一种斜拉索面外振动控制的电涡流阻尼器及阻尼产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及斜拉索振动控制技术领域，具体来讲是一种斜拉索面外振动控制的电 涡流阻尼器及阻尼产生方法。
【背景技术】
[0002] 斜拉桥结构是大跨度桥梁的首选桥型之一，斜拉索作为斜拉桥的主要受力构件， 其重要性显而易见。而斜拉索的长细比大、初始阻尼小，在外界风荷载作用下容易发生振 动，久而久之会造成斜拉索的疲劳损伤。当来流风沿横桥向时，斜拉索主要发生面内振动， 当来流风沿顺桥向时，斜拉索主要发生面外振动。从工程实践来看，早期内河斜拉桥多发生 斜拉索的面内振动，振动控制措施也以面内控制为主；而随着跨海大桥的建设，在多座跨海 大桥上发现了斜拉索发生面内振动的同时发生了面外振动，而安装一般的阻尼器后，面外 振动仍未得到有效的抑制。
[0003] 目前，在斜拉索的阻尼器振动控制实践中，要么不考虑面外振动控制，要么以面内 控制为主、面外控制为辅，面外控制效果均不理想。例如，公开号为CN203487458U的"斜拉 索外置式阻尼减振装置"专利，每根斜拉索上安装2个阻尼器，阻尼器呈一定夹角，可以在 控制斜拉索面内振动的同时，对斜拉索的面外振动有一定的控制效果。但该阻尼器的缺点 在于：阻尼器支架的面外刚度较弱，随着阻尼器安装高度的提高，斜拉索发生面外振动时， 固定阻尼器的支架顶部由于弯曲变形导致阻尼器位移损失较大，削弱了减振效果；且所采 用的油阻尼器加工精度要求高，容易发生漏油问题，且阻尼系数不易调节。又如公开号为 CN203238543U的"带阻尼器的斜拉索防振装置"，通过在常规粘性剪切型阻尼器上增设了 一种传递振动响应的转向机构，保证安装高度的同时，避免了阻尼器主体与风障发生冲突。 但该阻尼器的缺点在于：高分子粘性料的温度稳定性差，随着温度的变化，阻尼系数变化较 大，还会发生漏料问题；同时，面外位移传递体系的刚度较弱且悬臂长度大，导致面外位移 损失较多，影响面外减振效果。
[0004] 因此，如何减小位移损失，增强面外减振效果，提高阻尼器的耐久性是斜拉索振动 控制研宄中亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种斜拉索面外振动控制的 电涡流阻尼器及阻尼产生方法，不但能有效增强面外减振效果，而且耐久性好。
[0006] 为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：提供一种斜拉索面外振动控制的电 涡流阻尼器，包括用于连接斜拉索的连接杆、用于与桥面固定的底座，连接杆的下端设有面 外位移传递装置，所述面外位移传递装置的两侧设有阻尼产生装置；
[0007] 所述面外位移传递装置包括两组相对设置的一系传动装置和设于两组一系传动 装置之间的二系传动装置，每组一系传动装置包括一系主动齿轮和一系从动齿轮，一系主 动齿轮固定设置于连接杆的下端，且与一系从动齿轮啮合；所述二系传动装置包括二系主 动齿轮和啮合于二系主动齿轮上方的二系从动齿轮，二系从动齿轮内部固定有阻尼轴，二 系主动齿轮内部固定有传动轴；
[0008] 所述阻尼产生装置包括支架和对称设于支架两侧的导体盘，所述支架的上端通过 杠杆轴与连接杆活动连接，下端固定于底座，且支架内嵌有多个永磁铁，所述永磁铁与两导 体盘对应设置；
[0009] 其中，所述阻尼轴由二系从动齿轮向外依次穿过一系主动齿轮、一个导体盘、支架 及另一个导体盘，且两个导体盘与阻尼轴固定连接，支架与阻尼轴活动连接；所述传动轴由 二系主动齿轮向外依次穿过一系从动齿轮及支架，且一系从动齿轮与传动轴固定连接，支 架与传动轴活动连接。
[0010] 在上述技术方案的基础上，所述一系主动齿轮的半径大于一系从动齿轮的半径； 所述二系主动齿轮的半径大于二系从动齿轮的半径。
[0011] 在上述技术方案的基础上，所述一系主动齿轮内供阻尼轴穿过的通孔为腰圆形。
[0012] 在上述技术方案的基础上，所述电涡流阻尼器还包括索夹，所述索夹与连接杆的 上端活动连接。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述杠杆轴与支架之间、阻尼轴与支架之间、传动轴与 支架之间均通过轴承连接。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述支架开设有多个预留孔，所述预留孔邻近导体盘 的边缘且呈环向设置，每个预留孔内嵌有一个永磁铁。
[0015] 在上述技术方案的基础上，所述永磁铁按照磁极交替变化的规则设置。
[0016] 在上述技术方案的基础上，所述导体盘的材质为铝合金；所述永磁铁的材质为汝 铁硼永磁铁。
[0017] 本发明还提供一种基于所述电涡流阻尼器的阻尼产生方法，包括如下步骤：将所 述连接杆连接于斜拉索，并将所述底座固定于桥面；当斜拉索发生面外振动时，连接杆带动 一系主动齿轮以杠杆轴为中心转动，使一系主动齿轮和一系从动齿轮发生嗤合转动，从而 带动传动轴转动，所述传动轴带动二系主动齿轮转动，使二系主动齿轮和二系从动齿轮发 生啮合转动，从而带动阻尼轴转动，所述阻尼轴带动导体盘在永磁铁形成的环向交变磁场 中发生转动，由此产生电涡流阻尼以耗散斜拉索的面外振动能量。
[0018] 在上述技术方案的基础上，所述一系主动齿轮的半径大于一系从动齿轮的半径； 所述二系主动齿轮的半径大于二系从动齿轮的半径。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 1、本发明中，面外位移传递装置由一系传动装置和二系传动装置组成，形成了两 系的位移传递，能将斜拉索的面外振动位移有效的转化为导体盘在永磁铁形成的环向交变 磁场中的旋转运动，由此产生电涡流阻尼以耗散斜拉索的面外振动能量，达到有效增强面 外减振效果的目的。
[0021] 2、本发明中，由于一系传动装置和二系传动装置所形成的两系的位移传递具有放 大作用，可以使传递至阻尼产生装置的位移放大，令阻尼产生装置处的位移大于斜拉索的 面外振动位移，解决了阻尼消耗位移过小的问题，使得阻尼耗能更加充分。
[0022] 3、本发明中，支架的上端通过杠杆轴与连接杆连接，当斜拉索发生面外振动时，连 接杆带动一系主动齿轮以杠杆轴为中心转动，该杠杆轴的设置减小了连接杆的自由悬臂长 度，降低了由于连接杆的弯曲变形引起的位移损失问题。
[0023] 4、本发明中，一系主动齿轮内供阻尼轴穿过的通孔为腰圆形，该腰圆形的通孔使 得连接杆带动一系主动齿轮转动时，不会与阻尼轴发生干涉，从而保证了面外减振效果。
[0024] 5、本发明中，每块永磁铁可以为两个导体盘提供交变磁场，不但减振效果好，而且 结构简单、生产成本低。
[0025] 6、本发明中，阻尼器采用电涡流阻尼减振方式，不存在液体泄漏的问题，温度稳定 性和安全性好，适合在实际桥梁工程中使用；且阻尼器主要采用金属材料制成，耐久性可做 到与桥梁主结构同寿命，优于非金属材料的硅油和高分子粘性料。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明实施例中电涡流阻尼器的结构示意图；
[0027] 图2为图1除去索夹、斜拉索后沿A-A线的剖视图；
[0028] 图3为图1除去索夹、斜拉索后沿B-B线的剖视图；
[0029] 图4为永磁铁的布置示意图；
[0030] 图5为两系位移传递的位移放大原理图。
[0031] 附图标记：
[0032] 1-连接杆；2-底座；3-面外位移传递装置，3a_ -系主动齿轮，3b_ -系从动齿轮， 3c_二系主动齿轮，3d-二系从动齿轮；4_阻尼广生装置，4a_支架，4b_导体盘，4c_永磁铁； 5_杠杆轴；6-阻尼轴；7-传动轴；8-通孔；9-预留孔；10-索夹；11-斜拉索。
【具体实施方式】
[0033] 以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0034] 参见图1所示，本发明实施例提供一种斜拉索面外振动控制的电涡流阻尼器，包 括连接杆1、底座2、面外位移传递装置3、阻尼产生装置4和索夹10,所述索夹10通过轴承 与连接杆1的上端活动连接，连接杆1通过该索夹10与斜拉索11连接，所述底座2固定于 桥面，所述面外位移传递装置3设于连接杆1的下端，所述阻尼产生装置4设于面外位移传 递装置3的两侧。
[0035] 参见图1至图3所示，所述面外位移传递装置3包括两组相对设置的一系传动装 置和设于两组一系传动装置之间的二系传动装置，每组一系传动装置包括一系主动齿轮3a 和一系从动齿轮3b，一系主动齿轮3a固定设置于连接杆1的下端，且与一系从动齿轮3b 啮合；二系传动装置包括二系主动齿轮3c和啮合于二系主动齿轮3c上方的二系从动齿轮 3d，且二系从动齿轮3d内部固定有阻尼轴6,二系主动齿轮3c内部固定有传动轴7。
[0036] 参见图1和图4所示，所述阻尼产生装置4包括支架4a和对称设于支架4a两侧 的导体盘4b，所述支架4a的上端通过杠杆轴5与连接杆1活动连接，下端固定于底座2,且 支架4a内嵌有多个永磁铁4c，所述永磁铁4c与两导体盘4b对应设置，用于为两个导体盘 4b提供交变磁场。本实施例中，导体盘4b的材质优选为错合金，永磁铁4c的材质优选为 汝铁硼永磁铁；另外，为了方便安装永磁铁4c，并使每块永磁铁4c可以为两个导体盘4b提 供交变磁场，在支架4a上开设有多个预留孔9