CN104047238A - 用于高速铁路桥梁的合页式风屏障 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，包括至少两根立柱，立柱之间留有间距，立柱底部固定在地面上或者底座上，相邻两根立柱之间设有至少一块用以阻挡横风的挡风组件，挡风组件包括两片用以阻挡横风的挡风叶片以及用以连接两片挡风叶片的连接轴，两片挡风叶片的板边通过连接轴连接成组，至少一片挡风叶片可以以连接轴为旋转轴进行旋转。利用挡风组件的两片挡风叶片的旋转开合调节合页式风屏障与横风的接触面形态以及透风率。保障桥梁正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。

Description

用于高速铁路桥梁的合页式风屏障

技术领域

本发明涉及铁路桥梁装置技术领域，具体涉及一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障。

背景技术

随着高速铁路的迅速发展，随之而来的高速列车安全问题也一一体现出来。横风是高速列车的威胁之一，列车在横风下运行受到横风造成的侧向力的作用，容易发生倾覆、脱轨等威胁，强风作用严重限制了列车运行速度。为维持列车运行稳定性，采用在线路两侧设置风屏障的方式为大风区列车提供低风速运行环境。

目前的风屏障均采用固定式结构，通过减小透风率和增加屏障高度来保证列车挡风效果。但是这样就造成强风下风屏障受到的横风气动力过大，给风屏障带来了疲劳问题。与此同时，风屏障固定在桥梁上，作用在屏障上的风荷载传递到桥梁结构，使得桥梁承受巨大的风荷载，给桥梁设计和运营带来了很大问题。

因此，研究一种新型的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，本发明专利提供了一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，通过在强风下增加风屏障透风率来减小风荷载。以解决现有固定式风屏障在持续横风作用下产生的疲劳破坏；风屏障将受到的高强风荷载传递到桥梁，从而造成桥梁破坏的技术问题。

为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，包括至少两根立柱，立柱之间留有间距，立柱底部固定在地面上或者底座上，相邻两根立柱之间设有至少一块用以阻挡横风的挡风组件，挡风组件包括两片用以阻挡横风的挡风叶片以及用以连接两片挡风叶片的连接轴，两片挡风叶片的板边通过连接轴连接成组，至少一片挡风叶片可以沿连接轴旋转。

优选地，连接轴两端分别连接在端部的立柱上。

优选地，连接轴和/或挡风叶片上设置有用以控制挡风叶片旋转角度和旋转速度的控制器。

优选地，挡风组件上设置有用以感应风力的风力传感器；风力传感器连接控制器。

优选地，连接轴和/或挡风叶片上设有用以保持挡风叶片端部与立柱之间间隔距离的限位机构。

优选地，挡风叶片均沿垂直于立柱的方向布设；或者挡风叶片均与立柱斜交。

优选地，挡风组件上设有用以限制挡风叶片旋转角度的角度定位机构。

优选地，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。

优选地，立柱沿直线排列，并且立柱的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。

优选地，立柱包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱；第一立柱与第二立柱间隔排布。

本发明的有益效果在于：

本发明用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，通过在相邻两立柱之间设置挡风组件的方式，利用挡风组件的两片挡风叶片的旋转开合调节合页式风屏障与横风的接触面形态以及透风率。挡风叶片根据横风的风力大小改变旋转开合角度，面对小风量横风时，通过旋转小角度合拢状态的挡风叶片进行透风的同时改变横风流动方向；面对大风量横风时，两片挡风叶片旋转至完全合并的状态，横风直接通过挡风组件之间的间隙透过，减少大风量横风对于合页式风屏障的风荷载作用力，从而减小合页式风屏障传递给下部桥梁的作用，保障桥梁正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。

下面结合附图对本发明专利作进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；

图2是本发明实施例的处于初始状态的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；

图3是本发明实施例的挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；

图4是本发明实施例的挡风叶片旋转至两片挡风叶片合并时的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；

图5是本发明实施例的安装在铁路桥梁上的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7是本发明实施例的有车状态10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的压力云图；

图8是本发明实施例的有车状态10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的速度矢量图；

图9是本发明实施例的无车时10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的压力云图；

图10是本发明实施例的无车时10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的速度矢量图。

其中1为立柱，2为挡风组件，201、挡风叶片，202为连接轴。

具体实施方式

下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。

图1是本发明实施例的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；图2是本发明实施例的处于初始状态的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；图3是本发明实施例的挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；图4是本发明实施例的挡风叶片旋转至两片挡风叶片合并时的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；图5是本发明实施例的安装在铁路桥梁上的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的结构示意图；图6为图5的俯视图；图7是本发明实施例的有车状态10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的压力云图；图8是本发明实施例的有车状态10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的速度矢量图；图9是本发明实施例的无车时10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的压力云图；图10是本发明实施例的无车时10m/s横风下挡风叶片旋转45°转角的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障的速度矢量图。

如图1所示，本发明实施例的一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，包括至少两根立柱1，立柱1之间留有间距，立柱1底部固定在地面上或者底座上，相邻两根立柱1之间设有至少一块用以阻挡横风的挡风组件2，挡风组件2包括两片用以阻挡横风的挡风叶片201以及用以连接两片挡风叶片201的连接轴202，两片挡风叶片201的板边通过连接轴202连接成组，至少一片挡风叶片201可以沿连接轴202旋转。本发明用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，通过在相邻两立柱之间设置挡风组件的方式，利用挡风组件的两片挡风叶片的旋转开合调节合页式风屏障与横风的接触面形态以及透风率。挡风叶片根据横风的风力大小改变旋转开合角度，面对小风量横风时，通过旋转小角度合拢状态的挡风叶片进行透风的同时改变横风流动方向；面对大风量横风时，两片挡风叶片旋转至完全合并的状态，横风直接通过挡风组件之间的间隙透过，减少大风量横风对于合页式风屏障的风荷载作用力，从而减小合页式风屏障传递给下部桥梁c的作用，保障桥梁c正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，其还在于，连接轴202两端分别连接在端部的立柱1上。

其还在于，连接轴202和/或挡风叶片201上设置有用以控制挡风叶片201旋转角度和旋转速度的控制器。

其还在于，挡风组件2上设置有用以感应风力的风力传感器；风力传感器连接控制器。

其还在于，连接轴202和/或挡风叶片201上设有用以保持挡风叶片201端部与立柱1之间间隔距离的限位机构。

其还在于，挡风叶片201均沿垂直于立柱1的方向布设；或者挡风叶片201均与立柱1斜交。

其还在于，挡风组件2上设有用以限制挡风叶片201旋转角度的角度定位机构。

其还在于，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，其还在于，立柱1沿直线排列，并且立柱1的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。

其还在于，立柱1包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱。

其还在于，第一立柱与第二立柱间隔排布。

实施时，通过调节挡风叶片201旋转角度来改变透风率的大小。因其形式如同蝶形合页，本文将它命名为“合页形风屏障”(Hinge-Type Wind Barriers)。

本发明用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，两块挡风叶片201通过铰链(连接轴202)相连，并绕同一轴相对旋转以此来改变透风面积，旋转角度范围为0°-90°。当挡风叶片201旋转角度为0°时，假定为初始状态，相当于设置不透风的风屏障，此时透风率为0，阻挡来流效果最大；当交角为90°时相当于设置横栅栏式风屏障，此时处于完全打开状态，透风率最大，绝大部分来流均可透过，有利于强风作用时对风屏障和桥梁的保护。由于挡风叶片有一定厚度，其端部制作成斜坡可以保证绕轴旋转畅通，可以完全关闭。整个屏障通过锚固连接在桥面翼缘上，每隔一定距离设置立柱1，两个立柱1之间安装可旋转挡风叶片201。

本装置还在于可以通过改变单块挡风叶片201高度以及挡风叶片201数量来实现改变风屏障高度的目的。在于改变角度达到改变透风率和气流方向导流的目的。

本发明用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，通过旋转角度的变化还可以改变来流与叶片的交角，流体并不垂直作用在挡风叶片201上，并在两个合页(挡风组件2)之间产生相反的竖向速度，这一部分速度将会抵消，消耗量动能减小了冲击，减少了来流对风屏障的冲击。

本发明用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，减小了流体经过风屏障后的速度，从而降低了对列车的冲击，气动性能相比普通风屏障更好。

可根据来流的风速和风攻角等改变叶片角度，可分为主动式和被动式两种方式。例如，通过在工点处设监测风场装置得到风场数据，或在风屏障上安装传感器，并将数据传输至电子智能系统来控制叶片角度等方式来实现主动控制，称为主动式；或在旋转轴安装弹簧装置形成弹簧铰链，通过来流的风力直接吹顶叶片的方式来改变叶片角度等方式来实现被动旋转，类似于弹簧门的工作原理，称为被动式。

当旋转角度较小时透风率小，可最大限度阻挡来流，为列车创造一个低风速的运行环境。当旋转角度较大时，允许来流大部分透过，在桥上列车运行时或者强风状态下，减小桥梁的风荷载以及风屏障本身的风荷载。

H为风屏障高度，h为挡风叶片高度，b为挡风叶片厚度，β为旋转角度，L为立柱之间的间距。这些参数均可依据实际线路结合相关研究进行调整。

本发明适用于各类高速铁路桥梁，特别是大跨度桥梁。可以改善运行列车、桥梁及屏障本身在大风中的气动性能，改善桥梁结构及其附属结构、屏障结构的受力状况，提高疲劳寿命，提高整个铁路线路的服务水平。

本发明属于国家自然科学基金项目(51178471、51322808)的重点研究内容之一，为移动列车气动性能以及安全行驶提供更为精确的风洞试验手段，从而为确保高速列车安全运营的提供技术支撑。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，包括至少两根立柱(1)，立柱(1)之间留有间距，立柱(1)底部固定在地面上或者底座上，其特征在于，相邻两根立柱(1)之间设有至少一块用以阻挡横风的挡风组件(2)，挡风组件(2)包括两片用以阻挡横风的挡风叶片(201)以及用以连接两片挡风叶片(201)的连接轴(202)，两片挡风叶片(201)的板边通过连接轴(202)连接成组，至少一片挡风叶片(201)可以沿连接轴(202)旋转。

2.根据权利要求1所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，连接轴(202)两端分别连接在端部的立柱(1)上。

3.根据权利要求1所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，连接轴(202)和/或挡风叶片(201)上设置有用以控制挡风叶片(201)旋转角度和旋转速度的控制器。

4.根据权利要求3所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，挡风组件(2)上设置有用以感应风力的风力传感器；风力传感器连接控制器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，连接轴(202)和/或挡风叶片(201)上设有用以保持挡风叶片(201)端部与立柱(1)之间间隔距离的限位机构。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，挡风叶片(201)均沿垂直于立柱(1)的方向布设；或者挡风叶片(201)均与立柱(1)斜交。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，挡风组件(2)上设有用以限制挡风叶片(201)旋转角度的角度定位机构。

8.根据权利要求7所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，立柱(1)沿直线排列，并且立柱(1)的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的合页式风屏障，其特征在于，立柱(1)包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱；第一立柱与第二立柱间隔排布。