專(zhuān)利名稱：內(nèi)置式拉索橡膠液壓阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑工程的技術(shù)領(lǐng)域，用于斜拉索和其他索結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)振。
背景技術(shù)：
斜拉索和其他索結(jié)構(gòu)在風(fēng)或風(fēng)雨的作用下會(huì)產(chǎn)生自激振動(dòng)。拉索是一個(gè)連續(xù)體， 有無(wú)窮多的固有振動(dòng)頻率。當(dāng)某一階振動(dòng)頻率與風(fēng)流過(guò)拉索產(chǎn)生的渦旋脫落頻率一致時(shí)， 拉索會(huì)產(chǎn)生渦振；隨著風(fēng)速的增大，拉索會(huì)發(fā)生駛振。駛振會(huì)使拉索產(chǎn)生很大的振動(dòng)振幅。 振動(dòng)會(huì)造成拉索的鋼絲在錨固區(qū)附近反復(fù)彎曲，斜拉索的鋼絲是設(shè)計(jì)用來(lái)抵抗周期性的拉力而非彎曲的。拉索振動(dòng)所引起的反復(fù)彎曲會(huì)明顯地降低鋼絲的預(yù)期疲勞壽命。當(dāng)振動(dòng)彎曲累計(jì)達(dá)到一定的次數(shù)，特別是強(qiáng)度大的彎曲短時(shí)間就可使與錨固區(qū)相接的鋼絲因疲勞而斷裂。因此拉索的振動(dòng)不但影響拉索的使用性能和耐久性，也影響到橋梁整體結(jié)構(gòu)的安全性。拉索很容易發(fā)生風(fēng)振，特別是長(zhǎng)且細(xì)的索，更易發(fā)生風(fēng)振而產(chǎn)生疲勞破壞。風(fēng)振的機(jī)理十分復(fù)雜，無(wú)法消除風(fēng)振的誘因，只能采取抗風(fēng)振的措施減小振動(dòng)的破壞或想法提高誘發(fā)索風(fēng)振的風(fēng)速。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)拉索的減振主要方法是采取措施，以提高誘發(fā)索風(fēng)振的風(fēng)速。如果誘發(fā)拉索風(fēng)振的風(fēng)速達(dá)到百年一遇的風(fēng)速以上，拉索不會(huì)發(fā)生風(fēng)振。為此主要有兩種方法，一是提高拉索的固有頻率。拉索像一根弦，其固有頻率與拉索的拉力平方成正比；與索長(zhǎng)成反比。索力無(wú)法改變，但采用輔助索相當(dāng)于將索縮短，從而提高索的固有頻率，也即提高了索結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)振能力。二是增加拉索的結(jié)構(gòu)阻尼。不采取抗風(fēng)振措施的拉索結(jié)構(gòu)阻尼很小，一旦發(fā)生風(fēng)振，拉索振幅很大；增加阻尼是抑制共振的有效方法。結(jié)構(gòu)阻尼也使風(fēng)振的誘發(fā)風(fēng)速得以提高。增加拉索結(jié)構(gòu)阻尼，目前普遍采用兩種方法，一是外置式液壓阻尼器(阻尼液可有多種不同的液體，但結(jié)構(gòu)總是活塞，缸體等組成)。當(dāng)拉索發(fā)生振動(dòng)時(shí)，由于阻尼器一段與橋面連接，一端與拉索連接，阻尼器的活塞會(huì)與缸體有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，阻尼液會(huì)從活塞的縫隙流動(dòng)，產(chǎn)生摩擦，生成阻尼力，抑制拉索的風(fēng)振。外置式液壓阻尼器的缺點(diǎn)是溫度對(duì)阻尼力的影響較大，熱漲冷縮容易使密封件處漏油，安裝在橋面上，對(duì)橋梁景觀有負(fù)面作用，維修養(yǎng)護(hù)較麻煩，價(jià)格也較高；二是采用粘彈性高阻尼橡膠材料做成阻尼圈，放置于拉索的外護(hù)管中。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，養(yǎng)護(hù)工作兩少，價(jià)格便宜，不影響橋梁景觀等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是對(duì)拉索提供了附加剛度，且不能按照拉索抗風(fēng)振所需的阻尼力提供合適的阻尼力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的內(nèi)置式拉索橡膠液壓阻尼器，它結(jié)合了粘彈性高阻尼橡膠阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，又有外置式液壓阻尼器的優(yōu)點(diǎn)。它克服了粘彈性橡膠阻尼器在低頻時(shí)阻尼較小的缺點(diǎn)，也克服了由于溫度使外置式阻尼器容易在密封件處漏油的缺點(diǎn)。 低頻時(shí)振幅較大液壓阻尼器起作用，高頻時(shí)振幅較小，液壓阻尼器阻尼小，但橡膠的內(nèi)阻尼增大，使產(chǎn)品的阻尼在較大的頻域范圍有較大的值，易滿足拉索抗風(fēng)振的需要。產(chǎn)品放置于拉索的鋼護(hù)管內(nèi)，對(duì)橋面的景觀無(wú)任何影響，另外由于克服了熱漲冷縮產(chǎn)生的密封處漏油， 因此不需要養(yǎng)護(hù)維修。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本新型發(fā)明的技術(shù)方案是采用多個(gè)空腔粘彈性高阻尼橡膠件作為阻尼液的液壓缸。各個(gè)空腔的粘彈性橡膠厚度不同，空腔的容積也不同。與拉索密貼的橡膠中的空腔(厚壁空腔)與其它薄壁之腔之間用含有多個(gè)節(jié)流孔的鐵件(類(lèi)似活塞)相連成一單元整體。鐵件上的節(jié)流孔可使各個(gè)空腔的阻尼液相互連通。新型的內(nèi)置式橡膠液壓阻尼器的減振工作原理是當(dāng)拉索發(fā)生風(fēng)振時(shí)，將擠壓橡膠阻尼器的橡膠，使內(nèi)含的一個(gè)空腔體積縮小，內(nèi)部的阻尼液壓力升高，壓迫該空腔的阻尼液通過(guò)含節(jié)流孔的鐵件流向薄壁空腔。由于空腔兩邊的壓力差以及流體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了阻尼力。當(dāng)厚壁空腔的阻尼液通過(guò)鐵件上的節(jié)流孔被迫流向薄壁空腔時(shí)，薄壁空腔的容積會(huì)增大。拉索復(fù)位后，薄壁空腔的橡膠依靠自身的彈性恢復(fù)力，可使流入其中的阻尼液，再通過(guò)鐵件上的節(jié)流孔返回到厚壁腔，再次產(chǎn)生阻尼力。如此周而復(fù)始，源源不斷向振動(dòng)的拉索提供阻尼力，將拉索振動(dòng)現(xiàn)象消除或減小，達(dá)到拉索抗風(fēng)振的目的。調(diào)整阻尼液的粘度，鐵件上孔徑的多少，孔徑的大小，孔道的長(zhǎng)度，可以調(diào)整阻尼器的阻尼力的大小，以滿足拉索抗百年一遇的大風(fēng)不發(fā)生駛振所需附加阻尼力要求。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于①結(jié)合粘彈性高阻尼橡膠的橡膠阻尼和液壓阻尼，克服橡膠低頻阻尼小和阻尼器高頻阻尼小的缺點(diǎn)；②將外置式阻尼器縮小后放在拉索外護(hù)管里， 避免破壞橋面景觀；③變一般液壓阻尼其實(shí)是活塞在缸體中運(yùn)動(dòng)的模式為阻尼液運(yùn)動(dòng)而活塞不動(dòng)；④由于阻尼液的均勻傳遞作用，使得在拉索接觸的各個(gè)方向上均有相同的阻尼量； ⑤通過(guò)對(duì)鐵件上的節(jié)流孔徑，節(jié)流孔的多少和流道長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)，控制阻尼液的流量，使阻尼液與節(jié)流孔之間產(chǎn)生拉索抗風(fēng)振所需的最佳阻尼力；⑥利用橡膠本身的彈性恢復(fù)力，迫使流入薄壁腔的阻尼液再通過(guò)鐵件上的節(jié)流孔返回到厚壁腔中，使阻尼器在拉索振動(dòng)停止后自動(dòng)復(fù)位。
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。根據(jù)拉索的張力、索長(zhǎng)和每米的質(zhì)量可以計(jì)算拉索的自振頻率，再根據(jù)當(dāng)?shù)匕倌暌挥龅娘L(fēng)速，可以計(jì)算出防止該風(fēng)速引起的駛振所需增加的所結(jié)構(gòu)最小阻尼比。這是設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的重要依據(jù)。由此可算出該索所需添加的阻尼力，再根據(jù)阻尼液的粘度確定流道的空數(shù)和孔徑，阻尼器基本就可確定。本發(fā)明新型的內(nèi)置式拉索粘彈性高阻尼橡膠阻尼器裝置由高阻尼橡膠件5、帶節(jié)流孔的鐵件(固定活塞)2、阻尼液8、及缸體空腔6及橡膠底組成。阻尼液8應(yīng)有適當(dāng)粘度。 每根拉索用2-8個(gè)(上下應(yīng)2倍)。本減振裝置可采用數(shù)組并聯(lián)或加大阻尼器直徑的方法來(lái)達(dá)到增加阻尼的目的。安裝使用時(shí)應(yīng)注意使減震器固定螺栓等上緊，高阻尼橡膠適當(dāng)壓縮，以保證拉索在振動(dòng)過(guò)程始終與內(nèi)置式橡膠阻尼器緊密接觸，拉索振動(dòng)時(shí)壓縮阻尼橡膠，橡膠空腔變化， 阻尼液在固定活塞間流動(dòng)，阻尼器充分發(fā)揮作用。


圖1是內(nèi)置式拉索橡膠液壓阻尼器的剖面圖。由高阻尼橡膠件5、帶節(jié)流孔的鐵件 (固定活塞)2、阻尼液8、及缸體空腔6及橡膠底組成。阻尼液8應(yīng)有適當(dāng)粘度。每根拉索用2-8個(gè)(上下應(yīng)2倍)。圖2是內(nèi)置式拉索橡膠液壓阻尼器的安裝圖。
權(quán)利要求
1.新型的內(nèi)置式拉索高阻尼橡膠液壓阻尼器，是指安裝在拉索和外面的鋼護(hù)套管之間的橡膠減振器。它包括高阻尼橡膠件5、帶節(jié)流孔的鐵法蘭(固定活塞)2、阻尼液8及缸體孔腔6(含橡膠底)組成。有著特征幾何尺寸的節(jié)流孔的固定活塞的特征在于阻尼液在節(jié)流孔中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦是由拉索振動(dòng)使橡膠空腔容積變化而產(chǎn)生的。由于節(jié)流孔有特征長(zhǎng)度，腔中的阻尼液有一定質(zhì)量，它與兩端的阻尼液壓差成一振動(dòng)系統(tǒng)。即它有一自振頻率。 當(dāng)自振頻率與拉索的振動(dòng)頻率一致時(shí)，液壓阻尼器的阻尼值最大。調(diào)整節(jié)流孔的大小和長(zhǎng)度可以得到該拉索的最佳阻尼。拉索內(nèi)置式高阻尼橡膠液壓阻尼器使用鍥塊與外面的鋼護(hù)管連接。
2.按權(quán)利1的要求，新型拉索內(nèi)置式高阻尼橡膠液壓阻尼器是利用橡膠空腔容積變化而使阻尼液通過(guò)節(jié)流孔產(chǎn)生摩擦而消耗能量并提供所需的阻尼值，增加單一高阻尼橡膠拉索減振器的阻尼值。
3.按權(quán)利1的要求，新型內(nèi)置式高阻尼橡膠液壓阻尼器，是安裝在拉索與鋼護(hù)管之間的拉索阻尼減振器。
4.按權(quán)利1的要求，新型內(nèi)置式拉索高阻尼橡膠液壓阻尼器，其特征是采用內(nèi)外多個(gè)空腔的橡膠件作為阻尼液的液壓缸，它的活塞(帶孔法蘭)不運(yùn)動(dòng)，缸體容積變化壓迫阻尼液流動(dòng)。法蘭兩邊的橡膠由于壓力變化會(huì)鼓脹，當(dāng)壓力平衡時(shí)恢復(fù)原位。每個(gè)振動(dòng)往復(fù)阻尼液流動(dòng)二次，阻尼值加倍。
5.按權(quán)利1的要求，帶孔法蘭(固定活塞)孔的直徑和長(zhǎng)度可調(diào)整，使孔腔中的阻尼液振動(dòng)頻率與拉索自振頻率相等，阻尼器有最大阻尼。
6.按權(quán)利1的要求，帶孔法蘭(固定活塞)兩邊腔的橡膠壁厚度可調(diào)整，以調(diào)整固定法蘭兩邊腔中阻尼液的壓力差而改變阻尼，滿足拉索減振需要。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了防拉索風(fēng)振的內(nèi)置式高阻尼橡膠液壓阻尼器。其特征是以兩個(gè)橡膠空腔為容器，利用拉索風(fēng)振，使與拉索接近的橡膠腔容積發(fā)生變化，腔中的阻尼液被迫流過(guò)帶孔法蘭，產(chǎn)生摩擦而消耗拉索振動(dòng)的機(jī)械能，提高索結(jié)構(gòu)的阻尼比。調(diào)整阻尼液的黏度，帶孔法蘭中孔的幾何尺寸，可以調(diào)正索結(jié)構(gòu)阻尼比。索結(jié)構(gòu)抗風(fēng)振附加阻尼比需達(dá)到0.1，本產(chǎn)品兼有高阻尼橡膠和外置式液壓阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，附加的阻尼比可達(dá)到0.3以上。本產(chǎn)品造價(jià)低，無(wú)需日常維護(hù)，不影響橋的景觀。其安裝方式與目前廣泛使用的鐵殼外鍥塊固定的高阻尼橡膠減振器相同。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102486038SQ20101056898
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者莊國(guó)華, 徐家靜 申請(qǐng)人:上海方濟(jì)減震器材有限公司, 莊國(guó)華, 徐家靜