自开启位移型多级水力吸耗能器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种自开启位移型多级水力吸耗能器。本实用新型专利技术包括钢箱梁，挂篮放置于钢箱梁底部方形凹洞内；挂篮包括方形挂篮外框，挂篮外框内套有圆筒形挂篮中筒和挂篮内筒，挂篮顶板上开有若干通水孔，通水孔之上铰接有盖板；挂篮四个角上连接的吊绳穿过抱紧装置绕过滑轮后，缠绕在钢箱梁顶板上的转筒上；在方形凹洞底部四个角上设置有水平托板，水平托板上设置有竖直挡板，竖直挡板通过限位弹簧与方形凹洞侧板底部连接，在挂篮外框底部四个直角内分别设置有一个水平角板；挂篮外框底部四个角通过圆形滚珠支撑于方形凹洞底部的四个水平托板上。本实用新型专利技术能够在桥梁振动初始时自动开启吸耗能器，通过水力吸耗能，从而抑制桥梁振动。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于大跨度悬索桥结构阻尼器
，具体涉及一种自开启位移型多级水力吸耗能器。
技术介绍
大跨度悬索桥能跨越大江大河，可避免深水基础的施工而得到广泛应用。但由于其跨度大，主梁和主缆阻尼小，极易在大风作用下发生大幅扭转或弯-扭组合振动而导致桥梁破坏，其抗风稳定性问题是限制其跨度进一步加大的主要影响因素。增大悬索桥阻尼，可以显著提高其抗风稳定性，但超大跨度悬索桥多处于交通繁忙的航道之上，为保证通航安全，航道中很难设置永久性固定设施，因此，目前没有很好的方法增加主梁或主缆的阻尼。阻尼器是增加结构阻尼的最直接可靠的办法，并且可抑制结构多种形态的振动。阻尼器两端安装于结构之上，通过结构间的相对运动驱动阻尼器耗能减振，其耗能大小与结构在阻尼器两安装点的相对运动大小直接相关。阻尼器的长度与悬索桥跨度相比很小，因此现有阻尼器很难提高悬索桥主梁或主缆的阻尼。桥梁施工时常在航道处安装临时抗风桩，用钢缆连接主梁和抗风桩，提高主梁抗风稳定性，但需要在抗风桩处停泊船只和警示标志。在桥梁施工完成后，临时设施必须清理干净，抗风缆也被清除。成桥后的大跨度悬索桥只在大风作用下才发生大幅振动，发生振动持续时间短，且此时船只大都进港避风，航道船只相对稀疏。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种能够在桥梁振动初始时自动开启吸耗能器，通过水力吸耗能及向水中传输结构振动动能，从而抑制桥梁振动的自开启位移型多级水力吸耗能器。本技术的目的是通过如下的技术方案来实现的：该自开启位移型多级水力吸耗能器，它包括桥梁结构上的箱体式的钢箱梁，钢箱梁的底部加工有一个方形凹洞；它还包括一个挂篮；所述挂篮包括方形的挂篮外框，挂篮外框内依次套有圆筒形的挂篮中筒和挂篮内筒，挂篮外框、挂篮中筒和挂篮内筒的顶部固连有挂篮顶板，挂篮底部为敞口，且挂篮外框、挂篮中筒、挂篮内筒的高度依次增大；挂篮顶板上均匀开有若干通水孔，通水孔之上铰接有盖板，未工作时盖板通过扭转弹簧处于盖紧状态，扭转弹簧的预紧力小，保证盖板下方水流能轻松冲开盖板；挂篮上部四个角上分别连接有一根吊绳，四根吊绳的另一端等长度绑扎在一起后的结点再与吊绳连接，吊绳的另一端穿过安装于方形凹洞顶板上的抱紧装置，再绕过安装于钢箱梁顶板上的滑轮后，缠绕在安装于钢箱梁顶板上的转筒上；吊绳的长度保证挂篮能够沉没于桥下水中，但不能接触到水底；所述挂篮放置于钢箱梁底部的方形凹洞内，在方形凹洞底部的四个角上分别设置有一块水平托板，水平托板上设置有竖直挡板，竖直挡板通过限位弹簧与方形凹洞的侧板底部连接，在挂篮外框底部四个直角内分别设置有一个水平角板；竖直挡板通过限位弹簧的弹力与所述挂篮外框底部紧靠，挂篮外框底部四个角通过圆形滚珠支撑于方形凹洞底部的四个水平托板上；水平托板尺寸及限位弹簧弹力的设计保证挂篮处于方形凹洞中心并保持平衡，并且在风的直接作用下不产生足够滑落的侧移，但在钢箱梁发生一定的倾斜角度时滑落。具体的，所述抱紧装置包括一个上、下开口的圆形外筒，外筒的下部套装 有一个上、下开口的圆形内筒，内筒之上的外筒内安装有一块圆弧形的定闸瓦和一块圆弧形的动闸瓦，动闸瓦上连接有一根抱紧螺杆，抱紧螺杆伸出于外筒之外，通过旋转抱紧螺杆推动动闸瓦能调节定闸瓦和动闸瓦所围合的圆孔的大小；抱紧装置安装于方形凹洞的顶板上，顶板上开有对应于抱紧装置中心孔的通孔。具体的，所述挂篮上部连接的四根吊绳绑扎在一起后的结点通过保险绳与吊绳连接，保险绳的拉扯强度小于吊绳的强度。保证其与船碰撞、缠绕时，保险绳被拉断，挂篮沉入水中，避免翻船。本技术的工作原理及工作过程如下：本技术吸耗能器主要由挂篮、吊绳、抱紧装置和转筒组成。挂篮四角由水平托板支撑于钢箱梁底板上，为减小摩擦，在挂篮四角与水平托板间设置圆形滚珠，保证挂篮可在水平面内向任意方向滑动。在挂篮与钢箱梁之间设置限位弹簧，保证在钢箱梁发生小幅振动的正常情况下，挂篮只能在平衡位置附近发生很小的振动，不至于掉落。转筒安装于钢箱梁顶板底部，其与挂篮通过吊绳、保险绳相连，在挂篮从水平托板上掉落前，吊绳绕于转筒外壁。当桥梁在风作用下发生扭转或弯曲振动时，导致钢箱梁发生转动，原处于水平状态的挂篮发生倾斜，在重力作用下向下滑动，压缩限位弹簧，当钢箱梁的倾斜角度超过限值时，挂篮压缩限位弹簧超过限值后从水平托板处掉向水中。为防止挂篮高速掉落发生意外，抱紧装置对吊绳在一般情况下处于轻压状态，使挂篮缓慢下落并掉入水中。在无人力或其它控制手段参与下，挂篮进入水体内，在重力作用下张紧吊绳，其耗能及将动能由钢箱梁传递至水体原理按钢箱梁振动一个周期分为三个 阶段：(1)当耗能器转筒位置的钢箱梁由处于最低位置并往上移动至平衡位置过程中，挂篮在吊绳牵引下由下往上加速运动，此时挂篮顶板通水孔的盖板闭合，挂篮和其内水体动能增加，并驱动挂篮上方及下方部分水体流动，所有动能来源于吊绳驱动挂篮所做的功。与此同时，挂篮势能也增加，但由于在整个振动周期中，挂篮势能的变化为零，因此不分析势能的变化。吊绳给挂篮及水体做功的同时也给钢箱梁做负功，相当于钢箱梁的部分动能由吊绳传递给了水体和挂篮。(2)当耗能器转筒位置的钢箱梁由处于平衡位置并往上移动至最高位置过程中，挂篮在吊绳牵引下由下往上减速运动，挂篮和其内水体动能减小，但同样驱动挂篮上方及下方部分水体流动，通过流体摩擦耗能；当挂篮随钢箱梁上升的速度进一步减小后，部分流体在惯性作用下上升速度大于挂篮，流体冲开挂篮顶板通水孔的盖板，此时具有较大动能密度的水体离开挂篮，周边水体补充流入，形成局部小循环，挂篮内水体动能迅速流失；由于吊绳为柔性，挂篮只能被钢箱梁拉动，而不能推动钢箱梁运动，因此，这过程中初始阶段挂篮给钢箱梁做负功，减小钢箱梁动能，后期挂篮内水体动能流入周围水体，其不给钢箱梁做功。(3)当耗能器转筒位置的钢箱梁由处于最高位置并往下移动至最低位置过程中，挂篮在重力作用下克服水体阻力下降，此时挂篮顶板通水孔的盖板被水体阻力冲开，其可减小水体阻力保证挂篮与钢箱梁同时达到最低位置。在这个过程中，挂篮势能减小，部分势能被水体阻尼耗散，部分势能通过吊绳给钢箱梁做正功，被钢箱梁吸收。但由于在整个振动周期中，挂篮势能的变化为零，可以不考虑挂篮势能变化。因此，此过程中，水体同样在吸收钢箱梁的动能。在有人力或其它控制手段参与下，挂篮进入水体内，在重力作用下张紧吊绳。通过观察，转动转筒，提升挂篮至水面位置，部分露出挂篮上部，旋转抱紧装置的抱紧螺杆固定吊绳。此时吸耗能器的吸能与耗能原理按钢箱梁振动一个周期分为三个阶段：(1)当抱紧装置位置的钢箱梁由处于最低位置(挂篮全部浸没水中)并往上移动至平衡位置过程中，挂篮在吊绳牵引下由下往上加速运动，此时挂篮顶板通水孔的盖板因水的流动闭合，挂篮和其内水体动能增加，并驱动挂篮上方及下方部分水体流动，所有动能来源于吊绳驱动挂篮所做的功。与此同时，挂篮势能也增加，但由于在整个振动周期中，挂篮势能的变化为零，因此不分析势能的变化。吊绳给挂篮及水体做功的同时也给钢箱梁做负功，相当于钢箱梁的部分动能由吊绳传递给了水体和挂篮。(2)当挂篮顶板刚露出水面，钢箱梁继续往上移动至最高位置过程中，挂篮内高出水面的液体(水)的体积和高度随挂篮高度增加而增加，液体势能增加可视为E＝ρg本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自开启位移型多级水力吸耗能器，其特征在于：它包括桥梁结构上的箱体式的钢箱梁，钢箱梁的底部加工有一个方形凹洞；它还包括一个挂篮；所述挂篮包括方形的挂篮外框，挂篮外框内依次套有圆筒形的挂篮中筒和挂篮内筒，挂篮外框、挂篮中筒和挂篮内筒的顶部固连有挂篮顶板，挂篮底部为敞口，且挂篮外框、挂篮中筒、挂篮内筒的高度依次增大；挂篮顶板上均匀开有若干通水孔，通水孔之上铰接有盖板，未工作时盖板通过扭转弹簧处于盖紧状态，扭转弹簧的预紧力小，保证盖板下方水流能轻松冲开盖板；挂篮上部四个角上分别连接有一根吊绳，四根吊绳的另一端等长度绑扎在一起后的结点再与吊绳连接，吊绳的另一端穿过安装于方形凹洞顶板上的抱紧装置，再绕过安装于钢箱梁顶板上的滑轮后，缠绕在安装于钢箱梁顶板上的转筒上；吊绳的长度保证挂篮能够沉没于桥下水中，但不能接触到水底；所述挂篮放置于钢箱梁底部的方形凹洞内，在方形凹洞底部的四个角上分别设置有一块水平托板，水平托板上设置有竖直挡板，竖直挡板通过限位弹簧与方形凹洞的侧板底部连接，在挂篮外框底部四个直角内分别设置有一个水平角板；竖直挡板通过限位弹簧的弹力与所述挂篮外框底部紧靠，挂篮外框底部四个角通过圆形滚珠支撑于方形凹洞底部的四个水平托板上；水平托板尺寸及限位弹簧弹力的设计保证挂篮处于方形凹洞中心并保持平衡，并且在风的直接作用下不产生足够滑落的侧移，但在钢箱梁发生一定的倾斜角度时滑落。...

【技术特征摘要】
1.一种自开启位移型多级水力吸耗能器，其特征在于：它包括桥梁结构上的箱体式的钢箱梁，钢箱梁的底部加工有一个方形凹洞；它还包括一个挂篮；所述挂篮包括方形的挂篮外框，挂篮外框内依次套有圆筒形的挂篮中筒和挂篮内筒，挂篮外框、挂篮中筒和挂篮内筒的顶部固连有挂篮顶板，挂篮底部为敞口，且挂篮外框、挂篮中筒、挂篮内筒的高度依次增大；挂篮顶板上均匀开有若干通水孔，通水孔之上铰接有盖板，未工作时盖板通过扭转弹簧处于盖紧状态，扭转弹簧的预紧力小，保证盖板下方水流能轻松冲开盖板；挂篮上部四个角上分别连接有一根吊绳，四根吊绳的另一端等长度绑扎在一起后的结点再与吊绳连接，吊绳的另一端穿过安装于方形凹洞顶板上的抱紧装置，再绕过安装于钢箱梁顶板上的滑轮后，缠绕在安装于钢箱梁顶板上的转筒上；吊绳的长度保证挂篮能够沉没于桥下水中，但不能接触到水底；所述挂篮放置于钢箱梁底部的方形凹洞内，在方形凹洞底部的四个角上分别设置有一块水平托板，水平托板上设置有竖直挡板，竖直挡板通过限位弹簧与方形凹洞的侧板底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹见达，彭临峰，于浩，禹蒲阳，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：新型
国别省市：湖南;43