專利名稱：用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，屬于橋梁工程抗風(fēng)及抗震與減震技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
懸索橋是以承受拉力的纜索作為主要承重構(gòu)件的橋梁，由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。由于懸索橋比梁式橋的跨越能力更大，在橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛，是大跨度橋梁的最主要橋型。隨著橋梁設(shè)計(jì)和施工水平的不斷提高，現(xiàn)代懸索橋的跨度不斷增大，橋梁整體剛度急劇下降。作為懸索橋主要承重構(gòu)件的纜索長(zhǎng)度不斷增加，其柔性大、內(nèi)阻尼低、固有頻率分布廣，極易在風(fēng)、風(fēng)雨、地震和支承端的梁塔位移作用下發(fā)生振動(dòng)。
懸索橋纜索的致振機(jī)理于分復(fù)雜。根據(jù)激勵(lì)源的不同，纜索的主要振動(dòng)
類型可分為兩類:一類為風(fēng)或風(fēng)雨共同作用引起的纜索振動(dòng)，另一類為纜索支承端在梁塔位移作用下發(fā)生的振動(dòng)。目前，被動(dòng)控制是抑制纜索振動(dòng)的主要手段，主要措施包括改變纜索表面形狀以改變索的動(dòng)力特性；在主梁重要橫截面兩端安裝調(diào)諧質(zhì)量阻尼器等。對(duì)懸索橋上的纜索，通常使用粘彈性阻尼器為控制設(shè)備。然而，單純的被動(dòng)控制纜索振動(dòng)并不是振動(dòng)控制的最佳選擇，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器對(duì)大跨度橋梁整體的振動(dòng)控制效果不明顯。對(duì)于較長(zhǎng)的纜索，普通阻尼器很可能無(wú)法提供足夠的阻尼來(lái)控制索的振動(dòng)，從而使被動(dòng)控制失效。因此開(kāi)發(fā)成本低廉、功能多樣，效果良好的減振裝置具有重大的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置。該裝置中的形狀記憶合金是一種新型功能材料和智能材料。與普通阻尼材料相比，它具有獨(dú)特的形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)等特性.利用形狀記憶合金超彈性效應(yīng)設(shè)計(jì)的耗能裝置具有耐久性和耐腐性能好，使用期限長(zhǎng)，允許大變形并且變形可恢復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。在懸索橋承受強(qiáng)風(fēng)和地震作用下，該裝置能夠與主纜索組合形成索網(wǎng)體系，限制纜索的變形和振動(dòng)，增加纜索的阻尼，改善整體動(dòng) 力性能和空氣動(dòng)力性質(zhì)，有效地耗散能量，減輕橋梁主體的振動(dòng)，從而保證 橋梁的穩(wěn)定性、適用性和安全性。該裝置具有施工便捷、綜合減振效果明顯 的特點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明包括輔助索、 形狀記憶合金絲、與懸索橋主纜外部套筒相連接的第一套箍、以及固定在第 一套箍的外表面用于輔助索穿過(guò)的第二套箍。其中輔助索的一端穿過(guò)第二 套箍，并將輔助索頂端夾緊錨固，另一端與形狀記憶合金絲固接，形狀記憶 合金絲又與輔助索固接，按照該方式二者依次連接，最后的一根為輔助索， 最后一根輔助索與懸索橋的主梁或主纜固接。
所述的輔助索的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 2 0. 5倍，材料與懸索 橋主纜中鋼索材料相同，第一套箍的內(nèi)徑是輔助索直徑的1. 0 1. 2倍。
所述的形狀記憶合金絲的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 02 0. 1倍， 長(zhǎng)度大于等于輔助索長(zhǎng)度的0. 2倍。
所述的形狀記憶合金絲的材料為Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合 金或Cu-Zn-Al合金，且其強(qiáng)度應(yīng)大于等于輔助索強(qiáng)度的0. 5倍。
所述的第一套箍由兩個(gè)半圓環(huán)型型鋼經(jīng)過(guò)螺栓螺桿對(duì)接，箍緊在懸索橋 主纜上，第一套箍的內(nèi)徑與懸索橋主纜外徑相同。
所述的輔助索和形狀記憶合金絲之間通過(guò)連接構(gòu)件固連，所述的連接構(gòu) 件的結(jié)構(gòu)為連接構(gòu)件由兩個(gè)以上的金屬環(huán)鏈接而成，金屬環(huán)兩端分別與形 狀記憶合金絲和輔助索緊密纏繞固接；所述的最后一根輔助索與懸索橋的主 梁之間錨固連接。
所述的連接構(gòu)件的強(qiáng)度、以及輔助索與主梁的錨固端的強(qiáng)度都要大于輔助 索和形狀記憶合金絲二者中較大的強(qiáng)度的1. 5倍。
所述的輔助索和形狀記憶合金絲安裝時(shí)要拉緊，原則上要保證懸索橋主纜 振動(dòng)時(shí)均不出現(xiàn)負(fù)拉力。
輔助索和形狀記憶合金絲可以構(gòu)成水平減震形式，即二者主要與懸索橋 的兩根平行主纜連接；也可以構(gòu)成橫橋向減震形式，即二者主要與一根懸索橋的主纜及主梁連接。目的均為提高懸索橋的整體抗扭剛度。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
1) 本發(fā)明將輔助索與懸索橋原有的部分纜索相連，形成新的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體 系。提高了懸索橋的抗扭剛度和穩(wěn)定性。
2) 輔助索減振措施特別適用于大跨度懸索橋的超長(zhǎng)拉索體系，對(duì)抑制參 數(shù)振動(dòng)和線性內(nèi)部共振于分有效。
3) 本發(fā)明采用具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)等優(yōu)良特性的形狀記憶合
金絲與輔助索形成強(qiáng)阻尼裝置，進(jìn)一步增強(qiáng)了裝置的耗能性能和大變形能力， 尤其適合颶風(fēng)和強(qiáng)震作用下的耗能減震。
4) 裝置沒(méi)有復(fù)雜構(gòu)造，安裝便捷，效果明顯。


圖l本發(fā)明的三維視圖2本發(fā)明沿纜索截面剖視圖3本發(fā)明沿輔助索截面剖視圖4本發(fā)明的的輔助索與主梁錨固端構(gòu)件側(cè)剖視圖5本發(fā)明的水平減震形式之一；
圖6本發(fā)明的水平減震形式之二；
圖7本發(fā)明的橫橋向減震形式之一；
圖8本發(fā)明的橫橋向減震形式之二；
圖中1、輔助索，2、形狀記憶合金絲，3、第一套箍，4、第二套箍，5、 螺栓桿，6、螺栓孔，7、連接構(gòu)件，8、輔助索與主梁錨固端構(gòu)件，9、懸索 橋主纜，10、懸索橋主梁，11、波紋管，12、螺旋筋，13、約束圈，14、預(yù) 應(yīng)力筋，15、錨板，16、擠壓套。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 實(shí)施例1 :
如圖1 圖8所示，本實(shí)施例主要包括輔助索l、形 記憶合金絲2、與懸 索橋主纜外部套筒相連的第一套箍3、第二套箍4、連接螺栓桿5、連接螺栓孔件6、連接構(gòu)件7、輔助索與主梁錨固端構(gòu)件8、懸索橋主纜9，懸索橋主 梁10等。其中輔助索的一端穿過(guò)第二套箍4，并將輔助索頂端夾緊錨固， 另一端與形狀記憶合金絲2固接，形狀記憶合金絲2又與輔助索固接，按照 該方式二者依次連接，最后的一根為輔助索，最后一根輔助索與懸索橋的主 梁或主纜固接。
如圖2所示，與懸索橋主纜外部套筒相連的第一套箍3由兩個(gè)半圓環(huán)型 型鋼組成，其內(nèi)徑與懸索橋主纜外徑相同。兩個(gè)半圓環(huán)型型鋼上設(shè)置有螺栓 孔6，螺栓桿5穿過(guò)螺栓孔6將兩個(gè)型鋼對(duì)接，使其箍緊在懸索橋主纜上， 第二套箍4焊接在第一套箍3的外表面，中間設(shè)置有用于輔助索1穿過(guò)的孔。 第一套箍3和第二套箍4焊接后，保證懸索橋主纜、形狀記憶合金絲和輔助 索的協(xié)調(diào)變形。
輔助索的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 3倍，材料與懸索橋主纜鋼索 材料一致或相似。輔助索外部和形狀記憶合金絲套箍的內(nèi)徑為輔助索直徑的 1.0至1.2倍。
形狀記憶合金絲的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 05倍，長(zhǎng)度大于等于 輔助索長(zhǎng)度的0. 2倍。材料可以為Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合金 或Cu-Zn-Al合金，且其強(qiáng)度應(yīng)不小于輔助索強(qiáng)度的0. 5倍。
輔助索與形狀記憶合金絲通過(guò)連接構(gòu)件7固定連接，連接構(gòu)件7結(jié)構(gòu)為 連接構(gòu)件7由兩個(gè)以上的金屬環(huán)鏈接而成，兩端分別與形狀記憶合金絲2和 輔助索1緊密纏繞固接。最后一根輔助索與懸索橋的主梁之間錨固連接，如 圖4所示。連接構(gòu)件7的強(qiáng)度和輔助索與主梁的錨固端構(gòu)件的強(qiáng)度需要大于 輔助索與形狀記憶合金絲二者中較大強(qiáng)度的1. 5倍。
根據(jù)實(shí)際要求，輔助索既可在施工過(guò)程中充當(dāng)施工臨時(shí)索，也可在橋面 安裝完成后統(tǒng)一布設(shè)。輔助索和形狀記憶合金絲安裝時(shí)應(yīng)適當(dāng)拉緊，原則上 應(yīng)保證懸索橋主纜振動(dòng)時(shí)均不出現(xiàn)負(fù)拉力。
本實(shí)施例輔助索和形狀記憶合金絲以不同的布置形式通過(guò)連接件與懸索 橋主纜相連接，提高橋梁整體抗扭剛度。同時(shí)形狀記憶合金絲在懸索橋主纜 和輔助索發(fā)生變形的情況下具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)等特性，進(jìn)行減
7振耗能，進(jìn)一步減輕橋梁的振動(dòng)。
本實(shí)施例中水平減震形式，如圖5所示，即輔助索1和形狀記憶合金絲2 連接在懸索橋的兩根平行主纜之間的情況，首先，保證輔助索1的材料與懸 索橋主纜鋼索材料相同，輔助索1的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 3倍。 根據(jù)懸索橋主纜減震部位確定輔助索1的具體安裝位置。其次，確定形狀記 憶合金絲2的材料和長(zhǎng)度，之后分別確定靠近懸索橋纜索兩端的輔助索1的 長(zhǎng)度。
在懸索橋主纜9第一根纜索的減震部位，螺栓桿5穿過(guò)螺栓孔6將第一 套箍3箍緊在懸索橋纜索9的第一根纜索的外部。然后將輔助索1穿進(jìn)第二 套箍4，并將輔助索頂部夾緊錨固。通過(guò)連接構(gòu)件7將靠近懸索橋主纜9第一 根纜索的的輔助索1下端與形狀記憶合金絲2上端緊密連接，將確保在橋梁 正常振動(dòng)下不發(fā)生相對(duì)位移。同樣，通過(guò)連接構(gòu)件7將形狀記憶合金絲2下 端與靠近懸索橋主纜9第二根纜索的輔助索1緊密連接。在懸索橋主纜9第 二根纜索的減震部位，用與纜索外部套筒套箍的連接螺栓桿5和連接螺栓孔 件6將套箍3在懸索橋纜索9的第二根纜索外部箍緊。箍緊時(shí)應(yīng)適當(dāng)給形狀 記憶合金絲2施加預(yù)拉力，原則上應(yīng)保證懸索橋主纜振動(dòng)時(shí)均不出現(xiàn)負(fù)拉力。
實(shí)施例2:
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1基本相同，不同之處僅在于本實(shí)施例是對(duì)于
橫橋向減震形式，即輔助索1和形狀記憶合金絲2連接在一根懸索橋的主纜 和主梁之間，如圖6 圖8所示。
首先，保證輔助索1的材料與懸索橋主纜鋼索材料一致，輔助索1的直 徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 2至0. 5倍。根據(jù)懸索橋主纜減震部位確定輔 助索l的具體安裝位置。其次，確定形狀記憶合金絲2的材料和長(zhǎng)度，之后 分別確定靠近懸索橋纜索一端以及靠近主梁一端的輔助索1的長(zhǎng)度。
在懸索橋主纜9的減震部位，用與主纜外部套筒套箍的連接螺栓桿5和連 接螺栓孔件6將套箍3在懸索橋纜索9外箍緊。將輔助索1穿進(jìn)輔助索和形 狀記憶合金絲外部套箍4，并將頂部夾緊錨固。通過(guò)連接構(gòu)件7將靠近懸索橋 纜索一端的輔助索1下端與形狀記憶合金絲2上端緊密連接，將確保在橋梁正常振動(dòng)下不發(fā)生相對(duì)位移。同樣，通過(guò)連接構(gòu)件7將形狀記憶合金絲2下 端與靠近主梁一端的輔助索1上端緊密連接。最后，用錨固端構(gòu)件8將輔助 索1與懸索橋主梁10預(yù)拉錨固，錨固時(shí)應(yīng)適當(dāng)拉緊，原則上應(yīng)保證懸索橋主 纜振動(dòng)時(shí)均不出現(xiàn)負(fù)拉力。
以上為本發(fā)明的兩個(gè)典型實(shí)施例，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。
權(quán)利要求
1、一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，包括輔助索(1)、形狀記憶合金絲(2)、與懸索橋主纜外部套筒相連接的第一套箍(3)、以及固定在第一套箍外表面用于輔助索(1)穿過(guò)的第二套箍(4)；其中輔助索的一端穿過(guò)第二套箍(4)，并將輔助索頂端夾緊錨固，另一端與形狀記憶合金絲(2)固接，形狀記憶合金絲(2)又與輔助索固接，按照該方式二者依次連接，最后的一根為輔助索，最后一根輔助索與懸索橋的主梁或主纜固接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的輔助索(1)的直徑為懸索橋主纜中鋼索直徑的0. 2 0. 5倍，材料與懸索橋主纜中鋼索材料相同，第一套箍(3)的內(nèi)徑是輔助索(1)直徑的1.0 1.2倍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的形狀記憶合金絲(2)的直徑為懸索橋主纜鋼索直徑的0. 02 0. 1倍，長(zhǎng)度大于等于輔助索長(zhǎng)度的0. 2倍。
4 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的形狀記憶合金絲(2)的材料為Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合金或Cu-Zn-Al合金，且其強(qiáng)度應(yīng)大于等于輔助索(1)強(qiáng)度的0. 5倍。
5 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的第一套箍(3)由兩個(gè)半圓環(huán)型型鋼經(jīng)過(guò)螺栓螺桿對(duì)接，箍緊在懸索橋主纜外部套筒上，第一套箍(3)的內(nèi)徑與懸索橋主纜外徑相同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的輔助索(1)和形狀記憶合金絲(2)之間通過(guò)連接構(gòu)件(7)固連，所述的連接構(gòu)件(7)的結(jié)構(gòu)為連接構(gòu)件(7)由兩個(gè)以上的金屬環(huán)鏈接而成，金屬環(huán)兩端分別與形狀記憶合金絲(2 )和輔助索(1)固接；所述的最后一根輔助索與懸索橋的主梁之間錨固連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，其特征在于所述的連接構(gòu)件(7)的強(qiáng)度、以及輔助索(1)與主梁的錨固端的強(qiáng)度都要大于輔助索(1)和形狀記憶合金絲(2) 二者中較大的強(qiáng)度的，1.5倍。
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置,其特征在于所述的輔助索(1)和形狀記憶合金絲(2)安裝時(shí)要拉緊，原則上要保證懸索橋主纜振動(dòng)時(shí)均不出現(xiàn)負(fù)拉力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于懸索橋的形狀記憶合金減振輔助索裝置，屬于橋梁工程抗風(fēng)及抗震與減震技術(shù)領(lǐng)域。包括輔助索、形狀記憶合金絲、與懸索橋主纜外部套筒相連的套箍、輔助索和形狀記憶合金絲外部套箍、主纜外部套筒套箍的連接螺栓桿、主纜外部套筒套箍的連接螺栓孔件、輔助索與形狀記憶合金絲連接構(gòu)件、輔助索與主梁錨固端構(gòu)件。輔助索和形狀記憶合金絲以不同的布置形式通過(guò)連接件與懸索橋主纜相連接，提高橋梁整體抗扭剛度。同時(shí)形狀記憶合金絲在懸索橋主纜和輔助索發(fā)生變形的情況下具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性效應(yīng)等特性，進(jìn)行減振耗能，進(jìn)一步減輕橋梁的振動(dòng)，尤其適合颶風(fēng)和強(qiáng)震作用下的耗能減震。該裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝便捷，效果明顯。
文檔編號(hào)E01D19/16GK101672004SQ20091009365
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者何浩祥, 勇 李, 陳彥江, 陳適才 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)