專利名稱：一種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器。
背景技術(shù)：
橋塔的材料、截面形狀、所處的流場狀態(tài)、所處的施工狀態(tài)及其構(gòu)造形式等因素決定了橋塔結(jié)構(gòu)的阻尼、剛度和頻率等動力特性和氣動特性，進而由這些內(nèi)外因素決定了橋塔的風致振動。因此，針對上述影響因素可以采取三方面的減振措施。(I)橋塔結(jié)構(gòu)措施(材料、構(gòu)造形式)。鋼橋塔的阻尼比小于鋼與混凝土混合式橋塔的阻尼比，也小于混凝土橋塔的阻尼比，較大阻尼比的混凝土橋塔其風致振動較小。構(gòu)造形式方面，相對于獨柱式、鉆石形、A字形和人字形橋塔，雙柱式橋塔的基頻相對較低。當其他條件相同時，雙柱式橋塔較易發(fā)生渦激共振，其振動幅值尤其是扭轉(zhuǎn)位移比較大，設(shè)計時需謹慎處理。(2)機械減振措施。主要是通過布設(shè)阻尼器增加橋塔的阻尼。從控制方法上主要分為主動控制、被動控制、半自動控制和混合控制。由于除了被動控制以外的其他控制方法都需要外部能源，并且構(gòu)造復(fù)雜，難于修護更換。推薦使用被動控制方法，目前可選的阻尼器有調(diào)諧阻尼器TMD，TLD, TIXD，多重調(diào)諧阻尼器MTMD和MTLD。安放阻尼器的位置宜在需控制模態(tài)振型的最大位移處。(3)氣動措施。主要是優(yōu)化橋塔塔柱的氣動斷面，可以把矩形斷面向外側(cè)倒圓角、向內(nèi)側(cè)倒矩形角、向內(nèi)側(cè)倒圓角、在外側(cè)倒直角，或者在順橋向或橫橋向開凹槽。這樣做都可以不同程度上改善橋塔的氣動性能。另外，在施工架設(shè)橋塔時，施工方法、施工工序、施工機械的使用以及臨時支撐和腳手平臺的使用應(yīng)該考慮到抗風要求以及由此帶來的利弊關(guān)系O
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器。本實用新型的技術(shù)方案如下:一種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器，所述水下阻尼器采用鉆孔式、封閉開孔式、敞口式三種形式之一，且鉆孔式、封閉開孔式、敞口式三種形式均為對稱結(jié)構(gòu)；所述鉆孔式為在阻尼器的運動方向上鉆孔；所述封閉開孔式為在內(nèi)部空洞的立方體箱體表面打孔，頂面不打孔，其他五個面打孔；所述敞口式具有不平整的表面，包括“工”字型或者“王”字型。本實用新型的有益效果為:(I)架設(shè)水下阻尼器前的彈簧振子系統(tǒng)的阻尼比較小，其加速度衰減較為緩慢；而架設(shè)水下阻尼器后的彈簧振子系統(tǒng)的加速度衰減得十分迅速，這就說明本實用新型所設(shè)計的水下阻尼器起到了增大系統(tǒng)阻尼的效果，而且該效果十分顯著。(2)隨著水下阻尼器體積的增大，系統(tǒng)的阻尼比呈遞減趨勢，這主要是因為水下阻尼器的體積增大后，其浮力也隨之增大，進而影響到系統(tǒng)阻尼比的增加，降低了水中阻尼器的減振效果。可見，在實際工程當中，應(yīng)根據(jù)具體結(jié)構(gòu)的規(guī)模來合理設(shè)計水中阻尼器的大小，以達到最佳的減振效果。(3)水下阻尼器的減振效果存在著一個最優(yōu)的孔隙率。因此，針對本研究的實際工程應(yīng)用(之江大橋拱形鋼塔)，建議采用6.28%孔隙率的水下阻尼器。
圖1為水下阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖(鉆孔式)；圖2為水下阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖(封閉式開孔)；圖3為水下阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖(敞口式-王字型)；圖4為水下阻尼器的結(jié)構(gòu)示意圖(敞口式-工字型)；圖5為水下阻尼器的減振試驗示意圖；圖6為未架設(shè)水下阻尼器時彈簧振子的加速度衰減過程圖7為架設(shè)水下阻尼器后(不同孔隙率)彈簧振子的加速度衰減過程，圖a孔隙率 Ql = 12.56% ;圖 b 孔隙率 Q4 = 3.14% ；圖8為不同體積大小對水下阻尼器減振效果的影響；圖9為不同孔隙率對水下阻尼器減振效果的影響，該立方體為IOX IOX IOcm圖10為橋塔阻尼器應(yīng)用示意圖。I鋼絞線，2基礎(chǔ)，3拱塔，11阻尼器，21數(shù)據(jù)線，22鋼支架，23水，24水桶，25加速度計，26彈簧。
具體實施方式
以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。實施例1本實施例設(shè)計了三類水下阻尼器，均為對稱結(jié)構(gòu):(I)鉆孔式:在阻尼器的運動方向上鉆孔，利用水流通過管道發(fā)展形成湍流，與管壁的切應(yīng)力增大阻力。阻尼器形式如圖1所示。(2)封閉式開孔式:在內(nèi)部空洞的阻尼器表面打孔(頂面不打孔，其他五個面打孔)，使水流在阻尼器內(nèi)部產(chǎn)生湍流，從而達到耗能的目的，形式如圖2所示。(3)敞口式:采用不平整的表面，例如“工”字型、“王”字型，增大阻尼器對流場的擾動，從而增大阻尼，形式如圖3、圖4所示。實施例2(I)體積對其減振效果的影響水下臨時阻尼器的體積大小對其減振效果有很大的影響，本實施例擬考慮三種不同的體積:10 X IOX 10cm、15 X 15 X 15cm、20 X 20 X 20cm，以探討體積大小對水下阻尼器減振性能的影響。(2)開孔率的影響水下阻尼器的開孔率能影響通過制振裝置的水流量，進而影響水流對制振裝置所產(chǎn)生的阻力大小。因此，本實施例擬探討不同的開孔率對水下臨時阻尼器減振效果的影響，即在保證同等過水面積的前提下，調(diào)整孔洞的個數(shù)和口徑，以研究開孔率(總的開孔面積比上六個面的總面積)的影響。(3)試驗結(jié)果水下阻尼器的減振效果圖5為IOX IOX IOcm的水下阻尼器(封閉開孔)的減振試驗示意圖。圖6給出了未架設(shè)水下阻尼器時彈簧振子的加速度衰減過程，而圖7則給出架設(shè)了 IOX IOX IOcm水下阻尼器后(不同孔隙率)的彈簧振子的加速度衰減過程。對比圖6和圖7可以看出:架設(shè)水下阻尼器前的彈簧振子系統(tǒng)的阻尼比較小，其加速度衰減較為緩慢；而架設(shè)水下阻尼器后的彈簧振子系統(tǒng)的加速度衰減得十分迅速，這就說明本研究所設(shè)計的水下阻尼器起到了增大系統(tǒng)阻尼的效果，而且該效果十分顯著。表I計算了架設(shè)和未架設(shè)水下阻尼器時的系統(tǒng)阻尼比，從中可以看出:對比架設(shè)水下阻尼器前的系統(tǒng)阻尼，架設(shè)水下阻尼器后的系統(tǒng)阻尼比有了十分顯著的增大。表I架設(shè)和未架設(shè)水下阻尼器時的系統(tǒng)阻尼比的計算
權(quán)利要求1.種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器，其特征在于，所述水下阻尼器采用鉆孔式、封閉開孔式、敞口式三種形式之一，且鉆孔式、封閉開孔式、敞口式三種形式均為對稱結(jié)構(gòu)；所述鉆孔式為在阻尼器的運動方向上鉆孔；所述封閉開孔式為在內(nèi)部空洞的立方體箱體表面打孔，頂面不打孔，其他五個面打孔；所述敞口式具有不平整的表面，包括“工”字型或者“王”字型。
專利摘要本實用新型公開了一種施工狀態(tài)拱形鋼塔的水下阻尼器，所述水下阻尼器采用鉆孔式、封閉開孔式、敞口式三種形式之一，且均為對稱結(jié)構(gòu)(1)鉆孔式在阻尼器的運動方向上鉆孔，利用水流通過管道發(fā)展形成湍流，與管壁的切應(yīng)力增大阻力；(2)封閉開孔式在內(nèi)部空洞的立方體箱體表面打孔，頂面不打孔，其他五個面打孔，使水流在箱體內(nèi)部產(chǎn)生湍流，從而達到耗能的目的；(3)敞口式采用不平整的表面，包括“工”字型或者“王”字型，增大阻尼器對流場的擾動，從而增大阻尼。而架設(shè)水下阻尼器后的彈簧振子系統(tǒng)的加速度衰減得十分迅速，這就說明本實用新型所設(shè)計的水下阻尼器起到了增大系統(tǒng)阻尼的效果，而且該效果十分顯著。
文檔編號E01D19/14GK202925468SQ20122039617
公開日2013年5月8日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月13日
發(fā)明者白樺, 趙國輝, 李宇, 劉健新, 楊昀, 謝俊, 邵俊江 申請人:長安大學