專利名稱：能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種斜拉橋的拉索，特別是一種能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索。
背景技術(shù)：
斜拉索作為斜拉橋的主要承重構(gòu)件，具有自重小、柔度大、阻尼低等特點(diǎn)，因此在風(fēng)荷載作用下極易發(fā)生振動(dòng)。斜拉索的風(fēng)致振動(dòng)影響因素多、機(jī)理復(fù)雜、振動(dòng)形式多，常見的拉索風(fēng)致振動(dòng)類型包括渦激振動(dòng)、尾流馳振、風(fēng)雨激振和干索馳振等。其中，風(fēng)雨激振是在風(fēng)雨共同作用下發(fā)生的，各國(guó)研究者在過去的20年里對(duì)風(fēng)雨激振現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究。而干索馳振則是在有風(fēng)無雨的天氣下發(fā)生的大幅風(fēng)致振動(dòng)，是最近才在斜拉橋上發(fā)現(xiàn)的一種新的拉索風(fēng)致振動(dòng)形式。干索馳振的發(fā)生機(jī)理不同于渦激振動(dòng)、尾流馳振和風(fēng)雨激振，為避免干索馳振的發(fā)生，需要采用新的振動(dòng)控制方法。斜拉索的大幅振動(dòng)會(huì)引起拉索的疲勞、在索錨接合處產(chǎn)生疲勞裂紋、造成拉索防腐系統(tǒng)的破壞，嚴(yán)重危害斜拉橋的安全性，并造成行人的心理恐慌。目前常用的拉索振動(dòng)控制方法為機(jī)械控制措施、結(jié)構(gòu)控制措施和空氣動(dòng)力學(xué)控制措施。機(jī)械控制措施是一種通過在拉索兩端安裝阻尼器來提高拉索結(jié)構(gòu)阻尼的減振方法。但由于拉索干索馳振和風(fēng)雨激振是大幅低頻振動(dòng)，普通的阻尼器對(duì)其的減振效果不大。 并且隨著拉索長(zhǎng)度的增加，傳統(tǒng)阻尼器的相對(duì)效率也將越來越低。結(jié)構(gòu)控制措施是采用輔助索將不同拉索聯(lián)結(jié)。輔助索能提高拉索的振動(dòng)頻率，能減小拉索的振幅，但卻無法避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振和干索馳振，因此經(jīng)常發(fā)生輔助索疲勞破壞的事故?？諝鈩?dòng)力學(xué)控制措施主要通過對(duì)拉索表面進(jìn)行特殊處理來改善拉索的空氣動(dòng)力學(xué)性能，被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)有效的減振措施。目前在實(shí)際斜拉橋上常用的拉索氣動(dòng)減振措施包括在拉索表面設(shè)置軸向凸起、在拉索表面單向纏繞凸起的螺旋線和在拉索表面設(shè)置凹坑(分別見附圖1、附圖2和附圖3)。上述氣動(dòng)減振措施的主要目的是抑制拉索的風(fēng)雨激振。然而，表面設(shè)置軸向凸起的氣動(dòng)措施雖可抑制風(fēng)雨激振的發(fā)生，但在高風(fēng)速下會(huì)發(fā)生新的拉索氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。在拉索表面單向纏繞凸起的螺旋線可破壞雨線在拉索上表面的形成，干擾雨線在拉索上表面的振蕩，降低了拉索發(fā)生風(fēng)雨激振的可能性；但凸起的螺旋線增加了拉索的迎風(fēng)面積，從而會(huì)增大拉索的阻力系數(shù)。在拉索表面設(shè)置凹坑的氣動(dòng)措施可提高拉索表面的粗糙度，改變拉索表面邊界層內(nèi)的流體分離；破壞雨線在拉索表面的形成，降低拉索發(fā)生風(fēng)雨激振的可能性。盡管如此，在風(fēng)洞試驗(yàn)中和實(shí)際斜拉橋上均發(fā)現(xiàn)表面帶凹坑的拉索有時(shí)仍會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振現(xiàn)象。并且，最近的研究表明這種表面帶凹坑的斜拉索會(huì)在有風(fēng)無雨的天氣下發(fā)生大幅干索馳振；在某些情況下，拉索表面的凹坑反而會(huì)增大拉索發(fā)生干索馳振的可能性。因此，為了避免拉索發(fā)生干索馳振和風(fēng)雨激振現(xiàn)象，降低拉索發(fā)生風(fēng)致振動(dòng)的可能性，提高斜拉索和斜拉橋的安全性，有必要開發(fā)新的對(duì)干索馳振和風(fēng)雨激振均有抑制作用的氣動(dòng)減振措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有拉索氣動(dòng)減振措施的不足，提供一種能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，它帶有新的氣動(dòng)減振措施，這種新的氣動(dòng)措施可有效抑制斜拉索的干索馳振和風(fēng)雨激振現(xiàn)象，同時(shí)可避免拉索阻力系數(shù)的增大。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的構(gòu)思是在斜拉索的表面護(hù)套上沿兩個(gè)相反的旋轉(zhuǎn)方向開設(shè)雙向螺旋狀凹槽，并可根據(jù)實(shí)際需要沿兩個(gè)相反的旋轉(zhuǎn)方向上分別設(shè)置1 根、2根或多根凹槽。螺旋狀凹槽的螺距可調(diào)整，螺距在ID 6D之間(D為拉索表面護(hù)套的外徑)。凹槽的形狀可以是但不局限于圓弧形、矩形或者梯形，凹槽寬度為2 5_，凹槽深度為2 5mmο這種雙向螺旋狀凹槽的氣動(dòng)措施可單獨(dú)使用，也可與表面設(shè)凹坑的氣動(dòng)措施一起使用，即在帶雙向螺旋狀凹槽的拉索表面再設(shè)置凹坑。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，由中心鋼絲索和表面護(hù)套構(gòu)成，其特征在于所述表面護(hù)套的外表面有螺旋狀凹槽，該螺旋狀凹槽為沿兩個(gè)相反方向螺旋的雙向螺旋狀凹槽；該雙向螺旋狀凹槽能改變拉索表面的邊界層分離點(diǎn)，破壞有規(guī)律的卡門渦脫的發(fā)生；兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的凹槽，能破壞沿拉索軸向形成軸向流和軸向渦，改變拉索周圍的三維結(jié)構(gòu)，降低氣動(dòng)作用力強(qiáng)度及其沿拉索軸向的相關(guān)性，破壞拉索干索馳振的發(fā)生條件，抑制干索現(xiàn)象的發(fā)生；雙向螺旋狀凹槽構(gòu)成雨水在拉索表面的流淌路徑，防止雨線在拉索上表面的形成，阻礙雨線在拉索表面的振蕩，避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振。所述雙向螺旋狀凹槽是在兩個(gè)相反旋轉(zhuǎn)方向上各有一根或多根螺旋狀凹槽。所述螺旋狀凹槽的螺距為ID飛D，D為拉索的表面護(hù)套的外徑，凹槽的橫截面形狀為圓弧形、矩形或梯形，該凹槽寬度為2 5mm，深度為2 5mm。所述表面護(hù)套的表面分布著凹坑；該凹坑提高了拉索表面粗糙度，進(jìn)一步破壞雨線在拉索表面的形成和振蕩，降低拉索干索馳振和風(fēng)雨激振的發(fā)生概率。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)
1)雙向螺旋狀的凹槽能改變拉索表面的邊界層分離點(diǎn)，破壞有規(guī)律的卡門渦脫的發(fā)生；相反方向旋轉(zhuǎn)的凹槽能破壞沿拉索軸向形成軸向流和軸向渦，改變拉索周圍的三維流態(tài)結(jié)構(gòu)，降低氣動(dòng)作用力強(qiáng)度及其沿拉索軸向的相關(guān)性，破壞拉索干索馳振的發(fā)生條件，抑制干索馳振現(xiàn)象的發(fā)生。2)雙向螺旋狀的凹槽能作為雨水在拉索表面的流淌路徑，防止雨線在拉索上表面的形成，阻礙雨線在拉索表面的振蕩。使得在降雨天氣下，拉索的圓形外形不被雨線所改變，避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振現(xiàn)象。3)在設(shè)置了雙向螺旋狀凹槽的拉索表面再設(shè)置凹坑，可進(jìn)一步破壞雨線在拉索上表面的形成和振蕩，并可提高拉索的表面粗糙度，進(jìn)一步降低拉索干索馳振和風(fēng)雨激振的發(fā)生概率。4)在拉索表面設(shè)置凹槽的氣動(dòng)措施不會(huì)增加拉索的迎風(fēng)面積，這可避免增大拉索氣動(dòng)阻力。


圖1為以往表面設(shè)軸向凸起的拉索照片。圖2為以往單向纏繞凸起螺旋線的拉索照片。圖3為以往表面設(shè)置凹坑的拉索照片。圖4為本發(fā)明帶雙向螺旋凹槽的拉索示意圖。圖5為本發(fā)明帶雙向螺旋凹槽拉索的示意圖。圖6為本發(fā)明帶雙向螺旋凹槽和表面凹坑的拉索三維結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)構(gòu)

如下 實(shí)施例一
參考圖4，本能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索為帶雙向螺旋狀凹槽的斜拉索， 先在斜拉索護(hù)套的光滑表面沿一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向開設(shè)螺旋狀凹槽，然后再沿另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向在拉索表面開設(shè)螺旋狀凹槽?？筛鶕?jù)實(shí)際需要在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上分別設(shè)置1根、2根或多根凹槽。圖4所示斜拉索1由內(nèi)至外分別為高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲2、表面護(hù)套3和螺旋狀凹槽 4。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處是
參考圖6，本能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索為帶雙向螺旋凹槽和表面凹坑的斜拉索，先在斜拉索護(hù)套的光滑表面設(shè)置凹坑，然后沿一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向在拉索表面開設(shè)螺旋狀凹槽4，最后再沿另一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向在拉索表面開設(shè)螺旋狀凹槽4?？筛鶕?jù)實(shí)際需要在兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上分別設(shè)置1根、2根或多根凹槽。所述螺旋狀凹槽4的螺距為ID飛D，D為拉索1的表面護(hù)套2的外徑，凹槽的橫截面形狀為圓弧形、矩形或梯形，該凹槽寬度為2 5mm， 深度為2 5匪。實(shí)施例三
本實(shí)施例與實(shí)施例二基本相同，特別之處是
參見圖6，本斜拉索1由內(nèi)至外分別由高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲2和表面護(hù)套3構(gòu)成，表面護(hù)套 3上有螺旋狀凹槽4和凹坑5。
權(quán)利要求
1.一種能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，由中心鋼絲索(2)和表面護(hù)套(3) 構(gòu)成，其特征在于所述表面護(hù)套(3)的外表面有螺旋狀凹槽(4)，該螺旋狀凹槽(4)為沿兩個(gè)相反方向螺旋的雙向螺旋狀凹槽；該雙向螺旋狀凹槽能改變拉索表面的邊界層分離點(diǎn)， 破壞有規(guī)律的卡門渦脫的發(fā)生；兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的凹槽，能破壞沿拉索軸向形成軸向流和軸向渦，改變拉索周圍的三維結(jié)構(gòu)，降低氣動(dòng)作用力強(qiáng)度及其沿拉索軸向的相關(guān)性，破壞拉索干索馳振的發(fā)生條件，抑制干索現(xiàn)象的發(fā)生；雙向螺旋狀凹槽構(gòu)成雨水在拉索表面的流淌路徑，防止雨線在拉索上表面的形成，阻礙雨線在拉索表面的振蕩，避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，其特征在于所述雙向螺旋狀凹槽是在兩個(gè)相反旋轉(zhuǎn)方向上各有一根或多根螺旋狀凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，其特征在所述螺旋狀凹槽(4)的螺距為HT6D，D為拉索(1)的表面護(hù)套(2)的外徑，凹槽的橫截面形狀為圓弧形、矩形或梯形，該凹槽寬度為2飛mm，深度為2飛mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索，其特征在于所述表面護(hù)套(3)的表面分布著凹坑(5)；該凹坑(5)提高了拉索表面粗糙度，進(jìn)一步破壞雨線在拉索表面的形成和振蕩，降低拉索干索馳振和風(fēng)雨激振的發(fā)生概率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種能抑制干索馳振和風(fēng)雨激振的斜拉橋拉索。它由中心鋼絲索和表面護(hù)套構(gòu)成，其特征在于所述表面護(hù)套的外表面有螺旋狀凹槽，該螺旋狀凹槽為沿兩個(gè)相反方向螺旋的雙向螺旋狀凹槽；該雙向螺旋狀凹槽能改變拉索表面的邊界層分離點(diǎn)，破壞有規(guī)律的卡門渦脫的發(fā)生；兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的凹槽，能破壞沿拉索軸向形成軸向流和軸向渦，改變拉索周圍的三維結(jié)構(gòu)，降低氣動(dòng)作用力強(qiáng)度及其沿拉索軸向的相關(guān)性，破壞拉索干索馳振的發(fā)生條件，抑制干索現(xiàn)象的發(fā)生；雙向螺旋狀凹槽構(gòu)成雨水在拉索表面的流淌路徑，防止雨線在拉索上表面的形成，阻礙雨線在拉索表面的振蕩，避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振。
文檔編號(hào)E01D19/16GK102286919SQ20111019797
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者杜曉慶, 費(fèi)陳杰, 趙燕 申請(qǐng)人:上海大學(xué)