明浮力组件的结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图。

附图标记说明:

1—绳索；2—阻尼装置；20—浮力组件；

201—浮力单元；201a—底板；201b—顶板；

201c—侧板；202—限位筒；203—加劲板；

21—定位桩；211—钢管；212—混凝土浇筑体；

3—梁体；4—水位冲刷面。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

图1示出了本申请悬索桥抗风装置安装在悬索桥上的使用状态示意图。图2示出了本申请悬索桥抗风装置悬浮于水中的使用状态示意图。

如图1和图2所示的一种悬索桥抗风装置，包括绳索1和阻尼装置2。

绳索1的上端连接在悬索桥梁体3长度方向的边缘处，绳索1的下端与阻尼装置2相连接。具体的，绳索1和阻尼装置2一一对应构成一组，在悬索桥的梁体3延伸方向(即梁体3的长度方向)间隔布设为多组，且布设在梁体3长度方向相对的两个边缘处。

绳索1为竖直布设，即绳索1由梁体3长度方向的边缘处竖直向下，绳索1、所述边缘处和阻尼装置2位于同一条竖直的直线上。这样设置的目的是，由于绳索1倾斜布设时，在水流作用下会使倾斜布设的绳索1抻拉张紧，此时绳索1会对梁体3具有一个水平上的分力，这个分力会对梁体3造成危害，所以，将绳索1、所述边缘处和阻尼装置2位于同一条竖直的直线上，能够减小或避免上述分力。

同时，绳索1还处于张紧状态，利用张紧状态的绳索1能够确保阻尼装置2随时处于工作状态，确保该悬索桥抗风装置可全天候处于抑制、抵消梁体1风致振动的状态。

绳索1可以采用钢丝绳、钢绞绳或其它强度达标的绳索，本申请对此不做限制。

阻尼装置2悬浮在水中，其依靠自身浮力和所述绳索1提供的拉力悬浮于水中。

当悬索桥的梁体3发生风致振动时，梁体3通过绳索1带动阻尼装置2在水中运动，阻尼装置2在水中受到与运动方向相反的阻力，阻尼装置2如此上下往复运动克服水的阻力做功，从而耗散梁体3振动的能量，使梁体3由运动状态恢复到静止状态。此阻尼装置2实际上增大了结构本身阻尼，可以大大降低结构风振风险。

图3为本申请浮力组件的结构示意图，图4为图3的A-A剖视图。

如图3和图4所示，阻尼装置2至少包括浮力组件20。本实施例中，阻尼装置2还包括定位桩21。

其中，浮力组件20的自身重力大于其浮力，自身重力超出浮力的部分由绳索1承担。

具体的，浮力组件20包括多个浮力单元201，多个浮力单元201沿竖向间隔布设。浮力组件20还包括限位筒202和加劲板203。

优选的，浮力单元201为扁平的圆柱体，且为空心圆柱体，其包括上下相对布设的底板201a和顶板201b，以及绕设在底板201a和顶板201b之间周侧的侧板201c，底板201a和顶板201b均为圆形板，底板201a、顶板201b和侧板201c构成一个空心的圆柱体。通过调整浮力单元201的数量来调节浮力组件20的浮力大小。

限位筒202为竖直布设，多个浮力单元201通过限位筒202相连接，多个浮力单元201的中心轴均与限位筒202的中心轴相重合。这样能保证浮力单元201不会发生倾斜，保持在水平状态。限位筒202的上端与绳索1的下端相连接。

限位筒202的内径稍大于定位桩21的直径，限位筒202套在定位桩21外侧。限位筒202的作用是保持阻尼装置2平面位置不变，仅能沿定位桩21上下运动。

如图3和图4所示，加劲板203位于上下相邻的两个浮力单元201之间，加劲板203用于将上方的浮力单元201、下方的浮力单元201和周侧的限位筒202相连接。这样有效的提升了整个浮力组件20的结构强度。

另外，定位桩21的作用是为了定位限位筒202，定位桩21的下端插入水位冲刷面4以下的土体或岩体内，这样能够确保定位桩21自身的位置，使其不发生倾斜和位移，定位桩21的上端竖直伸入限位筒202，限位筒202可沿所述定位桩21上下移动。

一方面，定位桩21通过插入水位冲刷面4以下的土体或岩体内使其自身能够实现良好定位，有效固定浮力组件20的平面位置；另一方面能够为限位筒202的上下移动提供引导，进而确保浮力组件20能够顺畅的上下移动。

如图2所示，定位桩21包括钢管211和混凝土浇筑体212，混凝土浇筑体212是由浇筑在钢管211内的混凝土制成。

本实施例中，当阻尼装置2在无风振时，仅仅通过绳索2将一部分力(阻尼装置2自身重力与所受浮力的差值)传递至梁体3，由于浮力存在，梁体3几乎不受影响。当风振发生时，阻尼装置2所受水的阻力与振动强度正相关，振幅越大，阻尼装置2受到阻力越大，减振效果越强。阻尼装置2中的浮力单元201的数量可以根据需要沿限位筒202方向任意布设。浮力单元201增大了与水的接触面积，有效增大阻力。定位桩21与限位筒202的配合可以使阻尼装置2保持平面位置，使悬吊阻尼装置2的绳索1保持竖直，避免水流通过阻尼装置对桥梁产生横向作用力。本阻尼装置2可沿梁体2纵向布置多个，增大结构阻尼，有效降低风振的风险。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。