CN105672118A - 用于车行桥梁的自适应风屏障 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于车行桥梁的自适应风屏障，包括沿桥梁纵向间隔布设于桥梁两侧并固接于桥梁上的支撑立柱，相邻两立柱之间装有至少一块用于抵挡风压并通过自身弹性变形改变透风率和气流流向的自适应变形板，自适应变形板的四周留有用于自适应变形板弹性变形的变形空间，自适应变形板通过支撑横杆装配于支撑立柱上。可以综合优化控制风荷载对桥梁和车辆产生的影响，确保桥梁和车辆运行安全及行车舒适性；较现有的机械控制透风率的风屏障更加智能简单、安全便捷、节约环保。

Description

用于车行桥梁的自适应风屏障

技术领域

本发明涉及车行桥梁防护设施技术领域，尤其涉及一种通过自适应风速变化发生变形的智能便捷化来挡流、导流的风屏障。

背景技术

随着我国桥梁建设的不断发展，强风地区所建桥梁数目和跨度不断增加，铁路列车运行速度也在不断增加，强风作用下行车安全成为不可避免的问题。行驶中的汽车，列车受到强风作用很容易发生侧滑、翻车等交通事故，影响正常的行车效果。因此，对强风下行驶的汽车和列车进行保护成为需要解决的问题。

风屏障是解决桥面行车安全与舒适的主要手段，然而现有风屏障多以屏障实体开孔为主，截面透风率早已固定，无法应对不同风速情况，并且风屏障的设置增加了桥梁本身所受的风压力，对于大跨度的柔性桥梁来说无疑增加了不安全的因素。当风速较大时，部分风屏障不能进行控制来调整透风率，部分风屏障只能通过主动控制，放平风屏障来减少对桥梁的影响。这种方式具有一定的延迟性、不便捷性和不科学性，并且当主动控制设施损坏时，无法及时放下风屏障，可能造成严重后果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于车行桥梁的自适应风屏障，以解决现有风屏障增加了桥梁本身所受的风压力，对于大跨度的柔性桥梁来说无疑增加了不安全的因素，具有一定的延迟性、不便捷性和不科学性，并且当主动控制设施损坏时，无法及时放下风屏障，可能造成严重后果的技术问题。

为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：一种用于车行桥梁的自适应风屏障，包括沿桥梁纵向间隔布设于桥梁两侧并固接于桥梁上的支撑立柱，相邻两支撑立柱之间装有至少一块用于抵挡风压并通过自身弹性变形改变透风率和气流流向的自适应变形板，自适应变形板的四周留有用于自适应变形板弹性变形的变形空间，自适应变形板通过支撑横杆装配于支撑立柱上。

进一步地，自适应变形板的第一组相对板侧壁通过支撑横杆固接于立柱上；自适应变形板的第二组相对板侧壁为悬挑的自由部。

进一步地，支撑横杆两端分别固接于相对应的立柱上，支撑横杆的杆身与自适应变形板的板面固接，自适应变形板的非安装板面为悬挑的自由部。

进一步地，支撑横杆垂直固接于立柱的侧壁上，和/或支撑横杆斜交于立柱的侧壁上。

进一步地，自适应变形板与支撑横杆之间采用点连接、线连接、面连接中的至少一种。

进一步地，自适应变形板与支撑横杆之间采用螺栓连接、焊接、嵌固连接、卡接中的至少一种；自适应变形板的一侧板面与支撑横杆固接，或者自适应变形板夹持于两根支撑横杆之间。

进一步地，支撑横杆与自适应变形板连接的转角部位设置为弧形过渡。

进一步地，变形空间包括自适应变形板与立柱之间的间隙；变形空间包括相邻两自适应变形板之间的间隙；变形空间包括开设于自适应变形板板边的缺口，缺口为半圆形、半椭圆形、多边形、梯形中的至少一种。

进一步地，相邻两自适应变形板的缺口相同，且相对对称布置。

进一步地，自适应变形板的板面上或板内设有用于增加板面强度的加强筋；自适应变形板的板面上用于增加表面视觉效果的色彩、图案或文字。

本发明的有益技术效果是：

本发明用于车行桥梁的自适应风屏障，利用自适应变形板固有刚度进行挡流，利用自适应变形板的弹性变形特性、刚度较小特性、固定不同边界类型变形不同特性自适应风速大小进行智能化挡流和导流。智能化挡流、导流原理在于利用自适应变形板的特定刚度和弹性变形的特性，使其在不同风速下产生不同的确定的变形量，抵挡部分风压的同时，使气流沿变形板表面发散导流。同时可以采用根据横风风向和风压设定刚度和尺寸的自适应变形板产生在任意风速下均为最优透风率的风屏障。自适应变形板的变形量大小随风速的增加而增加。不同风速下，变形板的挡风效果不同，以此风屏障可以很好的适应风速的变化。可以综合优化控制风荷载对桥梁和车辆产生的影响，确保桥梁和车辆运行安全及行车舒适性；较现有的机械控制透风率的风屏障更加智能简单、安全便捷、节约环保。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例的双悬臂式自适应风屏障的结构示意图；

图2是本发明实施例的风屏障在铁路桥桥面安装布置的结构示意图；

图3是本发明实施例的单悬臂式自适应风屏障的结构示意图；

图4本发明实施例的简支式自适应风屏障的结构示意图；

图5本发明实施例的斜撑式自适应风屏障的结构示意图；

图6本发明实施例的不同形状、颜色、图案、透明度自适应变形板的结构示意图。

图例说明：

1、支撑立柱；2、自适应变形板；3、变形空间；4、支撑横杆；5、桥梁。

具体实施方式

下面对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。

图1是本发明实施例的双悬臂式自适应风屏障的结构示意图；图2是本发明实施例的风屏障在铁路桥桥面安装布置的结构示意图；图3是本发明实施例的单悬臂式自适应风屏障的结构示意图；图4本发明实施例的简支式自适应风屏障的结构示意图；图5本发明实施例的斜撑式自适应风屏障的结构示意图；图6本发明实施例的不同形状、颜色、图案、透明度自适应变形板的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例的用于车行桥梁的自适应风屏障，包括沿桥梁5纵向间隔布设于桥梁5两侧并固接于桥梁5上的支撑立柱1，相邻两支撑立柱1之间装有至少一块用于抵挡风压并通过自身弹性变形改变透风率和气流流向的自适应变形板2，自适应变形板2的四周留有用于自适应变形板2弹性变形的变形空间3，自适应变形板2通过支撑横杆4装配于支撑立柱1上。可选地，自适应变形板2上开设有用于自适应变形板2弹性变形的预留孔隙(变形空间3)。本发明用于车行桥梁的自适应风屏障，利用自适应变形板2固有刚度进行挡流，利用自适应变形板2的弹性变形特性、刚度较小特性、固定不同边界类型变形不同特性自适应风速大小进行智能化挡流和导流。智能化挡流、导流原理在于利用自适应变形板2的特定刚度和弹性变形的特性，使其在不同风速下产生不同的确定的变形量，抵挡部分风压的同时，使气流沿变形板表面发散导流。同时可以采用根据横风风向和风压设定刚度和尺寸的自适应变形板2产生在任意风速下均为最优透风率的风屏障。自适应变形板2的变形量大小随风速的增加而增加。不同风速下，变形板的挡风效果不同，以此风屏障可以很好的适应风速的变化。可以综合优化控制风荷载对桥梁5和车辆产生的影响，确保桥梁和车辆运行安全及行车舒适性；较现有的机械控制透风率的风屏障更加智能简单、安全便捷、节约环保。可选地，自适应变形板2采用自适应GFRP变形板。自适应变形板2采用轻型弹性塑料薄板。

如图1、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，自适应变形板2的第一组相对板侧壁通过支撑横杆4固接于立柱上。自适应变形板2的第二组相对板侧壁为悬挑的自由部。

如图1、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，支撑横杆4两端分别固接于相对应的立柱上。支撑横杆4的杆身与自适应变形板2的板面固接。自适应变形板2的非安装板面为悬挑的自由部。

如图1、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，支撑横杆4垂直固接于立柱的侧壁上，和/或支撑横杆4斜交于立柱的侧壁上。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，自适应变形板2与支撑横杆4之间采用点连接、线连接、面连接中的至少一种。可以根据风压和风向的特点选择不同的连接方式，以达到自适应调节自适应变形板2的变形量的目的，同时也能提高自适应变形板2的稳定性。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，自适应变形板2与支撑横杆4之间采用螺栓连接、焊接、嵌固连接、卡接中的至少一种。自适应变形板2的一侧板面与支撑横杆4固接，或者自适应变形板2夹持于两根支撑横杆4之间。可以根据风压和风向的特点选择不同的连接方式，以达到自适应调节自适应变形板2的变形量的目的，同时也能提高自适应变形板2的稳定性。

本实施例中，支撑横杆4与自适应变形板2连接的转角部位设置为弧形过渡。当自适应变形板2根据风压和风向进行变形调节时，降低支撑横杆4与自适应变形板2之间的相互作用力，而造成损害。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例中，变形空间3包括自适应变形板2与立柱之间的间隙。变形空间3包括相邻两自适应变形板2之间的间隙。变形空间3包括开设于自适应变形板2板边的缺口，缺口为半圆形、半椭圆形、多边形、梯形中的至少一种。

如图1和图6所示，本实施例中，相邻两自适应变形板2的缺口相同，且相对对称布置。

如图6所示，本实施例中，自适应变形板2的板面上或板内设有用于增加板面强度的加强筋。自适应变形板2的板面上用于增加表面视觉效果的色彩、图案或文字。

实施时，提供一种将自适应思想引入的风屏障，借以优化现有风屏障仅仅依靠屏障实体进行挡风、利用确定数量的通风孔透风率不可更改透风的技术。该形式风屏障主要安装在高速铁路桥梁、跨海大桥、强风地区桥梁等桥面行车受风速影响较大的桥梁上，用以保证车辆的安全行驶和桥梁的气动稳定性。本发明主要利用自适应GFRP变形板进行挡风，创造性地利用自适应变形板2的自身弹性变形对风进行有效的挡流和导流。通过不同风速下自适应变形板2变形程度不同的性质来适应自然环境下复杂的风速变化情况。由于可以控制自适应变形板2在特定风速下产生确定的变形量，即不同风速下产生不同的透风率，进而可以保证在任意风速下都能够产生车-桥系统需要的最优透风率，因此自适应风屏障可以更好地解决复杂自然风对大跨桥梁和高速运行车辆的横向稳定性问题，以及优化自然风和列车风对风屏障的作用。风屏障安装在桥梁5横截面两侧，其主体主要包括自适应变形板2。自适应变形板2是薄板，固定于支撑横杆4上，根据薄板两侧实际风压的大小可以发生向内或者向外的变形，不仅可以对自然风进行挡流和导流，也可以对列车风进行挡流和导流。支撑横杆4固定于支撑立柱1上。预留空隙3保证了自适应变形板2更好地发生变形。支撑立柱1和支撑横杆2材料可用强度高、耐久性强的金属等材料制成，以满足较长的使用寿命。自适应变形板2采用具有特定刚度的轻型弹性塑料薄板或其他新材料薄板制成，使之能够满足在不同风速下产生需要的变形量。支撑立柱1和自适应变形板2的安装高度同一般风屏障高度，安装范围为需要设置风屏障的风速较大区域。本发明适应不同风速的环境，具有结构多样、功能强大、易于安装、美观等特点。自适应变形板2与支撑横杆4分离使变形板容易拆装，便于材料疲劳后更换。

提供一种自适应风屏障，风屏障安装在桥梁5横截面两侧，包括支撑立柱1、自适应变形板2、预留孔隙(变形空间3)、支撑横杆4。自适应变形板2变形引起空隙增加量和预留孔隙(变形空间3)的总面积与风屏障的总面积的百分比为实际透风率。支撑立柱1材料由轻型金属或其他材料制成，整体结构较轻。支撑立柱1和支撑横杆4强度根据不同的风速得出。自适应变形板2利用变形板的遮挡效应对自然风或者列车风进行挡流，利用自适应变形板的材料变形特性和安装固定位置的变化进行导流。不同区域的变形板的材料特性和安装固定位置的不同，目的在于得到合适的不同风速下自适应变形板的变形量，可以使桥梁5和列车在任意风速下均处于最优透风率情况下。同时，具有“大风大变形，小风小变形”的优势，不仅可以改善支撑立柱1和支撑横杆4的受力情况，也可以避免使桥梁或者列车任一方受到过大的风荷载，影响行驶安全。自适应变形板2可以向内外两侧进行变形，能够更好地适应实际桥面风载情况(包括高速列车风等)。通过自适应可变化的挡流、导流风屏障的控风效果较现有的具有一定通风孔的开孔式风屏障的控风效果为佳，较现有的机械控制透风率的风屏障更加智能简单、安全便捷、节约环保。自适应变形板2满足在不同风速下产生特定的变形量。自适应变形板2种类可以采用多元化，除了双悬臂式自适应变形板还可以采用单悬臂式自适应变形板、简支式自适应变形板等多种型式。不同类型的自适应变形板2大小可规格化，便于批量生产。不同类型的自适应变形板2的可涂以不同颜色、图案、文字，在不同变形量条件下呈现不同的景象，给风屏障加入美丽的元素。预留空隙3类型可由圆形、椭圆形、矩形、棱形、多边形等组成，要求其最小尺寸大于相邻自适应变形板2最小间距，方便变形板自由发生变形。预留空隙3大小为方便自适应变形板2自由发生变形为准，也可在一定程度上利于得到车-桥系统在任意风速下均处于最佳透风率情况。支撑横杆4固定在支撑立柱1上。自适应变形板2安装在支撑横杆4上，并增加一定的刚度，用以协助控制透风率。支撑横杆4由刚度较大的轻型金属或其他材料制成用以支撑自适应变形板2发生变形。

本发明用于车行桥梁的自适应风屏障，利用自适应变形板固有刚度进行挡流，利用变形板弹性变形特性、刚度较小特性、固定不同边界类型变形不同特性等特性自适应风速大小进行智能化挡流、导流。具体智能化挡流、导流原理在于利用自适应变形板的特定刚度和弹性变形的特性，使其在不同风速下产生不同的确定的变形量，抵挡部分风压的同时，使气流沿变形板表面发散导流。同时可以采用特定刚度和尺寸的变形板产生需要的在任意风速下均为最优透风率的风屏障。变形板的变形量大小随风速的增加而增加。不同风速下，变形板的挡风效果不同，以此风屏障可以很好的适应风速的变化。优良的挡风性能较现有的具有一定通风孔的开孔式风屏障的控风效果为佳，可以减少对桥梁本身产生的影响；较现有的机械控制透风率的风屏障更加智能简单、安全便捷、节约环保。自适应变形板采用轻型弹性塑料或其他新材料制成，质量轻、刚度较小、易于变形、耐腐蚀，且变形板和支撑横杆分开，容易对已损坏的变形板进行更换。自适应变形板可以确定不同的规格方便规模化生产，变形板可以进行不同样式、颜色、图案、类型设计使风屏障多样、美观。自适应变形板采用塑料或其他新材料薄板制成，造价低、安装更换方便，易于推广。在确定依靠自适应变形板进行挡风的主体思想后，风屏障支撑立柱和支撑横杆的强度设计，变形板的刚度(弹模)、尺寸、固定类型需根据具体桥梁形式、风速大小，挡风效果，对桥梁和列车的影响进行多方面考虑设计。

图1为本发明所述的双悬臂式自适应智能型风屏障示意图，自适应变形板可采用质量较轻，刚度较小，厚度适中、耐腐蚀的弹性塑料材料制成以便变形、安装、更换和耐久使用；支撑立柱和支撑横杆则采用强度大，耐久性强的金属等材料制成以满足不易变形和长时间使用，而材料强度，具体尺寸大小可根据具体风速计算得出。

双悬臂式自适应风屏障，其自适应变形板既可通过变形板板面挡风，又能通过自身变形和固定类型使气流沿板面弯曲方向发散导流。

双悬臂式自适应智能型风屏障，不同区域的变形板固定类型、尺寸大小和材料特性(刚度等)不同，可以达到在不同风速下变形板的变形量，能够使桥梁、车辆或者车-桥系统处于最优透风率情况下；实现“大风大变形，小风小变形”，改善风屏障支撑系统的受力情况，避免使桥梁或者列车任一方受到过大的风荷载，影响行驶安全。

图2所示为双悬臂式自适应智能型风屏障在某铁路桥桥面上的布置情况。风屏障的高度同一般开孔式风屏障高度，风屏障布置在桥梁横断面两端。

图3所示为单悬臂式自适应智能型风屏障，与图1所示双悬臂式自适应智能型风屏障不同的是，二者固定方式不同，同一风速和同一种材料、尺寸的自适应变形板，单悬臂式风屏障随风速变化通风率变化更大。

图4所示为简支式自适应智能型风屏障。图5所示为斜撑式自适应智能型风屏障。图6所示的自适应变形板采用了不同的形状、颜色、图案和透明度，除了满足挡风要求外，还能满足极佳的审美要求。当然也可以印上不同的文案，如宣传标语，当地人文、风景宣传等。

图3所述，图4所述，图5所述，图6所述表示了本发明可以进行极为丰富的挡风设计和外形设计，可以给挡风技术带来极大的发展，拥有极为广阔的前景。

本发明属于高铁联合基金(U1534206)，中国铁路总公司重点项目(2015G002-C)研究内容之一，为确保高速列车安全运营的提供技术支持。

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保护范围，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)

1.一种用于车行桥梁的自适应风屏障，包括沿桥梁(5)纵向间隔布设于桥梁(5)两侧并固接于桥梁(5)上的支撑立柱(1)，其特征在于，相邻两支撑立柱(1)之间装有至少一块用于抵挡风压并通过自身弹性变形改变透风率和气流流向的自适应变形板(2)，自适应变形板(2)的四周留有用于自适应变形板(2)弹性变形的变形空间(3)，自适应变形板(2)通过支撑横杆(4)装配于支撑立柱(1)上。

2.根据权利要求1所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，自适应变形板(2)的第一组相对板侧壁通过支撑横杆(4)固接于立柱上；自适应变形板(2)的第二组相对板侧壁为悬挑的自由部。

3.根据权利要求1所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，支撑横杆(4)两端分别固接于相对应的立柱上，支撑横杆(4)的杆身与自适应变形板(2)的板面固接，自适应变形板(2)的非安装板面为悬挑的自由部。

4.根据权利要求3所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，支撑横杆(4)垂直固接于立柱的侧壁上，和/或支撑横杆(4)斜交于立柱的侧壁上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，自适应变形板(2)与支撑横杆(4)之间采用点连接、线连接、面连接中的至少一种。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，自适应变形板(2)与支撑横杆(4)之间采用螺栓连接、焊接、嵌固连接、卡接中的至少一种；自适应变形板(2)的一侧板面与支撑横杆(4)固接，或者自适应变形板(2)夹持于两根支撑横杆(4)之间。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，支撑横杆(4)与自适应变形板(2)连接的转角部位设置为弧形过渡。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，变形空间(3)包括自适应变形板(2)与立柱之间的间隙；变形空间(3)包括相邻两自适应变形板(2)之间的间隙；变形空间(3)包括开设于自适应变形板(2)板边的缺口，缺口为半圆形、半椭圆形、多边形、梯形中的至少一种。

9.根据权利要求8所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，相邻两自适应变形板(2)的缺口相同，且相对对称布置。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的用于车行桥梁的自适应风屏障，其特征在于，自适应变形板(2)的板面上或板内设有用于增加板面强度的加强筋；自适应变形板(2)的板面上用于增加表面视觉效果的色彩、图案或文字。