关于阻尼缆索的振动的装置和相关的阻尼方法.pdf

本发明提出了关于阻尼用在一建筑工程的建筑结构内的一缆索的振动的装置，缆索包括具有固定于建筑结构的诸端部的一金属股绳束(5)，并在靠近该束的一固定端的至少一区域内被连接于该建筑结构的一管子(4)包围，该装置包括放置在股绳束周围的一套环(3)和吸收基本在套环和该管子之间的振动能量的结构，其中：吸收结构包括至少两个活塞型阻尼器(1)，该诸阻尼器带有基本直线的行程、相对于缆索基本径向设置和围绕缆索成角度分布，各活塞型阻尼器具有与套环铰接的第一连接件(8)和与固定于该管子的一支承件(2)铰接的一第二连接件(7)。

1.  一种用于阻尼用在一建筑工程的建筑结构内的一缆索的振动的装置，该缆索包括具有固定于建筑结构的诸端部的一金属股绳束(5)，并在靠近该束的一固定端的至少一区域内被连接于该建筑结构的一管子(4)包围，该装置包括：放置在股绳束周围的一套环(3)，和吸收基本在套环和该管子之间的振动能量的结构，其特征在于：吸收结构包括至少两个活塞型阻尼器(1)，该诸阻尼器带有基本直线的行程、相对于缆索基本径向设置和围绕缆索成角度分布，各活塞型阻尼器具有与套环铰接的一第一连接件(8)和与固定于该管子的一支承件(2)铰接的一第二连接件(7)。

2.  按照权利要求1所述的装置，其特征在于：将固定于管子(4)的所述支承件(2)基本放置在该管子的延伸部分内，或是所述管子的一部分。

3.  按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于：将固定于管子(4)的所述支承件(2)基本放置在包围在缆索的一连续部分内的金属股绳束(5)的一护套的延伸部分内。

4.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：固定于管子(4)的支承件(2)包括适合于在诸金属股绳(5)的周围连接在一起的至少两部分，或单独的两部分。

5.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：吸收结构包括基本相互垂直的两个活塞型阻尼器(1)。

6.  按照权利要求1至4的任一项所述的装置，其特征在于：吸收结构包括围绕缆索成角度均匀分布的至少三个活塞型阻尼器(1)。

7.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：所述第一连接件(8)是用于至少某些活塞型阻尼器(1)的球节连接件。

8.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：所述第二连接件(7)是用于至少某些活塞型阻尼器(1)的球节连接件。

9.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：所述第二连接件(7)是用于至少某些活塞型阻尼器(1)的平行于缆索的枢轴连接件。

10.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：至少某些活塞阻尼器(1)部分地延伸超过固定于管子(4)的支承件(2)，以及在支承件中设置诸相应的孔(9)，用于诸所述活塞型阻尼器与套环(3)铰接的第一连接件(8)进出。

11.  按照权利要求10所述的装置，其特征在于：还包括密封位于诸所述活塞型阻尼器(1)和在支承件中的诸相应孔(9)之间的至少一空间的密封结构(12)。

12.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：与套环(3)铰接的第一连接件(8)包括用于至少某些活塞型阻尼器(1)的、将活塞型阻尼器的一螺纹端拧入相应的支管(10)内的结构。

13.  按照权利要求12所述的装置，其特征在于：该螺纹结构是可调节的，用于将活塞型阻尼器(1)的位置适应于在管子(4)内金属股绳束(5)的一定中心高度。

14.  按照权利要求12或13所述的装置，其特征在于：与套环(3)铰接的第一连接件(8)还包括用于所述活塞型阻尼器(1)的、适合于防止活塞型阻尼器的螺纹端从相应支管(10)拧开的锁定结构。

15.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：至少某些活塞型阻尼器(1)的一端设置有一阳吊环(15)，其中至少一个相应的阴吊环(16)附连于套环(3)，以及其中与套环(3)铰接的第一连接件(8)包括用于所述活塞型阻尼器的、将一销柱(17)插入活塞的阳吊环和插入相应的阴吊环的结构，插入一销柱的所述结构能够从管子(4)的外侧被驱动。

16.  按照以上权利要求的任一项所述的装置，其特征在于：还包括用于可调节地限制活塞的行程的结构(11)。

17.  按照权利要求16所述的装置，其特征在于：用于限制活塞的行程的结构(11)包括适合于拧入或拧出在套环的表面上分布的诸焊接件的诸螺钉，该诸螺钉还包括设置有适合于吸收冲击的一材料的一头部。

18.  一种阻尼一缆索的振动的方法，其中由按照以上诸权利要求的任一项所述的一装置阻尼该振动。

关于阻尼一缆索的振动的装置和相关的阻尼方法
技术领域
本发明涉及关于阻尼用于一建筑工程的建筑结构内的一缆索的振动的装置，尤其是一拉索。
本发明尤其应用于拉索桥。诸拉索在它们的端部固定于例如一塔或桥的桥面。这样它们支承和稳定该建筑结构。
发明背景
在某些情况下，尤其当它们受到周期激励时，诸拉索可以聚集能量和显著地振荡。这些振动的两个主要原因是在运输负荷和风的作用下固定处的运动和直接作用在诸缆索上的风的作用。这些振荡可以引起使用者的焦虑。此外，如果不控制它们，它们会损坏诸拉索。
已知有若干类型的阻尼器。有外阻尼器和内阻尼器。
外阻尼器通常使用与货车或火车使用的那些类似尺寸的活塞型阻尼器。这些阻尼器在它们的诸端部有相对运动时能够吸收能量。这些端部之一直接通过一环或又铰接在附连于缆索的一环上的一摆锤附连于缆索。阻尼器的另一端附连于刚性连接于该建筑结构的一框架，通常是拉索桥的桥面。
将内阻尼器(对于它们的零件)放置在拉索周围。它们通常位于围绕构成缆索的一束金属股绳的管子的延伸部分内和刚性地连接于建筑结构(例如诸固定管)。当缆索振动时它们在缆索的股绳束和围绕股绳束的固定管之间的相对运动上工作。
阻尼器使用了若干阻尼原理耗散能量：
/a/将一高粘度油灌入位于缆索的金属股绳束周围的一环形槽内，以及在该槽内安装可横向运动的一环(见EP 0 343 054)；
/b/通过一消散材料、例如位于缆索的金属股绳束周围的橡胶的变形(见EP 0 914 521)；
/c/通过诸金属零件之间的干摩擦(见EP 1 035 350)。
这些内阻尼器具有考虑周到的、因此较外阻器更美观的优点。在固定管的外部、在建筑结构上没有任何支承也简化了该工程的设计。
然而，内阻尼器的有效性是有限的。尤其，在按照原理/a/工作的阻尼器中，存在粘性油要求使用软外壳型的密封的容器，它对高压具有有限的阻力。按照原理/b/工作的阻尼器具有较低的阻尼能力，受到可用材料的性能的限制。最后，在按照原理/c/工作的阻尼器中，接触金属零件的磨损是不可避免的和导致失去阻尼能力和因此这些阻尼器的有效性下降。因此后者必须进行周期性的大修和调整。
发明内容
本发明的一目的是限制如以上所述的现有阻尼器的缺点。
因此本发明提出一种用于阻尼用在一建筑工程的建筑结构内的一缆索的振动的一装置，该缆索包括一束金属股绳，该诸股绳具有固定于建筑结构的诸端部和由连接于该建筑结构的一管子包围，至少在靠近于该束的一固定端的至少一区域内被包围，该装置包括放置在股绳束周围的一套环和能够吸收基本在套环和管子之间的振动能量的结构。其中：吸收振动能量的结构包括至少两个活塞型阻尼器，该诸阻尼器具有基本直线的行程，并相对于缆索基本径向布置和在缆索周围成角度分布，各活塞型阻尼器具有与套环铰接地一第一连接件和与固定于管子的一支承件铰接的一第二连接件。
从而，该阻尼装置不靠压在通过该管子之外的建筑结构上，从而避免了以上所述的关于外阻尼器的诸缺点。
此外，由伴随这束的运动的诸活塞的直线行程吸收在金属股绳索内的振动能量，尤其由于阻尼器铰接在套环和固定于该管子的支承件上。这提供了完全有效的阻尼。
按照本发明的优越的实施例，可以按以下所有方式组合：
—将固定于该管子的支承件放置在该管子的延伸部分中，或是所述管子的一部分；
—将固定于该管子的支承件基本放置在围绕该缆索的一连续部分中的金属股绳束的一护套的延伸部分中；
—固定于该管子的支承件包括适合于围绕金属股绳束连接在一起的至少两个部分，或单独的两个部分；
—吸收结构包括基本相互垂直的两个活塞型阻尼器；
—吸收结构包括在缆索周围成角度均匀分布的至少三个活塞型阻尼器；
—第一连接件是一球节连接件，用于至少某些活塞型阻尼器；
—第二连接件是一球节连接件，用于至少某些活塞型阻尼器；
—第二连接件是平行于缆索的一枢轴连接件，用于至少某些活塞型阻尼器；
—至少某些活塞型阻尼器部分地延伸超过固定于该管子的支承件，以及在支承件上设置相应的诸孔，用于诸所述活塞型阻尼器与套环铰接的第一连接件的进出；
—密封结构用于密封位于在诸所述活塞型阻尼器和在支承件中的相应的诸孔之间的至少一空间；
—与套环铰接的第一连接件包括，用于至少某些活塞型阻尼器，将活塞型阻尼器的一螺纹端拧入相应的支管的结构；
—该螺纹结构是可调节的，使活塞型阻尼器的位置适应于在该管子内的金属股绳束的一定中心高度；
—铰接于套环的第一连接件还包括用于所述活塞型阻尼器的锁定结构，该锁定结构适合于防止活塞型阻尼器的螺纹端从相应的支管拧开；
—至少某些活塞型阻尼器的一端设置有一阳吊环，至少一个相应的阴吊环被连接于套环，以及与套环铰接的第一连接件包括用于所述活塞型阻尼器的插入一销柱进入活塞的阳吊环和进入相应的阴吊环的结构，插入一销柱的所述结构能从该管子的外侧被驱动；
—该装置还包括用于可调节地限制活塞行程的结构；
—用于限制活塞行程的结构包括适合于拧入或拧出在套环的表面上分布的诸被焊接零件的诸螺钉，该诸螺钉还包括设置有适合于吸收冲击的一材料的一头部。
本发明还提出了阻尼一缆索的振动的一方法，其中由具有上述诸特征的装置阻尼该振动。
从以下参照附图对非限制性的示范性例子的叙述，本发明的其它特点和优点将显示出来，在附图中：
图1是本发明的一实施例的纵剖面中的一总图；
图2是按照本发明的一实施例的一活塞连接至一夹紧套环的一例子；
图3是本发明的一实施例的一剖视图；
图4以剖面图示出了在阻尼缆索的振动期间的一活塞的一运动；
图5是示出按照本发明的一实施例的一壳体的一优越外形的一视图；
图6是本发明的一实施例的以纵向观察画出的一运动学示意图；以及
图7是本发明的一实施例的在径向图中的一运动学示意图。
图1示出了包括一束金属股绳5的一拉索，并在它的连续部分(图1的左侧)中被通常由塑料制造的一护套6包围。该缆索还在该图的右侧延伸至一固定区域。在这区域，缆索被连接至一固定管4，该管刚性地附连至拉索建筑结构，例如一拉索桥的一桥面或一塔内。
为了限制该缆索的张紧的金属股绳的振动，在诸金属股绳5的周围放置一夹紧的套环3，以便在该束的一部分上能够有效地压紧该束。这套环较佳地位于固定区域的附近，同时又离它有充分的距离，以改善阻尼性能。它可以有许多形状。按照图3和4中所示的一实施例，它包括与该束股绳接触的一内六角表面，以便带有一最小的间隙夹紧该束股绳，以及它由两个不同的部分组成，在要求释放该束股绳时这两部分可以分开。
此外，在该束5周围径向定位多个液压活塞型阻尼器1，该诸活塞具有一直线行程。它们在它们的诸端部的一端部通过夹紧套环3被连接至缆索(在图1中示出了这一活塞型阻尼器1)。活塞型阻尼器1还通过一支承件、例如放置在股绳束5和夹紧套环3周围的一外壳2连接至建筑结构，同时在外壳的内表面和股绳束之间留有一自由空间。例如，外壳可以有与它端部(在图1中外壳的左手端)连接的护套6相同直径的一圆形横剖面。在外壳2和建筑结构之间的连接是通过固定管4，外壳在它的诸端部的一个端部(图1中的右手端)处连接于固定管。因此，它有利地具有带接近固定管4的直径的一直径的一圆形横剖面。这避免了用外阻尼器引起的审美方面的缺陷。这也有利地使用液压阻尼器进行有效阻尼，它的阻尼定律例如可以是线性的、二次的等。
因为这样设置，在股绳束5相对于建筑结构相对运动期间活塞能够吸收能量，从而吸收这些运动。因此，在活塞型阻尼器1一方面和夹紧套环3、另方面与外壳2之间的连接件必须提供适合于衰减股绳束5的某些振动的自由度。这样，在活塞型阻尼器1和外壳2之间的连接件7和在活塞型阻尼器1和夹紧套环3之间的连接件8有利地是球节连接件。然而，这造成各活塞型阻尼器像一连杆一样工作。
但是，由于该阻尼器靠近固定区域，缆索和外壳2的相对运动很少产生在缆索轴线方向的移动。因此，在活塞型阻尼器1和夹紧套环3之间的连接件也能够使用一球节连接件，以及对于在活塞型阻尼器1和外壳2之间的连接件7可以使用平行于缆索的轴线的一简单的枢轴连接件，如该图中所示。在这情况下，理智地提供沿着缆索的轴线调节活塞型阻尼器1的最初位置的结构，例如几毫米，使它适应于在缆索上的夹紧套环3的纵向位置。由耐磨球轴承或自润滑型轴承的坚固的、耐用的机械零件提供该枢轴和球节连接件。
图6和7是本发明的这实施例的运动学示意图，其中能清楚地看到在各活塞型阻尼器1和外壳2之间的枢轴连接件7以及在各活塞型阻尼器1和金属股绳束5(通过夹紧套环3)之间的球节连接件8。
为了能够在最多可能的方向阻尼缆索的振动，可取的是在缆索周围径向地设置至少两个活塞型阻尼器。如果仅使用两个活塞型阻尼器，它们应该较佳地相互垂直设置，以便阻尼在所有方向上的振动，那么每个方向的振动都分解为按照所使用的两个活塞型阻尼器的方向的两垂直分量。
有利地，为了强度的原因，可以使用更多数量的活塞型阻尼器1。从而，一个活塞型阻尼器有故障时，能够由一个或多个其它活塞型阻尼器的投影分量弥补。然而，为了经济和容积的原因活塞型阻尼器的数量不应过多。一优越的实施在于使用围绕缆索放置的三个活塞型阻尼器，在它们之间相隔120°角度。在图5中示出了这实施例(其中没有示出活塞型阻尼器，但不同的诸活塞型阻尼器和外壳2之间的连接件7是明显的)。
由缆索的振幅产生活塞的直线行程。因此必须相对于这振幅和阻尼定律选择活塞型阻尼器的尺寸。作为一个示例，假定活塞型阻尼器的长度至少是行程的三倍。这样，对+/-50毫米的行程，即总行程100毫米，活塞的长度至少是300毫米。
为了阻尼振动的主要部分，有利的是活塞型阻尼器的本体延伸超过固定管4的直径，不这样，固定管将有一很大的直径。具体在图1中示出了这一结构。在外壳2中设置若干孔9，以允许连接件8进出和允许活塞型阻尼器通过，同时允许活塞型阻尼器与连接件7和8一致运动。这些孔例如可以是长孔和它们必须提供足够的间隙，以便在缆索振动时不妨碍活塞型阻尼器的运动，但也保证保持内部的诸构件。
并且，为了防止在外壳2中有若干这些孔9而允许水渗透缆索和与金属股绳束接触，因此有利地提供密封装置。例如，密封盖12可以在所使用的各活塞型阻尼器1周围复盖阻尼装置，如图1所示，它在孔9的高度处具有提供密封的效果。还可以使用另一密封系统：它包括以一密封方式一方面连接于一活塞型阻尼器1和另方面连接于外壳2的一柔性裙部。此外，较佳地设计全部机械连接件是被密封的。
如以上所指出，外壳2较佳地与固定管4对齐并通过保护在它的连续部分内的金属股绳束5的密封的护套6延伸。此时，随时间的流逝阻尼器和诸连接件性能下降，这意味着它们要求周期性的维护或甚至调换。为了避免拆卸外壳2(这将包含用重型提升装置提升护套6)，将活塞型阻尼器1有利地连接于外壳2和夹紧套环3而不需要打开外壳。
因此，可以使用一螺纹连接。图1提供了在一活塞型阻尼器1和夹紧套环3之间的这一连接的一示例。那么活塞型阻尼器的端部包括一螺杆，该螺杆能够拧入开有配合的一螺孔的一支管10，这支管又连接于球节连接件8，该球节连接件将套环3连接于活塞型阻尼器1。
在这情况中，能够使用活塞型阻尼器1的外螺纹按照在管子4或外壳2内部的金属股绳束5的定中心高度调节活塞型阻尼器的位置。有利地使用防止活塞型阻尼器1从支管10拧开的一锁定系统，以防止该组件的振动引起活塞型阻尼器拧开。
图2示出了在一活塞型阻尼器1和夹紧套环3之间的一可替换使用的连接。实际上活塞型阻尼器1在它的端部具有装有一阳吊环15的一杆。此外，一个或多个阴吊环16刚性地连接于夹紧套环3。从而在活塞型阻尼器1和夹紧套环3之间的连接在于通过例如像一自行车刹车钢丝那样操作的一控制装置18从外壳2的外部平移驱动平行于缆索的一销柱17。当驱动装置18时，将销柱7插入或拔出吊环15和16的小孔，这样提供在活塞型阻尼器1和套环3之间的可拆卸的连接。
由于不能够确实地预计拉索的振幅，可以值得进行的是用与活塞型阻尼器分开的机械装置限制夹紧套环3的振幅，以防止活塞行程的不必要的过大尺寸，但也为了防止它们过载。此外，值得进行的是如果尤其是由于工程进行的误差造成的缆索不完全处于固定管的中央，能够改变阻尼器的位置。
因此，可以在夹紧套环3上设置可调节的行程限制器。图1示出了这一组件11的一例子。在图3中，在六角形夹紧套环3的六个外表面上设置六个螺钉11，以限制股绳束5的位移。这些螺钉可以拧入或拧出例如焊接于夹紧套环3的诸表面的螺帽的诸零件。它们有利地用例如橡胶的一冲击吸收材料设置的一头部为末端。在对应于有关股绳束5的所要求的最大位移的离开外壳的一距离处定位它们。
图3以横剖面示出了按照本发明的一阻尼器，其中为了清楚起见示出了一单个活塞型阻尼器1。在这图中，金属股绳束5位于外壳2的中央，外壳2与固定管4和缆索的护套6对齐。此外，活塞型阻尼器相对于缆索处于一径向位置。这位置对应于其中没有产生振动和因此其中阻尼器没有衰减股绳束5相对于外壳2、也就是相对于外壳对其固定的建筑结构的任何相对运动的一静止位置。
对于它的零件，图4示出了与图3相同的装置。但是，在这图中，它显示出由于缆束的振动金属股绳束5经历了相对于外壳的一相对运动。从而股绳束5移动，直至在最大位移处套环3与外壳2接触(或直至一位移限制器11与外壳接触)。活塞型阻尼器1的作用衰减了股绳束5的移动，该阻尼器藉助于与夹紧套环3连接的它的球节连接件8和与外壳2连接的它的枢轴连接件7而移动。在图4所示的例子中，活塞型阻尼器1的运动使该阻尼器处于从静止位置处的它的径向偏离一角度α的一位置中。自然，当通常是本发明中的情况的使用若干活塞型阻尼器时，各活塞型阻尼器经历了它与夹紧套环3和外壳2具有的诸连接件一致的一单独运动。那么在各活塞型阻尼器在对应于股绳5的总运动方向的诸相应分量的诸方向中的一同步作用中影响股绳束5的各运动。
图5示出了本发明的一优越的实施例，其中将均匀分开的三个活塞型阻尼器(未示出)连接于外壳2，以致它们各自的诸轴线、两个地形成一角度120°。
此外，图5中的外壳2包括两个不同的部分2a和2b，例如用螺栓将外壳的这两部分连接在一起。这一外壳具有易于在股绳束5周围连接和也易于拆卸的优点。