一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內至外分別由高強度鍍鋅鋼絲、表面護套、螺旋肋和開孔外罩組成；所述高強度鍍鋅鋼絲固定在表面護套內，所述表面護套與開孔外罩為同心圓管，所述開孔外罩與表面護套之間留有一定的間隙，間隙空間內設置至少一條與圓管同軸的螺旋肋，螺旋肋的內外螺旋邊分別與表面護套和開孔外罩的管壁固結。本發明沿拉索軸向的開孔外罩可破壞拉索卡門渦脫的規律性以及軸向流和軸向渦的規律性，降低拉索氣動作用力沿拉索軸向的相關性，從而破壞干索馳振發生條件。
【專利說明】一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索。
【背景技術】
[0002]隨著現代橋梁朝著大跨徑、更輕巧的方向發展，斜拉橋因其本身所具有的特性而成為實現這一目標最為常用的橋梁結構之一，在世界范圍內得到了廣泛應用。拉索作為斜拉橋的主要承重構件，其質量直接決定了斜拉橋的壽命與安全。由于斜拉橋特殊的工作環境，強風引起的振動是導致斜拉索損壞的主要原因之一。而更換由于振動損壞的斜拉索費用約占全橋成本的1/4?1/3，因此研發可有效抑制拉索風致振動的控制措施有重大的工程意義。
[0003]斜拉橋拉索會發生多種形式的風致振動現象，發生的機理各不相同。其中振動幅度最大、危害最嚴重的是拉索的風雨激振和干索馳振。拉索的風雨激振是在風和雨共同作用下發生的大幅低頻振動，在過去20多年里被各國學者廣泛關注和研究。而拉索的干索馳振則是在有風無雨天氣下發生大振幅氣動失穩現象，這是最近才在實際斜拉橋上發現的一種新的拉索振動形式。
[0004]對于斜拉索的風致振動現象，常用的振動控制方法主要有三種:機械控制措施、結構控制措施和空氣動力學控制措施。
[0005]機械控制措施是一種通過在拉索上附加阻尼器來提高拉索結構阻尼的減振方法。但由于拉索風雨激振和干索馳振是大幅低頻振動，因而傳統阻尼器的減振效果不大。并且隨著拉索長度的增加，傳統阻尼器的相對效率也將越來越低。
[0006]典型的結構控制措施是采用輔助索將不同拉索聯結。輔助索的作用是減小索的有效長度，提高索的固有頻率，使拉索之間產生動力耦合，從而達到降低拉索振動的目的。輔助索能減小拉索的振幅，卻沒有消除拉索發生氣動失穩的發生條件，因而無法避免拉索產生氣動失穩現象，因此經常會發生輔助索疲勞破壞的事故。
[0007]空氣動力學控制措施主要通過對拉索表面進行特殊處理來改善拉索的空氣動力學性能，被認為是一種經濟有效的控制措施。目前常用的空氣動力學措施是在拉索表面設置軸向凸起、在拉索表面單向纏繞凸起螺旋線以及在拉索表面設置凹坑。
[0008]上述拉索空氣動力學控制措施主要是為抑制拉索的風雨激振而設計的。然而，表面設置軸向凸起雖可抑制風雨激振的發生，但在高風速下會發生新的氣動失穩現象，因此現在實際工程中很少應用。表面單向纏繞凸起螺旋線的拉索可減小在拉索上表面形成的雨線，干擾雨線在拉索表面的振蕩，降低拉索發生風雨激振的可能性。但降雨強度較大時，這種纏繞螺旋線的拉索仍有可能在螺旋線之間產生雨線，并導致拉索的振動。
[0009]在拉索表面設置凹坑增大了拉索的表面粗糙度，會改變拉索表面邊界層內的流體分離，破壞雨線在拉索上表面的形成和振蕩，降低拉索發生風雨激振的可能性。盡管如此，有研究表明:這種表面帶凹坑的拉索有時仍會發生風雨激振。并且，最近的研究表明:這種表面帶凹坑的斜拉索會在有風無雨的天氣下發生大幅干索馳振；在某些情況下，拉索表面的凹坑反而會增大拉索發生干索馳振的可能性。
【發明內容】
[0010]針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，這種斜拉索通過其表面的氣動減振措施來抑制大幅干索馳振和風雨激振的發生，避免拉索發生大幅度振動，提高斜拉索和斜拉橋的安全性。
[0011]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內至外分別由高強度鍍鋅鋼絲、表面護套、螺旋肋和開孔外罩組成；所述高強度鍍鋅鋼絲固定在表面護套內，所述表面護套與開孔外罩為同心圓管，所述開孔外罩與表面護套之間留有一定的間隙，間隙空間內設置至少一條與圓管同軸的螺旋肋，螺旋肋的內外螺旋邊分別與表面護套和開孔外罩的管壁固結。
[0012]所述螺旋肋的旋轉方向為左螺旋或右螺旋，螺旋肋的數量隨著表面護套管徑的增大而增大，且螺旋肋的截面為四邊形。所述開孔外罩上的孔洞是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向寬度設置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋的線型正交，使開孔外罩在使用中受力均勻，環剛性好。所述開孔外罩的厚度為I?3mm，材質為金屬或高分子聚合物，開孔外罩的內側與表面護套之間的凈間距為O?20mm。
[0013]與現有技術相比，本發明具有如下突出的實質性特點和顯著的優點:
本發明的開孔外罩生產制造更方便；拉索的迎風面積小，靜力風荷載低。
[0014]開孔外罩上的孔洞沿拉索軸線方向呈螺旋形變化，這可以破壞風荷載的相關性，從而降低作用在拉索上的靜力風荷載。開孔外罩上的孔洞使得在開孔外罩表面不易形成雨線，而部分通過開孔外罩滴落在拉索表面護套上的雨水會順著拉索護套與開孔外罩之間的螺旋肋有序流出。這阻斷了上雨線的形成，從而避免拉索發生風雨激振。另外開孔外罩上的孔洞可提高作用在斜拉索表面上的氣流湍流度，這也會破壞有規律上雨線的形成，有助于抑制風雨激振的發生。沿拉索軸向的開孔外罩可破壞拉索卡門渦脫的規律性以及軸向流和軸向渦的規律性，降低拉索氣動作用力沿拉索軸向的相關性，從而破壞干索馳振發生條件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明帶圓形開孔外罩的斜拉索示意圖。
[0016]圖2為本發明帶條形開孔外罩的斜拉索示意圖。
[0017]圖3為本發明帶開孔外罩的斜拉索剖面示意圖。
[0018]圖4為本發明帶開孔外罩的斜拉索橫截面A-A示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖，對本發明的具體實施例作進一步的說明。
[0020]如圖1至圖4所示，一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，由內至外分別由高強度鍍鋅鋼絲2、表面護套3、螺旋肋4和開孔外罩5組成；所述高強度鍍鋅鋼絲2固定在表面護套3內，所述表面護套3與開孔外罩5為同心圓管，所述開孔外罩5與表面護套3之間留有一定的間隙，間隙空間內設置至少一條與圓管同軸的螺旋肋4，螺旋肋4的內外螺旋邊分別與表面護套3和開孔外罩5的管壁固結。
[0021]所述螺旋肋4的旋轉方向為左螺旋或右螺旋,螺旋肋4的數量隨著表面護套3管徑的增大而增大，且螺旋肋4的截面為四邊形。
[0022]所述開孔外罩5上的孔洞6是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向寬度設置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋4的線型正交，使開孔外罩5在使用中受力均勻，環剛性好。
[0023]所述開孔外罩5的厚度為I?3mm，材質為金屬或高分子聚合物，開孔外罩5的內側與表面護套3之間的凈間距為O?20mm。
【權利要求】
1.一種斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，由內至外分別由高強度鍍鋅鋼絲(2)、表面護套(3)、螺旋肋(4)和開孔外罩(5)組成；所述高強度鍍鋅鋼絲(2)固定在表面護套(3)內，所述表面護套(3)與開孔外罩(5)為同心圓管，所述開孔外罩(5)與表面護套(3)之間留有一定的間隙，間隙空間內設置至少一條與圓管同軸的螺旋肋(4)，螺旋肋(4)的內外螺旋邊分別與表面護套(3)和開孔外罩(5)的管壁固結。
2.根據權利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述螺旋肋(4)的旋轉方向為左螺旋或右螺旋，螺旋肋(4)的數量隨著表面護套(3)管徑的增大而增大，且螺旋肋(4)的截面為四邊形。
3.根據權利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述開孔外罩(5)上的孔洞(6)是圓形或條帶形；圓形孔洞的直徑設置為8?10mm，條帶形孔洞的橫向寬度設置為5?8mm ;圓形孔洞和條帶形孔洞均呈螺旋型分布，螺旋為右螺旋或是左螺旋，并與螺旋肋(4)的線型正交，使開孔外罩(5)在使用中受力均勻，環剛性好。
4.根據權利要求1所述的斜拉橋用帶開孔鏤空外罩的斜拉索，其特征在于，所述開孔外罩(5)的厚度為I?3mm,材質為金屬或高分子聚合物,開孔外罩(5)的內側與表面護套(3)之間的凈間距為O?20mm。
【文檔編號】E01D19/16GK104264585SQ201410473437
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優先權日:2014年9月17日
【發明者】杜曉慶, 張利平, 李俊軍, 曾靜麗 申請人:上海大學