制振器及基于该制振器的施工阶段的斜拉桥系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种制振器及基于该制振器的施工阶段的斜拉桥系统，包括长方体结构的壳体，壳体的侧面纵向设有若干列孔，壳体的底面及顶部均为正方形结构，还包括承台、桥塔、加劲梁、桥塔及悬挂于水中的两个制动器，桥塔竖立固定于承台上，加劲梁的两端均通过钢索将制动器悬吊于水中，桥塔上纵向设有若干连接节点，加劲梁上横向设置有若干连接节点，桥塔上的连接节点与加劲梁上相应的连接节点通过斜拉索相连接。本发明可以有效的制振能力强。
【专利说明】制振器及基于该制振器的施工阶段的斜拉桥系统
【技术领域】
[0001]本发明属于桥梁设计领域，具体涉及一种制振器及基于该制振器的施工阶段的斜拉桥系统。
【背景技术】
[0002]斜拉桥在施工过程中，主梁往往采用悬臂拼装法施工，在主梁尚未合龙前，由于斜拉索、边跨辅助墩以及施工临时墩等结构因素的影响下，经常会出现风振不利状态，这种现象在风洞试验中也得到了证实。因此，不能忽视斜拉桥施工阶段的风致振动响应。
[0003]目前，针对斜拉桥最大双悬臂施工阶段风致振动的控制方法主要采用TMD、MTMD和临时支墩等方法。
[0004]调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper简称TMD)对结构风振响应的控制是有效的，它也是工程中应用最为广泛的控制方法之一。目前，TMD用于结构振动控制的有效性已经为大量的工程实例所证实，但是，单个TMD的控制效果对其频率较为敏感，当频率略微偏离设计值时，控制效果便会极大下降。只有当TMD系统的自振频率调到与结构受控频率一致时，TMD系统才能达到最优控制效果。也就是说TMD对结构振动频率变化非常敏感，一旦结构振动频率发生变化，偏离了 TMD的自振频率，TMD系统对结构的振动控制效果会大大下降，甚至加剧结构的振动(失调)。
[0005]而米用多个TMD (Multiple Tuned Mass Dampers简称MTMD)使其频率分布在一定范围内，则能提高控制系统的鲁棒性，以达到较好的减振效果。MTMD系统对于TMD系统的优势是非常明显的，主要表现在:(I)MTMD系统对结构控制时的有效控制频率不是一个单一数值，而是具有一定控制范围；(2)在任何质量比下，MTMD系统的减振效果比TMD系统的减振效果好；(3)相对于单个的TMD，MTMD系统可以将单个又大又重的质量块分解为多个小而轻的质量块，有益于工程上制作、安装及使用，更容易在工程建设中推广。
[0006]另外，大跨度斜拉桥悬臂施工还经常使用抗风临时支墩，包括:支墩基础，在支墩基础上至少设有5根竖直的钢管立柱，在钢管立柱的上端连接有一分配梁，其中两个铰链支座左右对称地设在分配梁上，铰链支座上端的滑板通过锚杆与悬浇主梁连接；在钢管立柱的上端还设有多根缆风绳。但上述抗风措施虽然都能取得一定的制振效果，但它们的造价较为昂贵且施工过程比较复杂。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种制振器及基于该制振器的施工阶段的斜拉桥系统，该制振器及系统可以有效的制振能力强。
[0008]为达到上述目的，本发明包括长方体结构的壳体，壳体的侧面纵向设有若干列孔，壳体的底面及顶部均为正方形结构，使用过程中，所述制振器悬吊于水中，水会在制振器内产生湍流，从而实现制振的目的。
[0009]所述壳体左右两侧面设有N列孔，N为正整数，壳体的左侧面与水流的方向垂直。[0010]所述壳体的前后两侧面上均设有一列孔。
[0011]所述壳体的长为3米，宽为3米，高为5米。
[0012]所述壳体左侧面的中部及右侧面的中部均设有一列孔，孔的直径为15com。
[0013]所述壳体的左右两侧面的中部均开设有五列直径为6com孔，相邻两列孔之间的间距为45com，壳体的前后两侧面的中部均开设有一列孔，孔的直径为30com。
[0014]相应的，本发明还提供了一种施工阶段的斜拉桥系统，包括承台(I)、加劲梁(2)、桥塔(3)及悬挂于水中的两个制动器，桥塔(3)竖立固定于承台(I)上，加劲梁(2)的两端均通过钢索将制动器悬吊于水中，桥塔(3)上纵向设有若干连接节点，加劲梁(2)上横向设置有若干连接节点，桥塔(3)上的连接节点与加劲梁(2)上相应的连接节点通过斜拉索相连接。
[0015]本发明具有以下有益效果:
[0016]本发明中的制振器的侧面设有若干列孔，当制振器悬吊于水中时，水会在制振器内产生湍流，在施工阶段的斜拉桥系统中制振器及加劲梁的两端通过钢索相连接，当加劲梁发生振动时，则带动水下的制振器进行运动，由于制振器悬吊于水中，制振器在水下的往复运动会受到水的阻力作用，从而达到耗能制振的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明所述的施工阶段的斜拉桥系统的结构示意图；
[0018]图2为本发明中对比模型的压力云图；
[0019]图3为本发明中对比模型的速率云图；
[0020]图4为本发明中模型I的截面图；
[0021]图5为本发明中模型I悬吊于水中的压力云图；
[0022]图6为本发明中模型I悬吊于水中的速率云图；
[0023]图7为本发明中模型I悬吊于水中的流迹线分布图；
[0024]图8为本发明中模型2的截面图；
[0025]图9为本发明中模型2悬吊于水中的压力云图；
[0026]图10为本发明中模型2悬吊于水中的速率云图；
[0027]图11为本发明中模型2悬吊于水中的流迹线分布图；
[0028]图12为本发明中模型3的截面图；
[0029]图13为本发明中模型3悬吊于水中的压力云图；
[0030]图14为本发明中模型3悬吊于水中的速率云图；
[0031]图15为本发明中模型3悬吊于水中的流迹线分布图；
[0032]图16为本发明中模型4的截面图；
[0033]图17为本发明中模型4悬吊于水中的压力云图；
[0034]图18为本发明中模型4悬吊于水中的速率云图；
[0035]图19为本发明中模型4悬吊于水中的流迹线分布图；
[0036]图20为本发明中模型5的截面图；
[0037]图21为本发明中模型5悬吊于水中的压力云图；
[0038]图22为本发明中模型5悬吊于水中的速率云图；[0039]图23为本发明中模型5悬吊于水中的流迹线分布图；
[0040]图24为本发明中模型6的截面图；
[0041]图25为本发明中模型6悬吊于水中的压力云图；
[0042]图26为本发明中模型6悬吊于水中的速率云图；
[0043]图27为本发明中模型6悬吊于水中的流迹线分布图；
[0044]图28为本发明中模型7的截面图；
[0045]图29为本发明中模型7悬吊于水中的压力云图；
[0046]图30为本发明中模型7悬吊于水中的速率云图；
[0047]图31为本发明中模型7悬吊于水中的流迹线分布图；
[0048]图32为本发明中模型8的截面图；
[0049]图33为本发明中模型8悬吊于水中的压力云图；
[0050]图34为本发明中模型8悬吊于水中的速率云图；
[0051]图35为本发明中模型8悬吊于水中的流迹线分布图；
[0052]图36为本发明中模型9的截面图；
[0053]图37为本发明中模型9悬吊于水中的压力云图；
[0054]图38为本发明中模型9悬吊于水中的速率云图；
[0055]图39为本发明中模型9悬吊于水中的流迹线分布图；
[0056]图40为本发明中模型10的截面图；
[0057]图41为本发明中模型10悬吊于水中的压力云图；
[0058]图42为本发明中模型10悬吊于水中的速率云图；
[0059]图43为本发明中模型10悬吊于水中的流迹线分布图；
[0060]图44为本发明中模型11的截面图；
[0061]图45为本发明中模型11悬吊于水中的压力云图；
[0062]图46为本发明中模型11悬吊于水中的速率云图；
[0063]图47为本发明中模型11悬吊于水中的流迹线分布图；
[0064]图48为本发明中模型12的截面图；
[0065]图49为本发明中模型12悬吊于水中的压力云图；
[0066]图50为本发明中模型12悬吊于水中的速率云图；
[0067]图51为本发明中模型12悬吊于水中的流迹线分布图；
[0068]图52为本发明中模型13的截面图；
[0069]图53为本发明中模型13悬吊于水中的压力云图；
[0070]图54为本发明中模型13悬吊于水中的速率云图；
[0071]图55为本发明中模型13悬吊于水中的流迹线分布图；
[0072]图56为本发明中模型14的截面图；
[0073]图57为本发明中模型14悬吊于水中的压力云图；
[0074]图58为本发明中模型14悬吊于水中的速率云图；
[0075]图59为本发明中模型14悬吊于水中的流迹线分布图；
[0076]图60为本发明中模型15的截面图；
[0077]图61为本发明中模型15悬吊于水中的压力云图；[0078]图62为本发明中模型15悬吊于水中的速率云图；
[0079]图63为本发明中模型15悬吊于水中的流迹线分布图；
[0080]图64为本发明中模型16的截面图；
[0081]图65为本发明中模型16悬吊于水中的压力云图；
[0082]图66为本发明中模型16悬吊于水中的速率云图；
[0083]图67为本发明中模型16悬吊于水中的流迹线分布图；
[0084]图68为本发明中模型17的截面图；
[0085]图69为本发明中模型17悬吊于水中的压力云图；
[0086]图70为本发明中模型17悬吊于水中的速率云图；
[0087]图71为本发明中模型17悬吊于水中的流迹线分布图；
[0088]图72为本发明中模型18的截面图；
[0089]图73为本发明中模型18悬吊于水中的压力云图；
[0090]图74为本发明中模型18悬吊于水中的速率云图；
[0091]图75为本发明中模型18悬吊于水中的流迹线分布图；
[0092]图76为本发明中模型19的截面图；
[0093]图77为本发明中模型19悬吊于水中的压力云图；
[0094]图78为本发明中模型19悬吊于水中的速率云图；
[0095]图79为本发明中模型19悬吊于水中的流迹线分布图；
[0096]图80为本发明中模型20的截面图；
[0097]图81为本发明中模型20悬吊于水中的压力云图；
[0098]图82为本发明中模型20悬吊于水中的速率云图；
[0099]图83为本发明中模型20悬吊于水中的流迹线分布图；
[0100]图84为本发明中模型21的截面图；
[0101]图85为本发明中模型21悬吊于水中的压力云图；
[0102]图86为本发明中模型21悬吊于水中的速率云图；
[0103]图87为本发明中模型21悬吊于水中的流迹线分布图；
[0104]图88为本发明中模型22的截面图；
[0105]图89为本发明中模型22悬吊于水中的压力云图；
[0106]图90为本发明中模型22悬吊于水中的速率云图；
[0107]图91为本发明中模型22悬吊于水中的流迹线分布图；
[0108]图92为本发明中模型23的截面图；
[0109]图93为本发明中模型23悬吊于水中的压力云图；
[0110]图94为本发明中模型23悬吊于水中的速率云图；
[0111]图95为本发明中模型23悬吊于水中的流迹线分布图；
[0112]图96为本发明中模型24的截面图；
[0113]图97为本发明中模型24悬吊于水中的压力云图；
[0114]图98为本发明中模型24悬吊于水中的速率云图；
[0115]图99为本发明中模型24悬吊于水中的流迹线分布图。
[0116]其中，I为承台、2为加劲梁、3为桥塔。【具体实施方式】
[0117]下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
[0118]参考图1，本发明所述的施工阶段的斜拉桥系统包括承台1、桥塔3、加劲梁2、桥塔3及悬挂于水中的两个制动器，桥塔3竖立固定于承台I上，加劲梁2的两端均通过钢索将制动器悬吊于水中，桥塔3上纵向设有若干连接节点，加劲梁2上横向设置有若干连接节点，桥塔3上的连接节点与加劲梁2上相应的连接节点通过斜拉索相连接，所述制振器包括长方体结构的壳体，壳体的侧面纵向设有若干列孔，壳体的底面及顶部均为正方形结构，使用过程中，水会在制振器内产生湍流，从而实现制振的目的。
[0119]依据对称性和尽量产生紊流的要求，设计了制振器的外形:在内部空洞的制振器表面打孔，使水流在制振器内部产生湍流，从而达到耗能的目的。
[0120]制振器在水中运动受到的阻力分为压力与粘滞力两部分:
[0121]Fd=Fp+Fv ⑴
[0122]其中，Fd-制振器的阻力；Fp_制振器的表面压力差；FV_制振器的表面粘滞力。可以看出，大尺寸的阻尼器表面压力和粘滞力大，从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体积尽可能小，提出了通过改变制振器外形使其在水中运动时产生紊流，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]依据施工阶段的制振器使用要求，提出在最大双悬臂处固定钢缆，将加劲梁2与制振器相连接。当加劲梁2发生振动时，将带动制振器运动，制振器的往复运动受到水的阻力作用，从而达到耗能制振的目的。
[0124]下面将通过仿真来具体说明
[0125]为了验证封闭式开孔水下制振器将振效果的有效性，下面将采用计算流体力学软件Fluent对制振器的阻力系数进行数值模拟计算，为减少计算量，将三维模型简化为二维平面模型，采用等比例缩小的方法，反映开孔率、孔口大小及孔口间距对阻力系数的影响变化趋势，计算参数如下:
[0126]a.制振器尺寸:20 X 20cm ;
[0127]b.流体:水，密度 P =IOOOKg / m3，粘度 μ =IXKT3Pa.s ；
[0128]c.边界条件:制振器上游为速度入口，两侧为对称边界，出口边界为充分发展流，模型表面为光滑壁面；
[0129]d.计算域确定:计算域大小的确定以边界条件不影响封闭式开孔水下制振器周围压力分布为准，入口与两侧距制振器均为100cm，出口距制振器为200cm ；
[0130]e.湍流模型:采用二维5方程的雷诺应力模型来计算湍流，使用非定常流计算，在初始步骤迭代至阻力系数稳定，以0.0Ols的时间步长计算至5s，最终阻力系数以5s内的阻力系数平均值计。
[0131]在仿真过程中，设定对比模型中的制振器的侧面没有设置任何开孔，其悬吊到水中的压力云图及流迹线图如图2及图3所示。
[0132]仿真实验一
[0133]参考图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、
图17、图18及图19，所述壳体左侧面的中部及右侧面的中部均设有一列孔，壳体的左侧面与水流的方向垂直，在仿真过程中分别取四个模型，其中模型I中孔的直径为1cm，模型2中孔的直径为2cm，模型3中孔的直接为3cm，模型4中孔的直接为4cm。
[0134]制振器开孔后，水流由孔口进入制振器内部，带动制振器内部流体运动，制振器内部的流迹线显示，制振器内部产生了不同大小的旋涡，旋涡运动受到流体粘滞力的作用，从而使制振器内部的旋涡运动越强烈，流体受粘滞力越大，从而耗散更多能量，增大阻力系数。然而，开孔会直接减少表面压力，又减少阻力系数，并且开孔也会影响制振器的外部绕流形式，从而影响制振器阻力的大小。
[0135]模型I内部涡旋相对平缓，模型2、模型3及模型4的内部涡旋相对复杂。随着开孔增大，制振器下游孔口的流出速度增大。从模型4的流迹线可以看出，水流几乎是从上游孔口径直流出下游孔口。从速率云图看出，模型4流入制振器与流出制振器的水流速度几乎相等，这必然减小制振器表面压力。对模型I~4的阻尼系数计算结果如下表5-1所示。
[0136]表5-1
【权利要求】
1.一种制振器，其特征在于，包括长方体结构的壳体，壳体的侧面纵向设有若干列孔，壳体的底面及顶部均为正方形结构，使用过程中，所述制振器悬吊于水中，水会在制振器内产生湍流，从而实现制振的目的。
2.根据权利要求1所述的制振器，其特征在于，所述壳体左右两侧面设有N列孔，N为正整数，壳体的左侧面与水流的方向垂直。
3.根据权利要求1所述的制振器，其特征在于，所述壳体的前后两侧面上均设有一列孔。
4.根据权利要求1所述的制振器，其特征在于，所述壳体的长为3米，宽为3米，高为5米。
5.根据权利要求1所述的制振器，其特征在于，所述壳体左侧面的中部及右侧面的中部均设有一列孔，孔的直径为15com。
6.根据权利要求1所述的制振器，其特征在于，所述壳体的左右两侧面的中部均开设有五列直径为6com孔，相邻两列孔之间的间距为45com，壳体的前后两侧面的中部均开设有一列孔，孔的直径为30com。
7.—种施工阶段的斜拉桥系统，基于权利要求1所述的制振器，其特征在于，包括承台(I)、加劲梁(2)、桥塔(3)及悬挂于水中的两个制动器，桥塔(3)竖立固定于承台(1)上，加劲梁(2)的两端均通过钢索将制动器悬吊于水中，桥塔(3)上纵向设有若干连接节点，加劲梁(2)上横向设置有若干连接节点，桥塔(3)上的连接节点与加劲梁(2)上相应的连接节点通过斜拉索相连接。
【文档编号】E01D11/04GK103898830SQ201310697917
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】李宇, 李琛, 车艳阳, 王森, 王涛 申请人:长安大学