[实用新型]一种拉索高阶涡振的气动控制装置

说明书

本实用新型公开了一种拉索高阶涡振的气动控制装置，涉及大跨度桥梁工程拉索振动控制技术领域，解决了已有的控制拉索风雨振的小直径螺旋线(d＝2‑4mm)不能有效控制拉索高阶振动响应；而阻尼器控制措施尽管可以控制拉索高阶振动现象，但拉索高阶振动会在常遇风速下发生，容易导致拉索阻尼器产生疲劳等问题，其技术方案要点是：包括拉索主体，所述拉索主体表面螺旋缠绕有两个或三个螺旋肋；所述螺旋肋的肋体直径为10‑15mm；所述螺旋肋的螺距为拉索主体直径的8‑12倍，通过斜拉索表面缠绕肋体直径较粗的螺旋肋，可有效控制拉索尾流区涡激力的相关性，从而有效控制拉索高阶涡振。

技术领域

本实用新型涉及大跨度桥梁工程拉索振动控制技术领域，更具体地说，它涉及一种拉索高阶涡振的气动控制装置。

背景技术

随着我国交通基础设施建设的推进，跨越山区峡谷和海湾通道工程是当前和今后若干时期交通基础设施建设的重点。大跨度斜拉桥是交通基础设施建设中常用的桥型之一，国家交通基础设施建设规划中的重要通道工程对主跨1200-1500m的斜拉桥具有重大工程需求。随着斜拉桥跨度的进一步增加，最长拉索长度将由目前的580m左右增加到750-800m左右，拉索长径比(L/D，L为拉索长度，D为拉索外径)将达到L/D＝3000-4000左右。超长拉索具有质量轻、刚度低、阻尼比小等特点，在风作用下容易发生风致振动现象，易引起行车者视觉恐慌、拉索阻尼器破坏和拉索锚固区疲劳等问题，严重时可能导致拉索断裂，对桥梁结构安全造成隐患。

目前，国内外部分斜拉桥在运营期发生了较为明显的高阶振动现象。(1)Lank in等实测到美国阿拉巴马州的Cochrane Bridge拉索发生了明显的涡激振动现象，振幅远小于拉索风雨振振幅，且振动卓越模态为第8、9阶。(2)Lynch,Main等观测到美国休斯顿的Fred Hartman Bridge发生了多次较为明显的振动，在中等风速且无雨条件下发生了高频、低幅振动，加速度达到2.0g，振动卓越模态为第6、7阶，部分拉索护套被破坏(Lynch,1999；Main and Jones,2000；Zuo D.,et al.,2008,2010)。(3)日本多多罗大桥拉索风致振动现场实测结果表明，当拉索索端不设阻尼器时，拉索涡激振动会频繁发生，且起振风速较低，当风速为5.0m/s左右时拉索振幅最大，幅值约为2.5cm左右；在拉索锚固区内填充弹性材料或高阻尼橡胶后，拉索振幅降低到原来的1/3左右。(4)梁柱等对深圳湾大桥在台风作用下的风致振动响应进行了实测，结果表明：台风期边跨短索(设置了控制拉索风雨振的小直径螺旋线，而未安装外置阻尼器)发生了明显的风致振动现象，最大加速度响应幅值达12.5m/s²，对应的振动频率为13.0Hz；主跨最长拉索(设置了控制风雨振的螺旋线、安装了外置阻尼器)也发生了相对较大的风致振动现象，最大振幅值达0.75m/s²，对应的卓越振动频率为10-12.5Hz，为多模态振动现象(梁柱等，2009)。(5)储彤以金塘大桥为背景进行了斜拉索风致振动响应实测研究。结果表明：该桥CAC20号拉索加速度最大值达到6.5m/s²，且该索发生了多阶振动，不同时段拉索振动频率不同，主要为5-15Hz(储彤，2013)。(6)Argentini T.等对荷兰埃因霍芬一座环形桥梁拉索风致振动响应进行了现场实测研究，该桥共有20根拉索，拉索长度均为L＝53m，直径为D＝50mm。实测表明当风速为V＝3.0m/s、垂直于风向的拉索会发生明显涡激振动，对应拉索振动频率为10.94Hz，位移为1.60mm(Argentini T.,etal.,2013)。(7)等对比利时一座254米高拉线通讯塔的拉索进行风致振动现场实测研究，该拉线塔共有5层拉索，每一层拉索由4根拉索组成，共20根拉索。实测表明：该拉线塔第3、4、5层拉索发生了明显的涡激振动现象，面内振动响应明显大于面外振动响应；第5层拉索的最大加速度响应峰-峰值达到1.0g，图像视频记录显示拉索振动幅值约为几毫米( V.and Andrianne T.,2017)。(8)Urushadze S.等对一座跨度为50m+50m的人行斜拉桥拉索振动响应进行了现场实测，研究发现当风速较低(V＝1.75-2.0m/s)且垂直于主梁时，该桥的第8、9号拉索发生了明显的高阶涡振现象，对应振动阶数为第6,7和8阶(Urushadze S.,et al.,2018)。(9)Ge等进行了苏通大桥拉索振动研究，发现部分拉索在风速为4-8m/s的范围内会发生9.5-10Hz高阶涡激振动现象。(10)刘志文等以苏通大桥为依托开展了超长拉索高阶振动现场实测研究，发现部分拉索在桥面高度处风速4-10m/s、风向角为50-100°为存在高阶振动现象。拉索高阶振动对应卓越频率分别为9.03Hz和12.3Hz，分别对应第34阶和第47阶，且面内、面外振动频率一致，面内振动响应明显大于面外振动响应(刘志文等，2019；沈静思等，2019)。(11)另外，荆岳长江公路大桥在运营期部分拉索发生了高阶振动现象。(12)2019年9月嘉鱼长江公路大桥在通车前拉索已缠绕防止风雨振的螺旋线措施(螺旋线直径约为3mm左右)，但阻尼器尚未安装时发生了明显高阶振动现象。