专利名称：内置式拉索橡胶液压阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑工程的技术领域，用于斜拉索和其他索结构的抗风振。
背景技术：
斜拉索和其他索结构在风或风雨的作用下会产生自激振动。拉索是一个连续体， 有无穷多的固有振动频率。当某一阶振动频率与风流过拉索产生的涡旋脱落频率一致时， 拉索会产生涡振；随着风速的增大，拉索会发生驶振。驶振会使拉索产生很大的振动振幅。 振动会造成拉索的钢丝在锚固区附近反复弯曲，斜拉索的钢丝是设计用来抵抗周期性的拉力而非弯曲的。拉索振动所引起的反复弯曲会明显地降低钢丝的预期疲劳寿命。当振动弯曲累计达到一定的次数，特别是强度大的弯曲短时间就可使与锚固区相接的钢丝因疲劳而断裂。因此拉索的振动不但影响拉索的使用性能和耐久性，也影响到桥梁整体结构的安全性。拉索很容易发生风振，特别是长且细的索，更易发生风振而产生疲劳破坏。风振的机理十分复杂，无法消除风振的诱因，只能采取抗风振的措施减小振动的破坏或想法提高诱发索风振的风速。目前国内外对拉索的减振主要方法是采取措施，以提高诱发索风振的风速。如果诱发拉索风振的风速达到百年一遇的风速以上，拉索不会发生风振。为此主要有两种方法，一是提高拉索的固有频率。拉索像一根弦，其固有频率与拉索的拉力平方成正比；与索长成反比。索力无法改变，但采用辅助索相当于将索缩短，从而提高索的固有频率，也即提高了索结构的抗风振能力。二是增加拉索的结构阻尼。不采取抗风振措施的拉索结构阻尼很小，一旦发生风振，拉索振幅很大；增加阻尼是抑制共振的有效方法。结构阻尼也使风振的诱发风速得以提高。增加拉索结构阻尼，目前普遍采用两种方法，一是外置式液压阻尼器(阻尼液可有多种不同的液体，但结构总是活塞，缸体等组成)。当拉索发生振动时，由于阻尼器一段与桥面连接，一端与拉索连接，阻尼器的活塞会与缸体有相对运动，阻尼液会从活塞的缝隙流动，产生摩擦，生成阻尼力，抑制拉索的风振。外置式液压阻尼器的缺点是温度对阻尼力的影响较大，热涨冷缩容易使密封件处漏油，安装在桥面上，对桥梁景观有负面作用，维修养护较麻烦，价格也较高；二是采用粘弹性高阻尼橡胶材料做成阻尼圈，放置于拉索的外护管中。它具有结构简单，安装方便，养护工作两少，价格便宜，不影响桥梁景观等优点。缺点是对拉索提供了附加刚度，且不能按照拉索抗风振所需的阻尼力提供合适的阻尼力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的内置式拉索橡胶液压阻尼器，它结合了粘弹性高阻尼橡胶阻尼器的优点，又有外置式液压阻尼器的优点。它克服了粘弹性橡胶阻尼器在低频时阻尼较小的缺点，也克服了由于温度使外置式阻尼器容易在密封件处漏油的缺点。 低频时振幅较大液压阻尼器起作用，高频时振幅较小，液压阻尼器阻尼小，但橡胶的内阻尼增大，使产品的阻尼在较大的频域范围有较大的值，易满足拉索抗风振的需要。产品放置于拉索的钢护管内，对桥面的景观无任何影响，另外由于克服了热涨冷缩产生的密封处漏油， 因此不需要养护维修。为了实现上述目的，本新型发明的技术方案是采用多个空腔粘弹性高阻尼橡胶件作为阻尼液的液压缸。各个空腔的粘弹性橡胶厚度不同，空腔的容积也不同。与拉索密贴的橡胶中的空腔(厚壁空腔)与其它薄壁之腔之间用含有多个节流孔的铁件(类似活塞)相连成一单元整体。铁件上的节流孔可使各个空腔的阻尼液相互连通。新型的内置式橡胶液压阻尼器的减振工作原理是当拉索发生风振时，将挤压橡胶阻尼器的橡胶，使内含的一个空腔体积缩小，内部的阻尼液压力升高，压迫该空腔的阻尼液通过含节流孔的铁件流向薄壁空腔。由于空腔两边的压力差以及流体的运动产生了阻尼力。当厚壁空腔的阻尼液通过铁件上的节流孔被迫流向薄壁空腔时，薄壁空腔的容积会增大。拉索复位后，薄壁空腔的橡胶依靠自身的弹性恢复力，可使流入其中的阻尼液，再通过铁件上的节流孔返回到厚壁腔，再次产生阻尼力。如此周而复始，源源不断向振动的拉索提供阻尼力，将拉索振动现象消除或减小，达到拉索抗风振的目的。调整阻尼液的粘度，铁件上孔径的多少，孔径的大小，孔道的长度，可以调整阻尼器的阻尼力的大小，以满足拉索抗百年一遇的大风不发生驶振所需附加阻尼力要求。本发明的创新点在于①结合粘弹性高阻尼橡胶的橡胶阻尼和液压阻尼，克服橡胶低频阻尼小和阻尼器高频阻尼小的缺点；②将外置式阻尼器缩小后放在拉索外护管里， 避免破坏桥面景观；③变一般液压阻尼其实是活塞在缸体中运动的模式为阻尼液运动而活塞不动；④由于阻尼液的均勻传递作用，使得在拉索接触的各个方向上均有相同的阻尼量； ⑤通过对铁件上的节流孔径，节流孔的多少和流道长度的调节，控制阻尼液的流量，使阻尼液与节流孔之间产生拉索抗风振所需的最佳阻尼力；⑥利用橡胶本身的弹性恢复力，迫使流入薄壁腔的阻尼液再通过铁件上的节流孔返回到厚壁腔中，使阻尼器在拉索振动停止后自动复位。
具体实施例方式结合附图对本发明进一步描述。根据拉索的张力、索长和每米的质量可以计算拉索的自振频率，再根据当地百年一遇的风速，可以计算出防止该风速引起的驶振所需增加的所结构最小阻尼比。这是设计该产品的重要依据。由此可算出该索所需添加的阻尼力，再根据阻尼液的粘度确定流道的空数和孔径，阻尼器基本就可确定。本发明新型的内置式拉索粘弹性高阻尼橡胶阻尼器装置由高阻尼橡胶件5、带节流孔的铁件(固定活塞)2、阻尼液8、及缸体空腔6及橡胶底组成。阻尼液8应有适当粘度。 每根拉索用2-8个(上下应2倍)。本减振装置可采用数组并联或加大阻尼器直径的方法来达到增加阻尼的目的。安装使用时应注意使减震器固定螺栓等上紧，高阻尼橡胶适当压缩，以保证拉索在振动过程始终与内置式橡胶阻尼器紧密接触，拉索振动时压缩阻尼橡胶，橡胶空腔变化， 阻尼液在固定活塞间流动，阻尼器充分发挥作用。
图1是内置式拉索橡胶液压阻尼器的剖面图。由高阻尼橡胶件5、带节流孔的铁件 (固定活塞)2、阻尼液8、及缸体空腔6及橡胶底组成。阻尼液8应有适当粘度。每根拉索用2-8个(上下应2倍)。图2是内置式拉索橡胶液压阻尼器的安装图。
权利要求
1.新型的内置式拉索高阻尼橡胶液压阻尼器，是指安装在拉索和外面的钢护套管之间的橡胶减振器。它包括高阻尼橡胶件5、带节流孔的铁法兰(固定活塞)2、阻尼液8及缸体孔腔6(含橡胶底)组成。有着特征几何尺寸的节流孔的固定活塞的特征在于阻尼液在节流孔中运动产生摩擦是由拉索振动使橡胶空腔容积变化而产生的。由于节流孔有特征长度，腔中的阻尼液有一定质量，它与两端的阻尼液压差成一振动系统。即它有一自振频率。 当自振频率与拉索的振动频率一致时，液压阻尼器的阻尼值最大。调整节流孔的大小和长度可以得到该拉索的最佳阻尼。拉索内置式高阻尼橡胶液压阻尼器使用锲块与外面的钢护管连接。
2.按权利1的要求，新型拉索内置式高阻尼橡胶液压阻尼器是利用橡胶空腔容积变化而使阻尼液通过节流孔产生摩擦而消耗能量并提供所需的阻尼值，增加单一高阻尼橡胶拉索减振器的阻尼值。
3.按权利1的要求，新型内置式高阻尼橡胶液压阻尼器，是安装在拉索与钢护管之间的拉索阻尼减振器。
4.按权利1的要求，新型内置式拉索高阻尼橡胶液压阻尼器，其特征是采用内外多个空腔的橡胶件作为阻尼液的液压缸，它的活塞(带孔法兰)不运动，缸体容积变化压迫阻尼液流动。法兰两边的橡胶由于压力变化会鼓胀，当压力平衡时恢复原位。每个振动往复阻尼液流动二次，阻尼值加倍。
5.按权利1的要求，带孔法兰(固定活塞)孔的直径和长度可调整，使孔腔中的阻尼液振动频率与拉索自振频率相等，阻尼器有最大阻尼。
6.按权利1的要求，带孔法兰(固定活塞)两边腔的橡胶壁厚度可调整，以调整固定法兰两边腔中阻尼液的压力差而改变阻尼，满足拉索减振需要。
全文摘要
本发明公开了防拉索风振的内置式高阻尼橡胶液压阻尼器。其特征是以两个橡胶空腔为容器，利用拉索风振，使与拉索接近的橡胶腔容积发生变化，腔中的阻尼液被迫流过带孔法兰，产生摩擦而消耗拉索振动的机械能，提高索结构的阻尼比。调整阻尼液的黏度，带孔法兰中孔的几何尺寸，可以调正索结构阻尼比。索结构抗风振附加阻尼比需达到0.1，本产品兼有高阻尼橡胶和外置式液压阻尼器的优点，附加的阻尼比可达到0.3以上。本产品造价低，无需日常维护，不影响桥的景观。其安装方式与目前广泛使用的铁壳外锲块固定的高阻尼橡胶减振器相同。
文档编号E04B1/98GK102486038SQ20101056898
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者庄国华, 徐家静 申请人:上海方济减震器材有限公司, 庄国华, 徐家静