本發明屬于振動控制，涉及到一種大跨橋梁渦振控制裝置。

背景技術：

1、橋梁嚴重渦振影響行車的舒適性和安全性，因此必須加以有效控制。目前，調諧質量阻尼器(tmd)是大跨橋梁渦振控制的常用機械措施。單一tmd只能控制特定頻率的渦振。然而，在不同風速條件下，橋梁可能出現多階不同階次和頻率的渦振，且相對較大振幅區域也有所不同。因此，需要在不同區域配置多套不同頻率的tmd。這不僅大幅增加了裝置費用，還為橋梁額外增加了負載。另外，對于大跨橋梁低頻(如<0.2hz)渦振，傳統tmd由于彈簧靜變形量太大而無法直接應用，必需采用慣容質量阻尼器。但造價相對更高，而控制效率相對更低，且目前還未見實際工程應用。

2、如浙江某大跨度懸索橋，實橋發現0.095hz、0.133hz、0.183hz、0.230hz、0.276hz和0.324hz六階渦振，最大振幅達到24cm(數據來源于公開外文文獻《vortex-inducedvibration?analysis?of?long-span?bridges?with?twin-box?decksunder?non-uniformly?distributed?turbulent?winds》；journal?of?wind?engineering&industrialaerodynamics，2018，第172卷，q.zhu,y.l.xu,l.d.zhu等，31-41頁)。如果采用傳統tmd控制某一階渦振，則可能需要數百噸物理質量，花費不低于一千萬。對于頻率低于0.2hz的渦振控制，傳統tmd無能為力。如果控制多階渦振，費用可想而知。因此，如何采用更先進的技術，在大幅降低成本并減輕附加負荷的前提下，實現對多階渦振的有效控制，成為當前某些大跨橋梁亟待解決的技術難題。

3、針對上述問題，本發明提出了一種大跨橋梁渦振控制裝置。該裝置造價低、構造簡單、無需復雜調諧、魯棒性好、效率高、可同時控制多階渦振，也可降低橋梁抖振響應和行車引起的動力響應。

技術實現思路

1、具體的
技術實現要素：
及其優勢如下：該裝置可控制大跨橋梁多階渦振，無需調諧，具有高可靠性和優異耐久性，同時有效降低了裝置造價及維護成本，是一種經濟高效的大跨橋梁渦振控制裝置。

2、本發明的技術方案：

3、一種大跨橋梁渦振控制裝置，包括纜索1、第一吊索2、護孔襯套3、第一滑輪4、第二吊索5、配重塊6、阻尼元件7、防水罩8、第二滑輪9、第三滑輪10、拉伸彈簧11。

4、若纜索1位于主梁外：纜索1沿橋梁縱向水平懸吊，其兩端錨固在橋塔或拱肋等構件合適位置；若干第一吊索2上端懸掛于纜索1不同斷面位置，下端通過橋面頂板孔洞護孔襯套3，最后纏繞固定在安裝于主梁內部的第一滑輪4上；第二吊索5一端與第一吊索2反向纏繞固定在第一滑輪4上，另一端懸吊配重塊6；阻尼元件7安裝在配重塊與主梁之間，為裝置提供阻尼力；上下可伸縮的防水罩8套在第一吊索2外，下端與橋面粘連固定，上端與第一吊索2緊箍。采用以上構造，通過沿橋梁縱向布置的若干配重塊6、第二吊索5、第一滑輪4、第一吊索2，為纜索1施加了若干離散豎向荷載，使其具有足夠的豎向剛度。橋梁主梁如若相對纜索1和配重塊6產生豎向相對位移，阻尼元件7為主梁提供阻尼力，從而耗能控制渦振。

5、若纜索1置于主梁內：大跨橋梁渦振控制裝置不需要護孔襯套3和防水罩8，還包括第二滑輪9、第三滑輪10和拉伸彈簧11；纜索1沿橋梁縱向水平懸吊，其兩端錨固在主梁內部合適位置，在主梁內頂板縱向設置若干第二滑輪9為纜索1提供支撐；若干第一吊索2上端懸掛于纜索1不同斷面位置，下端纏繞在安裝于主梁內部的第三滑輪10上，通過第三滑輪10引導后纏繞固定在第一滑輪4上；第二吊索5一端與第一吊索2反向纏繞固定在第一滑輪4上，另一端懸吊配重塊6；后續工作原理與纜索1置于主梁外情況類似。由于大跨橋梁主梁豎向空間通常在3-5m范圍，在纜索1不同斷面位置第三滑輪10引導第一吊索2后，采用若干水平布置的拉伸彈簧11為纜索1提供足夠的豎向剛度，由此不再需要第一滑輪4、第二吊索5和配重塊6。

6、所述纜索1，通常采用各類高強平行鋼絲、高強纖維材料等，材料、尺寸、數量、纜索面積越大、材料彈模越大、矢跨比越大，效果越好，但費用通常也越高，因此應根據實際需求合理優化設計。纜索1可以布置在主梁橫向中央位置，也可以布置在兩側位置(可以同時控制扭轉渦振)，如果在主梁外，應確保不會影響行車。如果在主梁內，需要根據控制渦振模態性質和階數，優化設計第二滑輪9的數量和位置及纜索1各跨的矢跨比。

7、所述第一吊索2，可采用高強纖維材料，根據需要沿橋梁縱向在纜索1的多個斷面安裝以滿足多階渦振控制需求，保證足夠的強度、剛度和耐久性，材料類型、尺寸、數量不限。

8、所述護孔襯套3，安裝在主梁頂板開孔內，目的是分散第一吊索2和主梁頂板之間可能受到的局部摩擦力，從而對兩者起到保護作用。具有足夠的強度、剛度和耐久性，材料、尺寸、形式不限。

9、所述第一滑輪4，保證足夠的強度、剛度和耐久性，可采用同軸不同徑構造，第一吊索2纏繞較小的輪徑部分，第二吊索5纏繞較大的輪徑部分，由此可在保證第一吊索2和纜索1在相同拉力條件下，大幅降低配重塊6的重量，降低成本，另外也可大幅增加配重塊6與主梁之間的相對位移，提高振動控制效率。

10、所述第二吊索5，可采用高強纖維材料，保證足夠的強度、剛度和耐久性，材料類型、尺寸、數量不限。

11、所述配重塊6，材料類型、尺寸、數量不限，可選擇水箱、沙箱、混凝土、鋼塊等材質，根據需要確定其數量和質量。

12、所述阻尼元件7，類型、數量和安裝位置不限，具有較長的使用壽命和較好的經濟性，對于設置配重塊6情況，建議安裝在配重塊6與主梁底板之間，對于設置拉伸彈簧11情況，建議安裝在纜索1與主梁底板之間。

13、所述防水罩8，可采用防水橡膠等彈性材料，保證在第一吊索2與橋面孔洞之間形成可靠的密封構造，可以防止雨水和灰塵沿第一吊索2進入護孔襯套3和主梁內部。防水罩8應具有一定的彈性和可變形能力，以適應第一吊索2相對主梁之間的相對位移，在極端情況下，如果相對位移過大，防水罩8上端也可沿著第一吊索2上下滑移。

14、所述第二滑輪9，保證足夠的強度、剛度和耐久性，材料類型、尺寸、數量不限，纜索1在第二滑輪9處既可斷開分別固定，也可連續允許其沿縱向滑移。

15、所述第三滑輪10，保證足夠的強度、剛度和耐久性，材料類型、尺寸不限。

16、所述拉伸彈簧11，保證足夠的張力，材料類型、尺寸、數量不限，剛度不宜過大，需要足夠的拉伸長度(實現方式不限)，以保證足夠的張力。

17、不設置第一滑輪4和第二吊索5，第一吊索2直接連接配重塊5也可耗能抑振，此時需要更大的配重塊6重量。

18、纜索1置于主梁內外兩種方案各有利弊，需考慮多種因素綜合比選確定。

19、在主梁橫橋向兩側設置兩套該裝置，通過增大纜索1的面積、配重塊6的質量、阻尼元件7等的阻尼力，則可以為橋梁提供更大的阻力和更高的阻尼比，也可以大幅提升橋梁以扭轉振動為主的軟顫振臨界風速，降低其振幅。該裝置對控制橋梁抖振與行車荷載引起的橋梁振動也起有利作用。

20、本發明的有益效果：(1)較低的造價和維護成本：可控制多階渦振，減少了對多個調諧裝置的需求，從而顯著降低了整體造價；(2)不受限的控制頻率：裝置設計簡單，無需復雜調諧，不受限于渦振頻率，突破了傳統tmd因彈簧靜變形量過大而無法應用于低頻渦振控制的瓶頸問題；(3)較小的附加荷載：對于纜索置于主梁外情況，相比傳統的tmd，第一滑輪非但避免了配重塊增加的額外的豎向荷載，還可以為橋梁提供豎直向上的支撐，各配重塊均提高纜索的剛度，對各階模態渦振控制均有貢獻，因此不像傳統的tmd控制每階模態渦振均需足夠的配重；對于纜索置于主梁內情況，各配重塊和/或拉伸彈簧均提高纜索的剛度，為纜索提供相同的豎向剛度，需要的拉伸彈簧的質量遠小于配重塊的質量。(4)可控制多種振動：除了渦振控制外，該裝置還可有效控制抖振、顫振及由行車荷載引起的振動。