一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內(nèi)至外分別由高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲、表面護(hù)套、螺旋肋和開孔外罩組成；所述高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲固定在表面護(hù)套內(nèi)，所述表面護(hù)套與開孔外罩為同心圓管，所述開孔外罩與表面護(hù)套之間留有一定的間隙，間隙空間內(nèi)設(shè)置至少一條與圓管同軸的螺旋肋，螺旋肋的內(nèi)外螺旋邊分別與表面護(hù)套和開孔外罩的管壁固結(jié)。本發(fā)明沿拉索軸向的開孔外罩可破壞拉索卡門渦脫的規(guī)律性以及軸向流和軸向渦的規(guī)律性，降低拉索氣動(dòng)作用力沿拉索軸向的相關(guān)性，從而破壞干索馳振發(fā)生條件。
【專利說明】一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代橋梁朝著大跨徑、更輕巧的方向發(fā)展，斜拉橋因其本身所具有的特性而成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)最為常用的橋梁結(jié)構(gòu)之一，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。拉索作為斜拉橋的主要承重構(gòu)件，其質(zhì)量直接決定了斜拉橋的壽命與安全。由于斜拉橋特殊的工作環(huán)境，強(qiáng)風(fēng)引起的振動(dòng)是導(dǎo)致斜拉索損壞的主要原因之一。而更換由于振動(dòng)損壞的斜拉索費(fèi)用約占全橋成本的1/4?1/3，因此研發(fā)可有效抑制拉索風(fēng)致振動(dòng)的控制措施有重大的工程意義。
[0003]斜拉橋拉索會(huì)發(fā)生多種形式的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，發(fā)生的機(jī)理各不相同。其中振動(dòng)幅度最大、危害最嚴(yán)重的是拉索的風(fēng)雨激振和干索馳振。拉索的風(fēng)雨激振是在風(fēng)和雨共同作用下發(fā)生的大幅低頻振動(dòng)，在過去20多年里被各國學(xué)者廣泛關(guān)注和研究。而拉索的干索馳振則是在有風(fēng)無雨天氣下發(fā)生大振幅氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，這是最近才在實(shí)際斜拉橋上發(fā)現(xiàn)的一種新的拉索振動(dòng)形式。
[0004]對于斜拉索的風(fēng)致振動(dòng)現(xiàn)象，常用的振動(dòng)控制方法主要有三種: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。
[0005]機(jī)械控制措施是一種通過在拉索上附加阻尼器來提高拉索結(jié)構(gòu)阻尼的減振方法。但由于拉索風(fēng)雨激振和干索馳振是大幅低頻振動(dòng)，因而傳統(tǒng)阻尼器的減振效果不大。并且隨著拉索長度的增加，傳統(tǒng)阻尼器的相對效率也將越來越低。
[0006]典型的結(jié)構(gòu)控制措施是采用輔助索將不同拉索聯(lián)結(jié)。輔助索的作用是減小索的有效長度，提高索的固有頻率，使拉索之間產(chǎn)生動(dòng)力耦合，從而達(dá)到降低拉索振動(dòng)的目的。輔助索能減小拉索的振幅，卻沒有消除拉索發(fā)生氣動(dòng)失穩(wěn)的發(fā)生條件，因而無法避免拉索產(chǎn)生氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，因此經(jīng)常會(huì)發(fā)生輔助索疲勞破壞的事故。
[0007]空氣動(dòng)力學(xué)控制措施主要通過對拉索表面進(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)有效的控制措施。目前常用的空氣動(dòng)力學(xué)措施是在拉索表面設(shè)置軸向凸起、在拉索表面單向纏繞凸起螺旋線以及在拉索表面設(shè)置凹坑。
[0008]上述拉索空氣動(dòng)力學(xué)控制措施主要是為抑制拉索的風(fēng)雨激振而設(shè)計(jì)的。然而，表面設(shè)置軸向凸起雖可抑制風(fēng)雨激振的發(fā)生，但在高風(fēng)速下會(huì)發(fā)生新的氣動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，因此現(xiàn)在實(shí)際工程中很少應(yīng)用。表面單向纏繞凸起螺旋線的拉索可減小在拉索上表面形成的雨線，干擾雨線在拉索表面的振蕩，降低拉索發(fā)生風(fēng)雨激振的可能性。但降雨強(qiáng)度較大時(shí)，這種纏繞螺旋線的拉索仍有可能在螺旋線之間產(chǎn)生雨線，并導(dǎo)致拉索的振動(dòng)。
[0009]在拉索表面設(shè)置凹坑增大了拉索的表面粗糙度，會(huì)改變拉索表面邊界層內(nèi)的流體分離，破壞雨線在拉索上表面的形成和振蕩，降低拉索發(fā)生風(fēng)雨激振的可能性。盡管如此，有研究表明:這種表面帶凹坑的拉索有時(shí)仍會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振。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。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，這種斜拉索通過其表面的氣動(dòng)減振措施來抑制大幅干索馳振和風(fēng)雨激振的發(fā)生，避免拉索發(fā)生大幅度振動(dòng)，提高斜拉索和斜拉橋的安全性。
[0011]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內(nèi)至外分別由高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲、表面護(hù)套、螺旋肋和開孔外罩組成；所述高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲固定在表面護(hù)套內(nèi)，所述表面護(hù)套與開孔外罩為同心圓管，所述開孔外罩與表面護(hù)套之間留有一定的間隙，間隙空間內(nèi)設(shè)置至少一條與圓管同軸的螺旋肋，螺旋肋的內(nèi)外螺旋邊分別與表面護(hù)套和開孔外罩的管壁固結(jié)。
[0012]所述螺旋肋的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽舐菪蛴衣菪菪叩臄?shù)量隨著表面護(hù)套管徑的增大而增大，且螺旋肋的截面為四邊形。所述開孔外罩上的孔洞是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設(shè)置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向?qū)挾仍O(shè)置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋的線型正交，使開孔外罩在使用中受力均勻，環(huán)剛性好。所述開孔外罩的厚度為I?3mm，材質(zhì)為金屬或高分子聚合物，開孔外罩的內(nèi)側(cè)與表面護(hù)套之間的凈間距為O?20mm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的開孔外罩生產(chǎn)制造更方便；拉索的迎風(fēng)面積小，靜力風(fēng)荷載低。
[0014]開孔外罩上的孔洞沿拉索軸線方向呈螺旋形變化，這可以破壞風(fēng)荷載的相關(guān)性，從而降低作用在拉索上的靜力風(fēng)荷載。開孔外罩上的孔洞使得在開孔外罩表面不易形成雨線，而部分通過開孔外罩滴落在拉索表面護(hù)套上的雨水會(huì)順著拉索護(hù)套與開孔外罩之間的螺旋肋有序流出。這阻斷了上雨線的形成，從而避免拉索發(fā)生風(fēng)雨激振。另外開孔外罩上的孔洞可提高作用在斜拉索表面上的氣流湍流度，這也會(huì)破壞有規(guī)律上雨線的形成，有助于抑制風(fēng)雨激振的發(fā)生。沿拉索軸向的開孔外罩可破壞拉索卡門渦脫的規(guī)律性以及軸向流和軸向渦的規(guī)律性，降低拉索氣動(dòng)作用力沿拉索軸向的相關(guān)性，從而破壞干索馳振發(fā)生條件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明帶圓形開孔外罩的斜拉索示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明帶條形開孔外罩的斜拉索示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明帶開孔外罩的斜拉索剖面示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明帶開孔外罩的斜拉索橫截面A-A示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
[0020]如圖1至圖4所示，一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內(nèi)至外分別由高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲2、表面護(hù)套3、螺旋肋4和開孔外罩5組成；所述高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲2固定在表面護(hù)套3內(nèi)，所述表面護(hù)套3與開孔外罩5為同心圓管，所述開孔外罩5與表面護(hù)套3之間留有一定的間隙，間隙空間內(nèi)設(shè)置至少一條與圓管同軸的螺旋肋4，螺旋肋4的內(nèi)外螺旋邊分別與表面護(hù)套3和開孔外罩5的管壁固結(jié)。
[0021]所述螺旋肋4的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽舐菪蛴衣菪?螺旋肋4的數(shù)量隨著表面護(hù)套3管徑的增大而增大，且螺旋肋4的截面為四邊形。
[0022]所述開孔外罩5上的孔洞6是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設(shè)置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向?qū)挾仍O(shè)置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋4的線型正交，使開孔外罩5在使用中受力均勻，環(huán)剛性好。
[0023]所述開孔外罩5的厚度為I?3mm，材質(zhì)為金屬或高分子聚合物，開孔外罩5的內(nèi)側(cè)與表面護(hù)套3之間的凈間距為O?20mm。
【權(quán)利要求】
1.一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，由內(nèi)至外分別由高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲(2)、表面護(hù)套(3)、螺旋肋(4)和開孔外罩(5)組成；所述高強(qiáng)度鍍鋅鋼絲(2)固定在表面護(hù)套(3)內(nèi)，所述表面護(hù)套(3)與開孔外罩(5)為同心圓管，所述開孔外罩(5)與表面護(hù)套(3)之間留有一定的間隙，間隙空間內(nèi)設(shè)置至少一條與圓管同軸的螺旋肋(4)，螺旋肋(4)的內(nèi)外螺旋邊分別與表面護(hù)套(3)和開孔外罩(5)的管壁固結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述螺旋肋(4)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)樽舐菪蛴衣菪?，螺旋?4)的數(shù)量隨著表面護(hù)套(3)管徑的增大而增大，且螺旋肋(4)的截面為四邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述開孔外罩(5)上的孔洞(6)是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設(shè)置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向?qū)挾仍O(shè)置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋(4)的線型正交，使開孔外罩(5)在使用中受力均勻，環(huán)剛性好。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述開孔外罩(5)的厚度為I?3mm,材質(zhì)為金屬或高分子聚合物,開孔外罩(5)的內(nèi)側(cè)與表面護(hù)套(3)之間的凈間距為O?20mm。
【文檔編號(hào)】E01D19/16GK104264585SQ201410473437
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】杜曉慶, 張利平, 李俊軍, 曾靜麗 申請人:上海大學(xué)