适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤及其安装方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤及其安装方法

【技术实现步骤摘要】
适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤及其安装方法


[0001]本专利技术涉及结构振动控制
，具体涉及一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤及其安装方法
。

技术介绍

[0002]作为跨越能力最强的桥梁结构形式，悬索桥的设计和建造在近些年取得了巨大的成就，其在世界交通领域的应用变得更加广泛
。
随着桥梁跨度的不断提升，结构体系日趋轻柔，风敏感程度也逐渐提升
。
作为悬索桥重要承重构件，长吊索具有频率低
、
质量轻
、
阻尼小等特点，是典型的风敏感结构，其在风荷载作用下极易发生多种有害振动，长吊索振动问题是大跨度悬索桥设计和运维阶段重点关注的问题之一
。
频繁
、
大幅的吊索振动易引起吊索疲劳，并在索锚结合处萌生疲劳裂纹，缩短吊索的疲劳寿命，大幅吊索振动易引起索套开裂，从而造成吊索锈蚀，缩短其使用寿命
。
过大吊索振幅还会引起公众恐慌，产生不良的社会影响
。
[0003]调谐质量阻尼器（
TMD
）在结构减振控制中的应用越来越广泛，除了对于控制高层结构在地震
、
风等动力作用下的响应，对于大跨度结构产生的振动响应也已被证明有着良好的减振效果
。
现有的防振锤主要是将质量块固定在钢绞线的两端，利用
TMD
的原理来达到吊索减振的目的
。
为实现悬索桥长吊索高频振动的高效控制，中国专利
2019101820975
（专利技术名称为：多重调谐质量阻尼器及吊索减振方法）和中国专利
2020115079007
（专利技术名称为：一种用于索结构减振的多向多重调谐质量阻尼器）均通过在吊索上安装多个防振锤进行多模态减振控制
。
当结构产生振动时，悬挂在其上的防振锤通过相对运动吸收了振动能量，从而降低和消除了导线的振动
。
各种防振锤根据结构
、
重量和几何尺寸的不同，均具有一定的固有频率，但现有的防振锤存在频率和阻尼比调节困难，需沿吊索长度方向设置多个减振装置，减振装置易脱落等风险，难以实现对吊索多模态振动的长期高效控制
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤及其安装方法，以解决现有吊索减振装置频率
、
阻尼调节困难，减振装置易脱落等问题
。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤，包括吊索夹具（1）以及调谐阻尼元件，吊索夹具（1）能够固定在吊索（3）上，调谐阻尼元件包括钢绞线夹具（5）
、
钢绞线（
11
）以及质量块（7），质量块（7）安装在钢绞线（
11
）上，而钢绞线（
11
）则通过钢绞线夹具（5）与吊索夹具（1）连接固定；所述的调谐阻尼元件设置为频率和阻尼比均可调节的调谐阻尼元件，且所述的调谐阻尼元件中，钢绞线（
11
）在钢绞线夹具（5）的两侧均各自安装有一个质量块（7）；
每一个质量块（7）在整体上均呈圆柱形设置，并分为两段，对应为第一
、
第二质量块分体；第一质量块分体靠近钢绞线夹具（5）设置并沿中部位置设有
U
形凹槽，且
U
形凹槽的两侧臂通过防落组件与钢绞线夹具（5）连接；第二质量块分体远离钢绞线夹具（5）设置，且第二质量块分体沿着轴线设有钢绞线通孔（9），同时第二质量块分体具有与钢绞线通孔（9）贯通的侧向螺栓孔（8）；钢绞线穿过钢绞线通孔（9）设置，并通过装配在侧向螺栓孔（8）中的侧向固定螺栓固定；各质量块（7）上所设置的
U
形凹槽的深度根据所需质心位置的不同来确定
。
[0006]优选地，吊索夹具（1）的弯曲弧度与吊索（3）的直径相一致，使得两者能够可靠固定，保证调谐阻尼元件工作的稳定性
。
[0007]优选地，吊索夹具（1）与钢绞线夹具（5）之间通过盖板（4）连接，盖板（4）的刚度足以保证吊索夹具（1）和钢绞线夹具（5）可靠固定
。
[0008]优选地，所述防落组件包括钢丝，
U
形凹槽的两侧臂设有对穿的两个防落孔（
10
）；钢丝的一端与吊索夹具（1）缠绕固定，另一端横穿两个防落孔（
10
）后，与吊索夹具缠绕固定
。
[0009]优选地，质量块（7）的质量以及质量块（7）与钢绞线夹具（5）之间的距离根据吊索的实际振动模态进行调节，使防振锤的振动频率与吊索的面内外振动控制频率相适应
。
[0010]优选地，根据吊索的实测振动模态，钢绞线（
11
）外部包裹阻尼涂层对阻尼比进行优化设计，进而使吊索的振动模态阻尼比大于
0.5%。
[0011]本专利技术的另一个技术目的是提供一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤的安装方法，包括如下步骤：步骤一
、
对需要进行振动控制的吊索开展长期健康监测，获取吊索振动实测数据，并对所获得的吊索振动实测数据进行分析以确定吊索的实际振动模态；步骤二
、
根据吊索振动的模态数量选取防振锤的安装高度和所需的调谐阻尼元件的数量；步骤三
、
建立吊索 防振锤耦合系统的特征方程，并计算出吊索振动模态的附加模态阻尼比；步骤四
、
采用粒子群优化算法，优化防振锤中各个调谐阻尼元件的最优频率比和最优阻尼比，使吊索振动模态的附加模态阻尼比大于
0.5%
；步骤五
、
调节各个调谐阻尼元件和钢绞线夹具之间的钢绞线长度，以将各个调谐质量阻尼器频率比调节到位；步骤六
、
将调节好的防振锤安装在吊索上以对吊索进行振动控制；步骤七
、
检验防振锤安装后是否达到吊索所需要的振动控制要求，假如检验结果表明未达到所需要的振动控制要求，则重复步骤一至六，直至检验结果达到吊索所需要的振动控制要求
。
[0012]有益效果：本专利技术将所述的调谐阻尼元件设置为装配式结构（质量块与钢绞线之间为可拆卸装配连接），因此，可以通过调节各质量块与钢绞线的安装位置，并根据所需质心位置的不同来设置质量块上
U
形凹槽的深度，从而实现调谐阻尼元件的频率
、
阻尼比调整，进而实现
悬索桥长吊索多模态高频振动的高效控制，也可以实现吊索面内
、
面外多模态振动的协同控制
。
[0013]具体地，本专利技术的防振锤相对于现有技术具有的优势体现在：（1）本专利技术的防振锤由4个不同频率
、
不同阻尼比的调谐阻尼元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤，包括吊索夹具（1）以及调谐阻尼元件，吊索夹具（1）能够固定在吊索（3）上，调谐阻尼元件包括钢绞线夹具（5）
、
钢绞线（
11
）以及质量块（7），质量块（7）安装在钢绞线（
11
）上，而钢绞线（
11
）则通过钢绞线夹具（5）与吊索夹具（1）连接固定；其特征在于：所述调谐阻尼元件设置为频率和阻尼比均可调节的装配式调谐阻尼元件，且所述的调谐阻尼元件中，钢绞线（
11
）在钢绞线夹具（5）的两侧均各自安装有一个质量块（7）；每一个质量块（7）在整体上均呈圆柱形设置，并分为两段，对应为第一
、
第二质量块分体；第一质量块分体靠近钢绞线夹具（5）设置并沿中部位置设有
U
形凹槽，且
U
形凹槽的两侧臂通过防落组件与钢绞线夹具（5）连接；第二质量块分体远离钢绞线夹具（5）设置，且第二质量块分体沿着轴线设有钢绞线通孔（9），同时第二质量块分体具有与钢绞线通孔（9）贯通的侧向螺栓孔（8）；钢绞线穿过钢绞线通孔（9）设置，并通过装配在侧向螺栓孔（8）中的侧向固定螺栓固定；各质量块（7）上所设置的
U
形凹槽的深度根据所需质心位置的不同来确定
。2.
根据权利要求1所述的一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤，其特征在于：吊索夹具（1）的弯曲弧度与吊索（3）的直径相一致，使得两者能够可靠固定，保证调谐阻尼元件工作的稳定性
。3.
根据权利要求1所述的一种适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤，其特征在于：吊索夹具（1）与钢绞线夹具（5）之间通过盖板（4）连接，盖板（4）的刚度足以保证吊索夹具（1）和钢绞线夹具（5）可靠固定
。4.
根据权利要求1所述的适用于吊索多模态高频振动控制的频率和阻尼可调节防振锤，其特征在于：所述防落组件包括钢丝，
U
形凹槽的两侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩，苏迅，郜辉，茅建校，宗海，朱文白，
申请(专利权)人：南京公路发展，
类型：发明
国别省市：