制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)，包括長方體結(jié)構(gòu)的殼體，殼體的側(cè)面縱向設有若干列孔，殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu)，還包括承臺、橋塔、加勁梁、橋塔及懸掛于水中的兩個制動器，橋塔豎立固定于承臺上，加勁梁的兩端均通過鋼索將制動器懸吊于水中，橋塔上縱向設有若干連接節(jié)點，加勁梁上橫向設置有若干連接節(jié)點，橋塔上的連接節(jié)點與加勁梁上相應的連接節(jié)點通過斜拉索相連接。本實用新型可以有效的制振能力強。
【專利說明】制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于橋梁設計領(lǐng)域，具體涉及一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]斜拉橋在施工過程中，主梁往往采用懸臂拼裝法施工，在主梁尚未合龍前，由于斜拉索、邊跨輔助墩以及施工臨時墩等結(jié)構(gòu)因素的影響下，經(jīng)常會出現(xiàn)風振不利狀態(tài)，這種現(xiàn)象在風洞試驗中也得到了證實。因此，不能忽視斜拉橋施工階段的風致振動響應。
[0003]目前，針對斜拉橋最大雙懸臂施工階段風致振動的控制方法主要采用TMD、MTMD和臨時支墩等方法。
[0004]調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper簡稱TMD)對結(jié)構(gòu)風振響應的控制是有效的，它也是工程中應用最為廣泛的控制方法之一。目前，TMD用于結(jié)構(gòu)振動控制的有效性已經(jīng)為大量的工程實例所證實，但是，單個TMD的控制效果對其頻率較為敏感，當頻率略微偏離設計值時，控制效果便會極大下降。只有當TMD系統(tǒng)的自振頻率調(diào)到與結(jié)構(gòu)受控頻率一致時，TMD系統(tǒng)才能達到最優(yōu)控制效果。也就是說TMD對結(jié)構(gòu)振動頻率變化非常敏感，一旦結(jié)構(gòu)振動頻率發(fā)生變化，偏離了 TMD的自振頻率，TMD系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)的振動控制效果會大大下降，甚至加劇結(jié)構(gòu)的振動(失調(diào))。
[0005]而米用多個TMD (Multiple Tuned Mass Dampers簡稱MTMD)使其頻率分布在一定范圍內(nèi)，則能提高控制系統(tǒng)的魯棒性，以達到較好的減振效果。MTMD系統(tǒng)對于TMD系統(tǒng)的優(yōu)勢是非常明顯的，主要表現(xiàn)在:(I)MTMD系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)控制時的有效控制頻率不是一個單一數(shù)值，而是具有一定控制范圍；(2)在任何質(zhì)量比下，MTMD系統(tǒng)的減振效果比TMD系統(tǒng)的減振效果好；(3)相對于單個的TMD，MTMD系統(tǒng)可以將單個又大又重的質(zhì)量塊分解為多個小而輕的質(zhì)量塊，有益于工程上制作、安裝及使用，更容易在工程建設中推廣。
[0006]另外，大跨度斜拉橋懸臂施工還經(jīng)常使用抗風臨時支墩，包括:支墩基礎(chǔ)，在支墩基礎(chǔ)上至少設有5根豎直的鋼管立柱，在鋼管立柱的上端連接有一分配梁，其中兩個鉸鏈支座左右對稱地設在分配梁上，鉸鏈支座上端的滑板通過錨桿與懸澆主梁連接；在鋼管立柱的上端還設有多根纜風繩。但上述抗風措施雖然都能取得一定的制振效果，但它們的造價較為昂貴且施工過程比較復雜。
實用新型內(nèi)容
[0007]本實用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種制振器及基于該制振器的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)，該制振器及系統(tǒng)可以有效的制振能力強。
[0008]為達到上述目的，本實用新型包括長方體結(jié)構(gòu)的殼體，殼體的側(cè)面縱向設有若干列孔，殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu)，所述制振器懸吊于水中。
[0009]所述殼體左右兩側(cè)面設有N列孔，N為正整數(shù)，殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直。
[0010]所述殼體的前后兩側(cè)面上均設有一列孔。[0011]所述殼體的長為3米，寬為3米，高為5米。
[0012]所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設有一列孔，孔的直徑為15cm。
[0013]所述殼體的左右兩側(cè)面的中部均開設有五列直徑為6cm孔，相鄰兩列孔之間的間距為45cm，殼體的前后兩側(cè)面的中部均開設有一列孔，孔的直徑為30cm。
[0014]相應的，本實用新型還提供了一種施工階段的斜拉橋系統(tǒng)，包括承臺(I)、加勁梁
(2)、橋塔(3)及懸掛于水中的兩個制動器，橋塔(3)豎立固定于承臺(I)上，加勁梁(2)的兩端均通過鋼索將制動器懸吊于水中，橋塔(3)上縱向設有若干連接節(jié)點，加勁梁(2)上橫向設置有若干連接節(jié)點，橋塔(3)上的連接節(jié)點與加勁梁(2)上相應的連接節(jié)點通過斜拉索相連接。
[0015]本實用新型具有以下有益效果:
[0016]本實用新型中的制振器的側(cè)面設有若干列孔，當制振器懸吊于水中時，水會在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流，在施工階段的斜拉橋系統(tǒng)中制振器及加勁梁的兩端通過鋼索相連接，當加勁梁發(fā)生振動時，則帶動水下的制振器進行運動，由于制振器懸吊于水中，制振器在水下的往復運動會受到水的阻力作用，從而達到耗能制振的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型所述的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本實用新型中對比模型的壓力云圖；
[0019]圖3為本實用新型中對比模型的速率云圖；
[0020]圖4為本實用新型中模型I的截面圖；
[0021]圖5為本實用新型中模型I懸吊于水中的壓力云圖；
[0022]圖6為本實用新型中模型I懸吊于水中的速率云圖；
[0023]圖7為本實用新型中模型I懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0024]圖8為本實用新型中模型2的截面圖；
[0025]圖9為本實用新型中模型2懸吊于水中的壓力云圖；
[0026]圖10為本實用新型中模型2懸吊于水中的速率云圖；
[0027]圖11為本實用新型中模型2懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0028]圖12為本實用新型中模型3的截面圖；
[0029]圖13為本實用新型中模型3懸吊于水中的壓力云圖；
[0030]圖14為本實用新型中模型3懸吊于水中的速率云圖；
[0031]圖15為本實用新型中模型3懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0032]圖16為本實用新型中模型4的截面圖；
[0033]圖17為本實用新型中模型4懸吊于水中的壓力云圖；
[0034]圖18為本實用新型中模型4懸吊于水中的速率云圖；
[0035]圖19為本實用新型中模型4懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0036]圖20為本實用新型中模型5的截面圖；
[0037]圖21為本實用新型中模型5懸吊于水中的壓力云圖；
[0038]圖22為本實用新型中模型5懸吊于水中的速率云圖；
[0039]圖23為本實用新型中模型5懸吊于水中的流跡線分布圖；[0040]圖24為本實用新型中模型6的截面圖；
[0041]圖25為本實用新型中模型6懸吊于水中的壓力云圖；
[0042]圖26為本實用新型中模型6懸吊于水中的速率云圖；
[0043]圖27為本實用新型中模型6懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0044]圖28為本實用新型中模型7的截面圖；
[0045]圖29為本實用新型中模型7懸吊于水中的壓力云圖；
[0046]圖30為本實用新型中模型7懸吊于水中的速率云圖；
[0047]圖31為本實用新型中模型7懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0048]圖32為本實用新型中模型8的截面圖；
[0049]圖33為本實用新型中模型8懸吊于水中的壓力云圖；
[0050]圖34為本實用新型中模型8懸吊于水中的速率云圖；
[0051]圖35為本實用新型中模型8懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0052]圖36為本實用新型中模型9的截面圖；
[0053]圖37為本實用新型中模型9懸吊于水中的壓力云圖；
[0054]圖38為本實用新型中模型9懸吊于水中的速率云圖；
[0055]圖39為本實用新型中模型9懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0056]圖40為本實用新型中模型10的截面圖；
[0057]圖41為本實用新型中模型10懸吊于水中的壓力云圖；
[0058]圖42為本實用新型中模型10懸吊于水中的速率云圖；
[0059]圖43為本實用新型中模型10懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0060]圖44為本實用新型中模型11的截面圖；
[0061]圖45為本實用新型中模型11懸吊于水中的壓力云圖；
[0062]圖46為本實用新型中模型11懸吊于水中的速率云圖；
[0063]圖47為本實用新型中模型11懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0064]圖48為本實用新型中模型12的截面圖；
[0065]圖49為本實用新型中模型12懸吊于水中的壓力云圖；
[0066]圖50為本實用新型中模型12懸吊于水中的速率云圖；
[0067]圖51為本實用新型中模型12懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0068]圖52為本實用新型中模型13的截面圖；
[0069]圖53為本實用新型中模型13懸吊于水中的壓力云圖；
[0070]圖54為本實用新型中模型13懸吊于水中的速率云圖；
[0071]圖55為本實用新型中模型13懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0072]圖56為本實用新型中模型14的截面圖；
[0073]圖57為本實用新型中模型14懸吊于水中的壓力云圖；
[0074]圖58為本實用新型中模型14懸吊于水中的速率云圖；
[0075]圖59為本實用新型中模型14懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0076]圖60為本實用新型中模型15的截面圖；
[0077]圖61為本實用新型中模型15懸吊于水中的壓力云圖；
[0078]圖62為本實用新型中模型15懸吊于水中的速率云圖；[0079]圖63為本實用新型中模型15懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0080]圖64為本實用新型中模型16的截面圖；
[0081]圖65為本實用新型中模型16懸吊于水中的壓力云圖；
[0082]圖66為本實用新型中模型16懸吊于水中的速率云圖；
[0083]圖67為本實用新型中模型16懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0084]圖68為本實用新型中模型17的截面圖；
[0085]圖69為本實用新型中模型17懸吊于水中的壓力云圖；
[0086]圖70為本實用新型中模型17懸吊于水中的速率云圖；
[0087]圖71為本實用新型中模型17懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0088]圖72為本實用新型中模型18的截面圖；
[0089]圖73為本實用新型中模型18懸吊于水中的壓力云圖；
[0090]圖74為本實用新型中模型18懸吊于水中的速率云圖；
[0091]圖75為本實用新型中模型18懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0092]圖76為本實用新型中模型19的截面圖；
[0093]圖77為本實用新型中模型19懸吊于水中的壓力云圖；
[0094]圖78為本實用新型中模型19懸吊于水中的速率云圖；
[0095]圖79為本實用新型中模型19懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0096]圖80為本實用新型中模型20的截面圖；
[0097]圖81為本實用新型中模型20懸吊于水中的壓力云圖；
[0098]圖82為本實用新型中模型20懸吊于水中的速率云圖；
[0099]圖83為本實用新型中模型20懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0100]圖84為本實用新型中模型21的截面圖；
[0101]圖85為本實用新型中模型21懸吊于水中的壓力云圖；
[0102]圖86為本實用新型中模型21懸吊于水中的速率云圖；
[0103]圖87為本實用新型中模型21懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0104]圖88為本實用新型中模型22的截面圖；
[0105]圖89為本實用新型中模型22懸吊于水中的壓力云圖；
[0106]圖90為本實用新型中模型22懸吊于水中的速率云圖；
[0107]圖91為本實用新型中模型22懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0108]圖92為本實用新型中模型23的截面圖；
[0109]圖93為本實用新型中模型23懸吊于水中的壓力云圖；
[0110]圖94為本實用新型中模型23懸吊于水中的速率云圖；
[0111]圖95為本實用新型中模型23懸吊于水中的流跡線分布圖；
[0112]圖96為本實用新型中模型24的截面圖；
[0113]圖97為本實用新型中模型24懸吊于水中的壓力云圖；
[0114]圖98為本實用新型中模型24懸吊于水中的速率云圖；
[0115]圖99為本實用新型中模型24懸吊于水中的流跡線分布圖。
[0116]其中，I為承臺、2為加勁梁、3為橋塔。【具體實施方式】
[0117]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述:
[0118]參考圖1，本實用新型所述的施工階段的斜拉橋系統(tǒng)包括承臺1、橋塔3、加勁梁2、橋塔3及懸掛于水中的兩個制動器，橋塔3豎立固定于承臺I上，加勁梁2的兩端均通過鋼索將制動器懸吊于水中，橋塔3上縱向設有若干連接節(jié)點，加勁梁2上橫向設置有若干連接節(jié)點，橋塔3上的連接節(jié)點與加勁梁2上相應的連接節(jié)點通過斜拉索相連接，所述制振器包括長方體結(jié)構(gòu)的殼體，殼體的側(cè)面縱向設有若干列孔，殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu)，使用過程中，水會在制振器內(nèi)產(chǎn)生湍流，從而實現(xiàn)制振的目的。
[0119]依據(jù)對稱性和盡量產(chǎn)生紊流的要求，設計了制振器的外形:在內(nèi)部空洞的制振器表面打孔，使水流在制振器內(nèi)部產(chǎn)生湍流，從而達到耗能的目的。
[0120]制振器在水中運動受到的阻力分為壓力與粘滯力兩部分:
[0121]Fd = Fp+Fv (I)
[0122]其中，F(xiàn)d-制振器的阻力；Fp_制振器的表面壓力差；FV_制振器的表面粘滯力。可以看出，大尺寸的阻尼器表面壓力和粘滯力大，從而能更有效地提供阻尼，然而施工方便的使用要求又需要制振器體積盡可能小，提出了通過改變制振器外形使其在水中運動時產(chǎn)生紊流，在保持制振器尺寸的前提下增大制振器受到的阻力的方案。
[0123]依據(jù)施工階段的制振器使用要求，提出在最大雙懸臂處固定鋼纜，將加勁梁2與制振器相連接。當加勁梁2發(fā)生振動時，將帶動制振器運動，制振器的往復運動受到水的阻力作用，從而達到耗能制振的目的。
[0124]下面將通過仿真來具體說明
[0125]為了驗證封閉式開孔水下制振器將振效果的有效性，下面將采用計算流體力學軟件Fluent對制振器的阻力系數(shù)進行數(shù)值模擬計算，為減少計算量，將三維模型簡化為二維平面模型，采用等比例縮小的方法，反映開孔率、孔口大小及孔口間距對阻力系數(shù)的影響變化趨勢，計算參數(shù)如下:
[0126]a.制振器尺寸:20 X 20cm ;
[0127]b.流體:水，密度 P = 1000Kg/m3，粘度 μ = IXKT3Pa.s ；
[0128]c.邊界條件:制振器上游為速度入口，兩側(cè)為對稱邊界，出口邊界為充分發(fā)展流，模型表面為光滑壁面；
[0129]d.計算域確定:計算域大小的確定以邊界條件不影響封閉式開孔水下制振器周圍壓力分布為準，入口與兩側(cè)距制振器均為100cm，出口距制振器為200cm ；
[0130]e.湍流模型:采用二維5方程的雷諾應力模型來計算湍流，使用非定常流計算，在初始步驟迭代至阻力系數(shù)穩(wěn)定，以0.0Ols的時間步長計算至5s，最終阻力系數(shù)以5s內(nèi)的阻力系數(shù)平均值計。
[0131]在仿真過程中，設定對比模型中的制振器的側(cè)面沒有設置任何開孔，其懸吊到水中的壓力云圖及流跡線圖如圖2及圖3所示。
[0132]仿真實驗一
[0133]參考圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、
圖17、圖18及圖19，所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設有一列孔，殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直，在仿真過程中分別取四個模型，其中模型I中孔的直徑為1cm，模型2中孔的直徑為2cm，模型3中孔的直接為3cm，模型4中孔的直接為4cm。
[0134]制振器開孔后，水流由孔口進入制振器內(nèi)部，帶動制振器內(nèi)部流體運動，制振器內(nèi)部的流跡線顯示，制振器內(nèi)部產(chǎn)生了不同大小的旋渦，旋渦運動受到流體粘滯力的作用，從而使制振器內(nèi)部的旋渦運動越強烈，流體受粘滯力越大，從而耗散更多能量，增大阻力系數(shù)。然而，開孔會直接減少表面壓力，又減少阻力系數(shù)，并且開孔也會影響制振器的外部繞流形式，從而影響制振器阻力的大小。
[0135]模型I內(nèi)部渦旋相對平緩，模型2、模型3及模型4的內(nèi)部渦旋相對復雜。隨著開孔增大，制振器下游孔口的流出速度增大。從模型4的流跡線可以看出，水流幾乎是從上游孔口徑直流出下游孔口。從速率云圖看出，模型4流入制振器與流出制振器的水流速度幾乎相等，這必然減小制振器表面壓力。對模型I~4的阻尼系數(shù)計算結(jié)果如下表5-1所示。
[0136]表5-1
[0137]
【權(quán)利要求】
1.一種制振器，其特征在于，所述制振器懸吊于水中，包括長方體結(jié)構(gòu)的殼體，殼體的側(cè)面縱向設有若干列孔，殼體的底面及頂部均為正方形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，所述殼體左右兩側(cè)面設有N列孔，N為正整數(shù)，殼體的左側(cè)面與水流的方向垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，所述殼體的前后兩側(cè)面上均設有一列孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，所述殼體的長為3米，寬為3米，高為5米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，所述殼體左側(cè)面的中部及右側(cè)面的中部均設有一列孔，孔的直徑為15cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，所述殼體的左右兩側(cè)面的中部均開設有五列直徑為6cm孔，相鄰兩列孔之間的間距為45cm，殼體的前后兩側(cè)面的中部均開設有一列孔，孔的直徑為30cm。
7.—種施工階段的斜拉橋系統(tǒng)，基于權(quán)利要求1所述的制振器，其特征在于，包括承臺(I)、加勁梁(2)、橋塔(3)及懸掛于水中的兩個制動器，橋塔(3)豎立固定于承臺(I)上，力口勁梁(2)的兩端均通過鋼索將制動器懸吊于水中，橋塔(3)上縱向設有若干連接節(jié)點，加勁梁(2)上橫向設置有若干連接節(jié)點，橋塔(3)上的連接節(jié)點與加勁梁(2)上相應的連接節(jié)點通過斜拉索相連接。
【文檔編號】E01D11/04GK203821225SQ201320838761
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李宇, 王森, 車艷陽, 李琛, 王濤 申請人:長安大學