CN101892625A - 一种提高桥梁气动性能的风鳍板 - Google Patents

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马如进
王达磊
艾辉林
胡晓红
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Abstract

本发明一种提高桥梁气动性能的风鳍板，其以一定的夹角安装于主体结构的附属结构上，风鳍板可以沿着主体结构延展方向等截面设计或者分多段间隔安装在主体结构上。主体结构可以是桥梁主梁，附属结构则是主梁的腹板，其中桥梁主梁是钢箱梁或混凝土箱梁，腹板是直腹板或斜腹板。主体结构也可以是桥塔，附属结构则是桥塔的塔柱壁板。本发明能够极大地改善桥梁的气动性能，提高颤振稳定性、驰振稳定性，有效地降低或抑制涡激振动的发生，从而能够提高桥梁的抗风性能，可广泛地应用于桥梁的主梁、桥塔等构件之上。

Description

一种提高桥梁气动性能的风鳍板
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，尤其涉及一种提高桥梁气动性能的风鳍板。
背景技术
提高桥梁气动措施能够有效地打破大尺度分离流漩涡，从而有效地抑制不利的涡振，或者达到提高驰振和颤振稳定性的作用。施加该气动措施之后可能会增加结构的风荷载，因此针对具体情况可以通过物理风洞试验或者数值风洞试验加以考虑。目前在国内和国际上虽有一系列能够提高桥梁气动性能的各种措施，却没有见到类似本发明的安装在主梁腹板或桥塔壁板的类似报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高桥梁气动性能的风鳍板，能够显著改善桥梁结构、或构件的涡激振动性能、驰振稳定性能、颤振稳定性能。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：
一种提高桥梁气动性能的风鳍板，其以一定的夹角安装于主体结构的附属结构上。
所述风鳍板沿着主体结构延展方向等截面设计或者分多段间隔安装在主体结构上。
所述主体结构是桥梁主梁，附属结构则是主梁的腹板，其中桥梁主梁是钢箱梁或混凝土箱梁，腹板是直腹板或斜腹板。
所述主体结构是桥塔，附属结构则是桥塔的塔柱壁板。
所述夹角范围为30°～150°。
所述风鳍板与主体结构的附属结构之间采用焊接或者高强螺栓铆接。
所述风鳍板与附属结构之间设有风鳍板底座。
所述风鳍板上设有风鳍板加劲肋。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点：
一、极大地提高桥梁的颤振稳定性。
使用本发明的桥梁主梁，能够极大地提高桥梁的颤振稳定性，提高桥梁的颤振安全储备。
二、可以极大地提高桥梁的驰振稳定性。
钢桥塔或者钢箱梁在空气作用下可能发生驰振不稳定性，使用本发明之后，可以抑制驰振的发生或者提高驰振发生风速，从而提高桥梁的驰振安全储备。
三、可以抑制或降低桥塔、主梁的涡激振动性能。
本发明提出的一种能够提高桥梁气动性能的风鳍板措施能够有效地改变主梁的气动外形，能够抑制或降低桥塔、主梁的涡激振动性能。
附图说明
图1(a)为风鳍板与主体结构箱梁(直腹板箱梁)的腹板的连接横断面示意图。
图1(b)为风鳍板与主体结构箱梁(斜腹板箱梁)的腹板的连接横断面示意图。
图1(c)为风鳍板与主体桥塔断面(斜腹板箱梁)的壁板的连接横断面示意图。
图2(a)为风鳍板与主体结构沿着主体结构延展方向等截面设计的结构示意图。
图2(b)为风鳍板与主体结构沿着主体结构延展方向多段间隔布置的结构示意图。
图3(a)为风鳍板与主体结构在设有风鳍板底座的情况下采用焊接形式连接的示意图。
图3(b)为风鳍板与主体结构在无风鳍板底座的情况下直接采用焊接形式连接的示意图。
图3(c)为风鳍板与主体结构在设有风鳍板底座的情况下采用螺旋连接的示意图。
图4(a)为风鳍板与主体结构在设有风鳍板底座的情况下采用风鳍板加劲肋的连接形式的示意图。
图4(b)为风鳍板与主体结构在无风鳍板底座的情况下采用风鳍板加劲肋的连接形式的示意图。
图5(a)为设置风鳍板提高结构气动性能的原理示意图(未增设风鳍板之前大尺度漩涡)。
图5(b)为设置风鳍板提高结构气动性能的原理示意图(增设风鳍板之后大尺度漩涡被破坏，甚至消除)。
具体实施方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
本发明提高桥梁气动性能的风鳍板，其设计了一种风鳍板1，具体是其安装在主体结构的附属结构上，而且是一个以一定的夹角安装于附属结构上的板。实际设计过程中，由于主体结构一般是某个方向上很长的构件，因此风鳍板1可以沿着主体结构延展方向等截面设计。或者也可以是部分安装在主体结构上，请参阅图2，其中(a)为通长安装，(b)为部分安装。
如图3所示，风鳍板1与主体结构的附属结构之间可以通过以下方式连接：焊接；高强螺栓铆接，其中，(a)为焊接，(b)为焊接，(c)为栓接。当通过焊接或栓接形式固定时，有时需要通过增设风鳍板底座11以加强风鳍板与附属结构连接。当风鳍板1宽度较大时，可以增设风鳍板加劲肋12，布置形式如下图4所示，其中，(a)设有风鳍板底座，(b)不设风鳍板底座。
前述主体结构可以是桥梁主梁2，风鳍板1所安装的附属结构则是主梁的腹板3，其中桥梁主梁2是钢箱梁或混凝土箱梁，腹板3可以是直腹板或斜腹板。前述主体结构也可以是桥塔4，风鳍板1所安装的附属结构则是桥塔的塔柱壁板5。具体如图1所示，其中，(a)、(b)为主体结构是桥梁主梁，(c)为主体结构是桥塔。
本发明提出的风鳍板可以垂直于主梁腹板、或桥塔壁板，也可以以一定的夹角安装在腹板或壁板上，该夹角范围为30°～150°。
本桥梁断面的涡振一般是大尺度的漩涡激励产生，大量研究表明结构构件的驰振与稳定性也与漩涡脱落产生的涡脱力对结构产生正激励有关。在未增设风鳍板之前，受气流分离的影响，会在构件表面形成多个漩涡，这些漩涡的在构件表面形成、漂移、和消失的过程中，会使得构件产生不利的涡振，甚至产生驰振或颤振失稳现象。当增设风鳍板之后，大尺度的漩涡被打碎，或形成小尺度的漩涡、或漩涡被消除，由此就会破坏了涡振、驰振以及颤振的发生内因，即达到了抑制或消除涡振、提高驰振或颤振稳定性的目的。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：其以一定的夹角安装于主体结构的附属结构上。
2.如权利要求1所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述风鳍板沿着主体结构延展方向等截面设计或者分多段间隔安装在主体结构上。
3.如权利要求1所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述主体结构是桥梁主梁，附属结构则是主梁的腹板，其中桥梁主梁是钢箱梁或混凝土箱梁，腹板是直腹板或斜腹板。
4.如权利要求1所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述主体结构是桥塔，附属结构则是桥塔的塔柱壁板。
5.如权利要求1所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述夹角范围为30°～150°。
6.如权利要求1所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述风鳍板与主体结构的附属结构之间采用焊接或者高强螺栓铆接。
7.如权利要求1或2所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述风鳍板与附属结构之间设有风鳍板底座。
8.如权利要求1或2所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述风鳍板上设有风鳍板加劲肋。
9.如权利要求7所述的提高桥梁气动性能的风鳍板，其特征在于：所述风鳍板上设有风鳍板加劲肋。
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