本實用新型涉及耐火型斜拉索結構和斜拉索的阻尼減振結構。
背景技術：
斜拉橋的主要受力構件是斜拉索，拉索的工作情況對斜拉橋的結構安全、運行狀態和使用壽命具有最直接的重要影響。首先，斜拉索在自然環境下，不可避免地受到腐蝕退化、性能衰減、振動疲勞等多種不利因素的影響。由于其布置于梁體外部，并長期處于高應力狀態，其截面尺寸又小，故斜拉索對腐蝕作用非常敏感，斜拉橋的使用安全性和耐久性在很大程度上取決于斜拉索的抗腐蝕能力。
在斜拉索預埋管內設置橡膠阻尼器，利用高阻尼橡膠的變形滯變阻尼耗能。彈性材料雖然能夠貯存能量，但是卻不能耗散能量；相反，粘性液體具有耗損能量的本領，然而卻又不能貯存能量，因此只有介于粘性液體和彈性固體之間的粘彈性材料才能兼備駐貯存能量和耗散能量的作用。在受到交變應力作用產生變形時，部分能量貯存起來，另一部分能量則被耗散轉化為熱能，這種能量的耗損或轉化表現為機械阻尼，具有振動阻尼的作用，從而起到減振的效果。高阻尼橡膠(下文中有時也簡稱橡膠)是一種粘彈性材料，它同時具有某些粘性液體和彈性固體特性的材料。另外，橡膠阻尼器的阻尼效果與橡膠的截面積、厚度直接相關。以往的橡膠阻尼器直接安裝在預埋管管口，由于預埋管與斜拉索存在不可避免的偏心，因此必須為橡膠設置偏心調節機構，如圖1、2所示，而偏心調節機構往往又要占用安裝空間，從而抑制了阻尼器的橡膠厚度和面積，嚴重影響橡膠阻尼器的阻尼效果。
另外，隨著橋梁建設的高速發展和在役橋梁的日益增加，各種橋梁火災事故頻頻發生，據全世界范圍內橋梁火災爆炸事故發生數據統計，每年因火災垮塌的橋梁數量是因地震垮塌的2.7倍左右。斜拉橋火災事故中，由于現場作業導致hdpe外護套管燃燒而引發斜拉索火災，導致斜拉索主體受力構件損壞，斷索處的一側橋面嚴重下沉，造成巨大經濟損失和社會不良影響。因此，防火或耐火是斜拉索迫切要解決的重大安全課題，防火的作用側重于減小火災蔓延到斜拉索上，耐火是為了在火災中保護斜拉索，不至于發生橋梁垮塌的重大事故。
目前，大部分斜拉索還不具備同時解決上述問題所必須的性能，通常的做法還是在斜拉索服役期間預見問題后再采取補救措施，例如加固或更換其外置阻尼器，或者纏繞防火材料等單一措施，補救措施存在界面多、匹配不好、耐久性差等問題。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種耐火和內置阻尼一體化的斜拉索，讓斜拉索索體既有耐火能力，又具有較好的阻尼抗振效果。
本實用新型的技術方案為：一種耐火型內置阻尼斜拉索，斜拉索的索體包括由內而外設置的鋼絲束、隔熱繩、纏包帶、內層護套、外層護套，所述隔熱繩與鋼絲束通長設置，多股所述隔熱繩圍在所述鋼絲束外周對所述鋼絲束構成環向隔絕；所述斜拉索錨固在預埋管，所述預埋管端部設置延伸筒，所述延伸筒內部設置阻尼器，所述阻尼器抱住所述索體，所述延伸筒另一端再設置梁端密封防水帽，位于最上端的所述梁端密封防水帽對索體表面構成密封防水。
優選地，所述梁端密封防水帽底部設置有錐形筒，所述錐形筒與所述延伸筒通過內外螺紋旋接，所述梁端防水帽的結構參考公開號為cn110453589a所公開的專利文獻，屬于一款可檢視的密封防水帽。
優選地，所述隔熱繩為陶瓷纖維隔熱繩。
優選地，所述預埋管和所述延伸筒法蘭對接，預埋管和延伸筒的法蘭盤上分別設置有條形孔，兩法蘭盤的條形孔一一對應并通過鎖緊零件固定。進一步地，預埋管和延伸筒對接的兩法蘭盤中的一個采用徑向延伸的條形孔，另一個采用切向延伸的條形孔，一個徑向延伸的條形孔和一個切向延伸的條形孔對應鎖緊，以此實現對中調節。
優選地，所述預埋管的法蘭盤與預埋管管體之間設置角筋，所述延伸筒的法蘭盤與延伸筒筒體之間設置角筋，角筋作為結構件提高強度。
優選地，所述延伸筒為多瓣組合式結構，由兩個以上的弧形件拼接而成，方便組裝，各弧形件的邊設置連接邊，相鄰兩弧形邊的邊緣通過連接邊連接固定。
優選地，所述阻尼器與所述延伸筒內部形狀、大小吻合，所述阻尼器為兩瓣對合式結構、抱住所述索體，所述延伸筒再環抱所述阻尼器。
優選地，所述阻尼器的周面為軸向波紋結構，更好的吸收和消耗振動。
上述阻尼器為類圓筒結構，其截面積a和軸向厚度t的設計步驟：
(1)收集已知參數：斜拉索的種類、斜拉索的長度、斜拉索的角度、斜拉索的單位長度質量索力、阻尼器的安裝高度以及阻尼器所用阻尼材料的性能參數；
(2)根據預埋管的長度和延伸筒的長度確定阻尼器的安裝高度；
(3)確定制振目標：引起斜拉橋索體振動的原因很多，索體本身的結構阻尼很小，其對數衰減率一般為0.002～0.008，由于結構阻尼對氣動力穩定性至關重要，所以索體本身屬于一種難以穩定的結構：若斜拉索是由并排設置的平行拉索組成的，為了防止尾流馳振的發生，必須使拉索的對數衰減率達到0.05以上；若不是并排設置的，則拉索的低階對數衰減率應達到0.02～0.03以抵拉索的風雨振，高階對數衰減率應達到0.010～0.015以抵抗渦激振；
(4)確定阻尼器為達到制振目標所需的阻尼器最佳彈性剛度值kopt，
其中r為阻尼器的內摩擦系數，為阻尼材料的自身特性，由步驟(1)收集得到；
ωn為斜拉索的n階振動頻率，與斜拉索的長度、張力和單位質量有關；
ν為阻尼材料復合剛度因子，ν＝4r2/(4+r2)；
式中：t為斜拉索張力；
l為斜拉索長度；
x為阻尼器安裝位置至錨固端的直線距離；
ωn為斜拉索的n階振動頻率；
(5)應用公式k＝ga/t計算阻尼器的截面積a和軸向厚度t；
其中：g為阻尼材料的彈性模量；
a是阻尼器的截面積；
t是阻尼器的軸向厚度。
與現有技術相比，本實用新型的優點在于：
(1)本申請的耐火型內置阻尼斜拉索實現了在火災發生后可通過陶瓷纖維隔熱繩保護斜拉索，保護索體的核心部件——鋼絲束，減小火災對索體承載能力的影響，保證橋梁整體結構安全。
(2)采用可檢視的防水帽結構，實現了斜拉索錨固端有效防水、并具備可檢可修的功能，提高了斜拉索的錨頭防腐蝕能力。
(3)本實用新型的該斜拉索體系采用內置式阻尼器，將阻尼器設置在延伸筒內，并充分利用延伸筒的內部空間對阻尼器進行固定，根據斜拉索服役情況設計阻尼器，同時考慮風雨振和抵抗渦激振，實現了減振精度。
實現了高性能、耐火型、內置高阻尼一體化，作為定制標準產品，可一次性批量生產。
附圖說明
圖1為傳統橡膠阻尼器的結構示意圖；
圖2為傳統金屬-橡膠混合阻尼器的結構示意圖；
圖3為本實用新型實施例中斜拉索預埋端的局部結構圖；
圖4為本實用新型實施例中斜拉索預埋端的外形結構圖；
圖5為本實用新型實施例中索體的截面示意圖；
圖6為本實用新型實施例中索體的立體結構示意圖；
圖7為本實用新型實施例中預埋管的結構示意圖；
圖8為本實用新型實施例中延伸筒的結構示意圖；
圖9為本實用新型實施例中阻尼器的結構示意圖；
圖10為本實用新型實施例中阻尼器的立體結構示意圖；
圖11為本實用新型實施例中阻尼器的安裝結構圖；
圖中，1預埋管、2延伸筒、3阻尼器、4索體、5梁端密封防水帽、6錐形筒、7角筋、8條形孔、9鋼絲束、10陶瓷纖維耐火隔熱繩、11聚酯纏包帶、12內層高密度聚乙烯護套、13外層高密度聚乙烯護套、14螺桿、15阻尼圈、16金屬圈、17楔塊。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述，所述實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。
高性能、耐火型、內置高阻尼一體化斜拉索體系在設計階段需要通盤考慮各個構件的設計，以保證斜拉索整個體系的減振、防水和耐火功能，具體如下：
1)預埋管的設計必須考慮梁端管口的法蘭邊設計，在工廠制作期間完成預埋法蘭的焊接合制作，避免現場焊接切割等作業。
2)斜拉索的設計必須考慮內層防火結構，在斜拉索制制作廠內完成防火結構的填充，不需要在現場進行作業
3)根據斜拉索的長度和預埋管的長度，設計內置式全橡膠阻尼器的參數，并確定延伸筒技術參數，并在工廠定制內置全橡膠高阻尼器和配套的延伸筒。
本實施例的斜拉索，其索體進行耐火結構設置，索體由內而外，依次為由高強度鋅-鋁合金鍍層鋼絲束9(后面簡稱鋼絲束)、陶瓷纖維耐火隔熱繩10、高強度聚酯纏包帶11、內層高密度聚乙烯護套12(黑色)、外層高密度聚乙烯護套13(彩色)組成，其中，陶瓷纖維耐火隔熱繩10與鋼絲束9通長設置，多股陶瓷纖維耐火隔熱繩圍在鋼絲束9外周，不留空隙，對鋼絲束9構成無間隙隔絕，如圖5-6所示。
其中高強度鋅-鋁合金鍍層鋼絲束為斜拉索的基本承載構件。
陶瓷纖維耐火隔熱繩(以下簡稱陶瓷纖維繩)為斜拉索鋼絲束的防火隔熱構件。陶瓷纖維繩的主要材料為三氧化二鋁、氧化硅等材料，是一種纖維狀輕質耐火材料，具有重量輕、耐高溫、熱穩定性好、導熱率低、比熱小及耐機械振動等特點。在現場發生火災的情況時，在高密度聚乙烯受熱或者燃燒時，陶瓷纖維繩可以起到較好的隔溫作用，防止鋼絲束溫度過高，導致斜拉索承載失效。另外，在大型火災下，陶瓷纖維繩的氧化鋁會形成陶瓷狀殼體覆蓋在材料上隔絕可燃性氣體，進一步起到阻燃效果，燃燒形成的陶瓷狀殼體在高溫燃燒時不熔融、不會從索體上脫落，在燃燒過程中形成的陶瓷殼體為蜂窩狀帶有細微小孔的陶瓷殼，有很好的隔火、隔熱、隔絕可燃性氣體的作用。實現了在火災發生的一段時間保護斜拉索承載功能不喪失，保證橋梁相關結構安全的目的。
(高強度)聚酯纖維帶11為鋼絲束與防火隔熱結構的成型定型構件。內層和外層高密度聚乙烯護套(12、13)具有較強的防火和抗老化能力，為斜拉索索體鋼絲束和防火隔熱結構的防護結構，防止鋼絲束銹蝕和耐火隔熱繩的老化。
以上耐火型索體結構在工廠內制作，在兩端安裝錨具并完成灌錨，形成耐火型斜拉索。在以上耐火型制作過程中，鋼絲放絲，在扭絞過程中填充耐火繩，纏繞聚酯纏包帶定型，并熱擠雙層高密度聚乙烯護套。由于耐火繩的填充，使得扭絞后的由六邊形或者確角六邊形變成了圓形，克服了以往斜拉索擠塑后截面的不圓度較大問題，可提高斜拉索與密封構件的密合度，進一步提高后文中所述的斜拉索可檢視密封罩的密封性能，有利于斜拉索體系的密封防水。
斜拉索的索體錨固在預埋管1內，預埋管1頂端設置延伸筒2，延伸筒2內部設置阻尼器3，阻尼器3抱住索體4，延伸筒2頂端再設置梁端密封防水帽5，位于最上端的梁端密封防水帽5與索體4之間構成密封防水，對延伸筒2和預埋管1以內的結構構成防水密封。
進一步地，預埋管1和延伸筒2法蘭對接，預埋管1和延伸筒2的法蘭盤上分別設置有條形孔8，延伸筒2的法蘭盤采用徑向延伸的條形孔8，預埋管1采用切向延伸的條形孔8，一個徑向延伸的條形孔和一個切向延伸的條形孔上下對應，并通過螺釘和螺母鎖緊，以此實現預埋管1和延伸筒2的對中調節，調節過程中采用目測和游標卡尺精確測量來保證斜拉索與延伸筒的同心度。延伸筒2上端設置錐形筒6，錐形筒6套在延伸筒外圓，二者螺紋連接，小端套在索體4上。錐形筒6為哈弗式，現場進行焊接。再來，法蘭盤與預埋管管體之間設置角筋7，延伸筒的法蘭盤與延伸筒筒體之間設置角筋7。如圖8所示，延伸筒為兩瓣對合式結構，由兩個半圓拼接而成，方便組裝。
本實施例中的阻尼器3與延伸筒2內部形狀、大小吻合，為類圓筒形，阻尼器為對合式結構，抱住索體4，阻尼器3的兩部分不設置連接結構，而是通過外部的延伸筒2進行固定使環抱阻尼器3。如圖9、10所示，阻尼器3的周面為軸向波紋結構。
延伸筒2和預埋管1通過腰型孔進行調節，法蘭設置在延伸筒2外邊緣，不占用延伸筒內部的空間，保證斜拉索與延伸筒2同心，阻尼器3安裝在延伸筒2內。阻尼器3不需要再設置調偏心裝置，該阻尼器3的面積和厚度大大提高，提高了內置式阻尼器的阻尼效果。另外，通過以上措施，阻尼器3的安裝位置也有所提高，阻尼器3設置在延伸筒2內部，充分利用了延伸筒2內部空間，解決了以往預埋管1與斜拉索偏心和安裝位置較低導致的內置式橡膠阻尼器性能低問題。
采用以上斜拉索結構后，可以采用以下程序進行內置式阻尼器的設計，本實施例中采用高性能全橡膠阻尼器，其截面積a和軸向厚度t的設計步驟如下：
(1)收集已知參數：斜拉索的種類、斜拉索的長度、斜拉索的角度、斜拉索的單位長度質量索力、阻尼器的安裝高度以及阻尼器所用阻尼材料的性能參數；
(2)根據預埋管的長度和延伸筒的長度確定阻尼器的安裝高度；
(3)確定制振目標：引起斜拉橋索體振動的原因很多，索體本身的結構阻尼很小，其對數衰減率一般為0.002～0.008，由于結構阻尼對氣動力穩定性至關重要，所以索體本身屬于一種難以穩定的結構：若斜拉索是由并排設置的平行拉索組成的，為了防止尾流馳振的發生，必須使拉索的對數衰減率達到0.05以上；若不是并排設置的，則拉索的低階對數衰減率應達到0.02～0.03以抵拉索的風雨振，高階對數衰減率應達到0.010～0.015以抵抗渦激振；
(4)確定阻尼器為達到制振目標所需的阻尼器最佳彈性剛度值kopt，
其中r為阻尼器的內摩擦系數，為阻尼材料的自身特性，由步驟(1)收集得到；
ωn為斜拉索的n階振動頻率，與斜拉索的長度、張力和單位質量有關；
ν為阻尼材料復合剛度因子，ν＝4r2/(4+r2)；
式中：t為斜拉索張力；
l為斜拉索長度；
x為阻尼器安裝位置至錨固端的直線距離；
ωn為斜拉索的n階振動頻率；
(5)應用公式k＝ga/t計算阻尼器的截面積a和軸向厚度t；
其中：g為阻尼材料的彈性模量；
a是阻尼器的截面積；
t是阻尼器的軸向厚度。
該延伸筒內的高阻尼橡膠阻尼器有以下特點：
(1)根據阻尼計算的結果，設置高阻尼橡膠的厚度t和截面積a，充分了發揮了高阻尼橡膠的材料性能，精確了內置式阻尼器的阻尼效果。
(2)環狀造型能控制拉索各個方向(面內，面外)的振動，可以根據索的不同特性確定其尺寸，以獲得最佳對數衰減率；
(3)阻尼器外形簡潔，可隱蔽于延伸筒內部，不會影響橋梁的美觀性(內置式)；結構簡單，易于安裝。
盡管以上詳細地描述了本實用新型的優選實施例，但是應該清楚地理解，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。