用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置.pdf

本发明涉及一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，属于桥梁工程抗风及抗震与减震技术领域。包括：辅助索、形状记忆合金丝、与悬索桥主缆外部套筒相连的套箍、辅助索和形状记忆合金丝外部套箍、主缆外部套筒套箍的连接螺栓杆、主缆外部套筒套箍的连接螺栓孔件、辅助索与形状记忆合金丝连接构件、辅助索与主梁锚固端构件。辅助索和形状记忆合金丝以不同的布置形式通过连接件与悬索桥主缆相连接，提高桥梁整体抗扭刚度。同时形状记忆合金丝在悬索桥主缆和辅助索发生变形的情况下具有形状记忆效应、超弹性效应等特性，进行减振耗能

1、  一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，包括：辅助索(1)、形状记忆合金丝(2)、与悬索桥主缆外部套筒相连接的第一套箍(3)、以及固定在第一套箍外表面用于辅助索(1)穿过的第二套箍(4)；其中：辅助索的一端穿过第二套箍(4)，并将辅助索顶端夹紧锚固，另一端与形状记忆合金丝(2)固接，形状记忆合金丝(2)又与辅助索固接，按照该方式二者依次连接，最后的一根为辅助索，最后一根辅助索与悬索桥的主梁或主缆固接。

2、  根据权利要求1所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的辅助索(1)的直径为悬索桥主缆中钢索直径的0.2～0.5倍，材料与悬索桥主缆中钢索材料相同，第一套箍(3)的内径是辅助索(1)直径的1.0～1.2倍。

3、  根据权利要求1或权利要求2所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的形状记忆合金丝(2)的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.02～0.1倍，长度大于等于辅助索长度的0.2倍。

4、  根据权利要求1所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的形状记忆合金丝(2)的材料为Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合金或Cu-Zn-Al合金，且其强度应大于等于辅助索(1)强度的0.5倍。

5、  根据权利要求1所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的第一套箍(3)由两个半圆环型型钢经过螺栓螺杆对接，箍紧在悬索桥主缆外部套筒上，第一套箍(3)的内径与悬索桥主缆外径相同。

6、  根据权利要求1所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的辅助索(1)和形状记忆合金丝(2)之间通过连接构件(7)固连，所述的连接构件(7)的结构为：连接构件(7)由两个以上的金属环链接而成，金属环两端分别与形状记忆合金丝(2)和辅助索(1)固接；所述的最后一根辅助索与悬索桥的主梁之间锚固连接。

7、  根据权利要求6所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的连接构件(7)的强度、以及辅助索(1)与主梁的锚固端的强度都要大于辅助索(1)和形状记忆合金丝(2)二者中较大的强度的1.5倍。

8、  根据权利要求1所述的一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，其特征在于：所述的辅助索(1)和形状记忆合金丝(2)安装时要拉紧，原则上要保证悬索桥主缆振动时均不出现负拉力。

用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置
技术领域
本发明涉及一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置，属于桥梁工程抗风及抗震与减震技术领域。
背景技术
悬索桥是以承受拉力的缆索作为主要承重构件的桥梁，由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。由于悬索桥比梁式桥的跨越能力更大，在桥梁建设中应用广泛，是大跨度桥梁的最主要桥型。随着桥梁设计和施工水平的不断提高，现代悬索桥的跨度不断增大，桥梁整体刚度急剧下降。作为悬索桥主要承重构件的缆索长度不断增加，其柔性大、内阻尼低、固有频率分布广，极易在风、风雨、地震和支承端的梁塔位移作用下发生振动。
悬索桥缆索的致振机理于分复杂。根据激励源的不同，缆索的主要振动类型可分为两类：一类为风或风雨共同作用引起的缆索振动，另一类为缆索支承端在梁塔位移作用下发生的振动。目前，被动控制是抑制缆索振动的主要手段，主要措施包括：改变缆索表面形状以改变索的动力特性；在主梁重要横截面两端安装调谐质量阻尼器等。对悬索桥上的缆索，通常使用粘弹性阻尼器为控制设备。然而，单纯的被动控制缆索振动并不是振动控制的最佳选择，调谐质量阻尼器对大跨度桥梁整体的振动控制效果不明显。对于较长的缆索，普通阻尼器很可能无法提供足够的阻尼来控制索的振动，从而使被动控制失效。因此开发成本低廉、功能多样，效果良好的减振装置具有重大的工程意义。
发明内容
本发明提出了一种用于悬索桥的形状记忆合金减振辅助索装置。该装置中的形状记忆合金是一种新型功能材料和智能材料。与普通阻尼材料相比，它具有独特的形状记忆效应、超弹性效应等特性.利用形状记忆合金超弹性效应设计的耗能装置具有耐久性和耐腐性能好，使用期限长，允许大变形并且变形可恢复等优点。在悬索桥承受强风和地震作用下，该装置能够与主缆索组合形成索网体系，限制缆索的变形和振动，增加缆索的阻尼，改善整体动力性能和空气动力性质，有效地耗散能量，减轻桥梁主体的振动，从而保证桥梁的稳定性、适用性和安全性。该装置具有施工便捷、综合减振效果明显的特点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明包括辅助索、形状记忆合金丝、与悬索桥主缆外部套筒相连接的第一套箍、以及固定在第一套箍的外表面用于辅助索穿过的第二套箍。其中：辅助索的一端穿过第二套箍，并将辅助索顶端夹紧锚固，另一端与形状记忆合金丝固接，形状记忆合金丝又与辅助索固接，按照该方式二者依次连接，最后的一根为辅助索，最后一根辅助索与悬索桥的主梁或主缆固接。
所述的辅助索的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.2～0.5倍，材料与悬索桥主缆中钢索材料相同，第一套箍的内径是辅助索直径的1.0～1.2倍。
所述的形状记忆合金丝的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.02～0.1倍，长度大于等于辅助索长度的0.2倍。
所述的形状记忆合金丝的材料为Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合金或Cu-Zn-Al合金，且其强度应大于等于辅助索强度的0.5倍。
所述的第一套箍由两个半圆环型型钢经过螺栓螺杆对接，箍紧在悬索桥主缆上，第一套箍的内径与悬索桥主缆外径相同。
所述的辅助索和形状记忆合金丝之间通过连接构件固连，所述的连接构件的结构为：连接构件由两个以上的金属环链接而成，金属环两端分别与形状记忆合金丝和辅助索紧密缠绕固接；所述的最后一根辅助索与悬索桥的主梁之间锚固连接。
所述的连接构件的强度、以及辅助索与主梁的锚固端的强度都要大于辅助索和形状记忆合金丝二者中较大的强度的1.5倍。
所述的辅助索和形状记忆合金丝安装时要拉紧，原则上要保证悬索桥主缆振动时均不出现负拉力。
辅助索和形状记忆合金丝可以构成水平减震形式，即二者主要与悬索桥的两根平行主缆连接；也可以构成横桥向减震形式，即二者主要与一根悬索桥的主缆及主梁连接。目的均为提高悬索桥的整体抗扭刚度。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明将辅助索与悬索桥原有的部分缆索相连，形成新的索网结构体系。提高了悬索桥的抗扭刚度和稳定性。
2)辅助索减振措施特别适用于大跨度悬索桥的超长拉索体系，对抑制参数振动和线性内部共振于分有效。
3)本发明采用具有形状记忆效应、超弹性效应等优良特性的形状记忆合金丝与辅助索形成强阻尼装置，进一步增强了装置的耗能性能和大变形能力，尤其适合飓风和强震作用下的耗能减震。
4)装置没有复杂构造，安装便捷，效果明显。
附图说明
图1本发明的三维视图；
图2本发明沿缆索截面剖视图；
图3本发明沿辅助索截面剖视图；
图4本发明的的辅助索与主梁锚固端构件侧剖视图；
图5本发明的水平减震形式之一；
图6本发明的水平减震形式之二；
图7本发明的横桥向减震形式之一；
图8本发明的横桥向减震形式之二；
图中：1、辅助索，2、形状记忆合金丝，3、第一套箍，4、第二套箍，5、螺栓杆，6、螺栓孔，7、连接构件，8、辅助索与主梁锚固端构件，9、悬索桥主缆，10、悬索桥主梁，11、波纹管，12、螺旋筋，13、约束圈，14、预应力筋，15、锚板，16、挤压套。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：
如图1～图8所示，本实施例主要包括辅助索1、形状记忆合金丝2、与悬索桥主缆外部套筒相连的第一套箍3、第二套箍4、连接螺栓杆5、连接螺栓孔件6、连接构件7、辅助索与主梁锚固端构件8、悬索桥主缆9，悬索桥主梁10等。其中：辅助索的一端穿过第二套箍4，并将辅助索顶端夹紧锚固，另一端与形状记忆合金丝2固接，形状记忆合金丝2又与辅助索固接，按照该方式二者依次连接，最后的一根为辅助索，最后一根辅助索与悬索桥的主梁或主缆固接。
如图2所示，与悬索桥主缆外部套筒相连的第一套箍3由两个半圆环型型钢组成，其内径与悬索桥主缆外径相同。两个半圆环型型钢上设置有螺栓孔6，螺栓杆5穿过螺栓孔6将两个型钢对接，使其箍紧在悬索桥主缆上，第二套箍4焊接在第一套箍3的外表面，中间设置有用于辅助索1穿过的孔。第一套箍3和第二套箍4焊接后，保证悬索桥主缆、形状记忆合金丝和辅助索的协调变形。
辅助索的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.3倍，材料与悬索桥主缆钢索材料一致或相似。辅助索外部和形状记忆合金丝套箍的内径为辅助索直径的1.0至1.2倍。
形状记忆合金丝的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.05倍，长度大于等于辅助索长度的0.2倍。材料可以为Ni-Ti合金或Ti-Ni-Pd合金或Cu-Zn合金或Cu-Zn-Al合金，且其强度应不小于辅助索强度的0.5倍。
辅助索与形状记忆合金丝通过连接构件7固定连接，连接构件7结构为：连接构件7由两个以上的金属环链接而成，两端分别与形状记忆合金丝2和辅助索1紧密缠绕固接。最后一根辅助索与悬索桥的主梁之间锚固连接，如图4所示。连接构件7的强度和辅助索与主梁的锚固端构件的强度需要大于辅助索与形状记忆合金丝二者中较大强度的1.5倍。
根据实际要求，辅助索既可在施工过程中充当施工临时索，也可在桥面安装完成后统一布设。辅助索和形状记忆合金丝安装时应适当拉紧，原则上应保证悬索桥主缆振动时均不出现负拉力。
本实施例辅助索和形状记忆合金丝以不同的布置形式通过连接件与悬索桥主缆相连接，提高桥梁整体抗扭刚度。同时形状记忆合金丝在悬索桥主缆和辅助索发生变形的情况下具有形状记忆效应、超弹性效应等特性，进行减振耗能，进一步减轻桥梁的振动。
本实施例中水平减震形式，如图5所示，即辅助索1和形状记忆合金丝2连接在悬索桥的两根平行主缆之间的情况，首先，保证辅助索1的材料与悬索桥主缆钢索材料相同，辅助索1的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.3倍。根据悬索桥主缆减震部位确定辅助索1的具体安装位置。其次，确定形状记忆合金丝2的材料和长度，之后分别确定靠近悬索桥缆索两端的辅助索1的长度。
在悬索桥主缆9第一根缆索的减震部位，螺栓杆5穿过螺栓孔6将第一套箍3箍紧在悬索桥缆索9的第一根缆索的外部。然后将辅助索1穿进第二套箍4，并将辅助索顶部夹紧锚固。通过连接构件7将靠近悬索桥主缆9第一根缆索的的辅助索1下端与形状记忆合金丝2上端紧密连接，将确保在桥梁正常振动下不发生相对位移。同样，通过连接构件7将形状记忆合金丝2下端与靠近悬索桥主缆9第二根缆索的辅助索1紧密连接。在悬索桥主缆9第二根缆索的减震部位，用与缆索外部套筒套箍的连接螺栓杆5和连接螺栓孔件6将套箍3在悬索桥缆索9的第二根缆索外部箍紧。箍紧时应适当给形状记忆合金丝2施加预拉力，原则上应保证悬索桥主缆振动时均不出现负拉力。
实施例2：
本实施例的结构与实施例1基本相同，不同之处仅在于本实施例是对于横桥向减震形式，即辅助索1和形状记忆合金丝2连接在一根悬索桥的主缆和主梁之间，如图6~图8所示。
首先，保证辅助索1的材料与悬索桥主缆钢索材料一致，辅助索1的直径为悬索桥主缆钢索直径的0.2至0.5倍。根据悬索桥主缆减震部位确定辅助索1的具体安装位置。其次，确定形状记忆合金丝2的材料和长度，之后分别确定靠近悬索桥缆索一端以及靠近主梁一端的辅助索1的长度。
在悬索桥主缆9的减震部位，用与主缆外部套筒套箍的连接螺栓杆5和连接螺栓孔件6将套箍3在悬索桥缆索9外箍紧。将辅助索1穿进辅助索和形状记忆合金丝外部套箍4，并将顶部夹紧锚固。通过连接构件7将靠近悬索桥缆索一端的辅助索1下端与形状记忆合金丝2上端紧密连接，将确保在桥梁正常振动下不发生相对位移。同样，通过连接构件7将形状记忆合金丝2下端与靠近主梁一端的辅助索1上端紧密连接。最后，用锚固端构件8将辅助索1与悬索桥主梁10预拉锚固，锚固时应适当拉紧，原则上应保证悬索桥主缆振动时均不出现负拉力。
以上为本发明的两个典型实施例，但本发明的实施不限于此。