CN108677686A - 一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构 - Google Patents

一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构，包括二组钢箱梁体，二组钢箱梁体沿中心分离槽对称布置，所述钢箱梁体包括由顶板、斜腹板、底板和直腹板组成的箱体，所述斜腹板和直腹板均至少为一块，该控制气动结构包括稳定板，所述稳定板沿所述钢箱梁体延伸向安装于所述顶板近所述中心分离槽处。本发明所述控制气动结构具有结构简单，安装方便的特点，并可有效控制分离式钢箱梁在低风速作用下可能产生的涡激共振现象，并可避免因涡激共振现象可能导致的钢箱梁疲劳问题以及行驶车辆和行人舒适性问题。

Description

一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构
技术领域
本发明属于桥梁工程和防灾工程领域，涉及一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构。
背景技术
钢箱梁，又叫钢板箱形梁，是大跨径桥梁主梁常用的结构形式，主要包括单箱钢箱梁和分离式钢箱梁。
涡激共振是大跨度桥梁在低风速下较容易出现的一种风致振动现象，主要由截面尾部脱落的气流漩涡产生，具有一定的自激特性，其不但会影响桥面的车辆安全，还会导致钢箱梁的疲劳问题。
目前，大跨度桥梁涡激共振控制的常用气动措施是通过选择气动稳定性好的断面或附加外部装置或修改结构的截面外形，以改善周围的绕流状态，提高气动稳定性，减小风振的幅度，其中，常采用的措施是加装导流板、风嘴、风障和稳定板等，其作用是使主梁断面近似流线型，以推迟或避免旋涡脱落的发生，而主梁为分离钢箱梁的大跨径桥梁中观测到的不利涡激共振现象，由于其控制机理不是十分明确，因此缺乏有效的控制措施。
发明内容
本发明的目的在于提供种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构，降低了分离式钢箱梁桥梁在低风速作用下产生的涡激共振现象。
为了达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构，包括二组钢箱梁体，二组钢箱梁体沿中心分离槽对称布置，所述钢箱梁体包括由顶板、斜腹板、底板和直腹板组成的箱体，所述斜腹板和所述直腹板至少为一块，该控制气动结构包括稳定板，所述稳定板沿所述钢箱梁体延伸向安装于所述顶板近所述中心分离槽处。
所述稳定板垂直于所述顶板。
所述稳定板的高度为0.1～1.8m；
优选地，所述稳定板的高度为0.5～1.5m
所述稳定板为实心板，挡风率为50％～100％。
该控制气动结构还包括风鳍板，所述风鳍板位于所述中心分离槽中，并沿所述钢箱梁体延伸向垂直连接于所述直腹板。
所述风鳍板的宽度为二组钢箱梁体之间距离的0.05～0.45倍。
优选地，所述风鳍板的宽度为二组钢箱梁体之间距离的0.1～0.25倍。
所述风鳍板与所述顶板之间的距离小于所述直腹板的高度；
优选地，所述风鳍板与所述顶板之间的距离为0～0.5倍直腹板的高度。
经研究发现，主梁为分离式钢箱梁桥梁的涡激共振，主要来源于两处的产生的气动漩涡(见图1)，其一为钢箱梁上方产生的漩涡，随着风速向下游移动，并诱发主梁涡激共振；其二为中央分离槽下方产生的漩涡，从开槽中间穿过并由上方移动至下游，而导致的钢箱梁疲劳问题。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：本发明提出的用于分离式钢箱梁涡激共振的控制气动结构，针对这种分离式钢箱梁桥梁可能发生的气动漩涡，提出沿所述钢箱梁体延伸向安装垂直顶板近中心分离槽处的稳定板以打破钢箱梁体上方产生的漩涡，在中心分离槽中垂直于沿钢箱梁体延伸向安装垂直于直腹板的风鳍板以打破由中心分离槽中穿过的漩涡，该控制气动结构具有结构简单，安装方便的特点，并可有效控制分离式钢箱梁在低风速作用下可能产生的涡激共振现象，并可避免因涡激共振现象可能导致的钢箱梁疲劳问题。
附图说明
图1为分离式钢箱梁桥梁发生涡激共振时所产生的气动漩涡示意图；
图2为一种常见的分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图；
图3为安装了本发明实施例所述控制气动结构的分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图；
图4为对比例1所述分离式钢梁箱梁桥梁的断面结构示意图；
图5为对比例2所述分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图；
图6为对比例3所述分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图；
图7为对比例4所述分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图。
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。
本发明提出了一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构，该桥梁以分离式钢箱梁为主梁，包括二组钢箱梁体30，二组钢箱梁体30沿中心分离槽50对称布置，每组钢箱梁体30均由顶板31、直腹板32、底板33和斜腹板34焊接构成，当所述直腹板32和所述斜腹板34均为一块时，所述直腹板32由所述顶板31近所述中心分离槽50一端垂直向下延伸至所述底板33近所述中心分离槽50的一端，所述斜腹板34将所述顶板31远所述中心分离槽50的一端与所述底板33远所述中心分离槽50的一端相连，由此组成钢箱梁体30，所述顶板31处作为行车道使用，所述顶板31近中心分离槽50端为行车道内侧，所述顶板31远中心分离槽50处为行车道外侧，在行车道内侧具有内侧行车道护栏41，在行车道外侧具有外侧行车道护栏42。
所述控制气动结构包括稳定板1和风鳍板2，其中：
所述稳定板1沿所述钢箱梁体30延伸向垂直安装于所述顶板31近所述中心分离槽50处，所述稳定板为实心板，挡风率为50～100％，高度可为0.1～1.8m，优选高度为0.5～1.5m；
所述风鳍板2位于所述中心分离槽50中，并沿所述钢箱梁体30延伸向垂直连接于所述直腹板32，所述风鳍板2的宽度为二组钢箱梁体间距的可0.05～0.45倍，优选宽度为钢箱梁体间距的0.1～0.25倍，所述风鳍板2在直腹板32上的位置可在所述直腹板32的高度范围内变化，即所述风鳍板2与顶板31之间的距离小于所述直腹板32的高度，优选为距离为0～0.5倍的直腹板32的高度。
为便于安装，所述稳定板1可直接安装在所述内侧行车道护栏41一侧，也可将封闭后的所述内侧行车道护栏41作为所述稳定板1使用。
图2为一种常见的分离式钢箱梁桥梁的断面结构示意图，二组钢箱梁体30均具有两块直腹板32和两块斜腹板34，两块直腹板32分别由所述顶板31近所述中心分离槽50的一端和远所述中心分离槽50的一端垂直向下延伸，所述斜腹板34将两块直腹板的向下延伸端，分别与所述底板近所述中心分离槽50的一端和远所述中心分离槽50的一端进行连接，由此构成所述钢箱梁体30，图2所示的分离式钢箱梁桥梁未做任何控制涡激共振现象的措施。
本发明以图2中的分离式钢箱梁桥梁的结构为例来对本发明做进一步说明，该分离式钢箱梁桥梁的二组钢箱梁体的顶板宽均为22m，直腹板高均为1m、中心分离槽(即二组钢箱梁体的间距)的宽度为10m，在风速为5～15m/s的情况下，其涡激共振导致的最大振幅为18.38cm。
对比例1
如图4所示，上述分离式钢箱梁桥梁的结构上安装导流板，所述导流板安装在所述斜腹板34与底板33交接处，由所述斜腹板34延伸至底板33，这种为现有技术常见的涡激共振的控制方法，在风速为5～15m/s的情况下，涡激共振导致的最大振幅为14.16cm。
对比例2
如图5所示，上述分离式钢箱梁桥梁的结构上安装中心稳定板，所述中心稳定板垂直布置于所述中心分离槽50的中心位置，这种为现有技术常见的涡激共振的控制方法，在风速为5～15m/s的情况下，涡激共振导致的最大振幅为11.02cm。
对比例3
如图6所示，上述分离式钢箱梁桥梁的结构上安装风障，所述风障由所述内侧行车道护栏41顶部向上延伸，采用这种涡激共振的控制方法，在风速为5～15m/s的情况下，涡激共振导致的最大振幅为8.86cm。
对比例4
如图7所示，上述分离式钢箱梁桥梁的结构上安装风障，所述风障由所述外侧行车道护栏42顶部向上延伸，采用这种涡激共振的控制方法，在风速为5～15m/s的情况下，涡激共振导致的最大振幅增加至30.54cm。
实施例1
如图3所示，上述分离式钢箱梁桥梁的结构上安装稳定板1和风鳍板2，所述稳定板1为两块，分别沿二组所述钢箱梁体30延伸向垂直安装于所述顶板31近所述中心分离槽50处，所述稳定板为实心板，挡风率为100％，高度为1.5m，本实施例中，将所述稳定板1直接安装在所述内侧行车道护栏41一侧，所述风鳍板2为两块，均位于所述中心分离槽50中，分别沿二组所述钢箱梁体30延伸向垂直连接于所述直腹板32，所述风鳍板2与所述顶板31的距离为0m，所述风鳍板的宽度为所述中心分离槽50宽度的0.2倍，在风速为5～15m/s的情况下，本实施例中所述分离式钢箱梁桥梁由涡激共振导致的最大振幅为6.39cm。
实施例2
本实施例中的分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构与实施例1相同，所述稳定板的挡风率为30％，高度为1.5m，所述风鳍板2与所述顶板31的距离为0m，所述风鳍板的宽度为所述中心分离槽50宽度的0.2倍，在风速为5～15m/s的情况下，本实施例中所述分离式钢箱梁桥梁由涡激共振导致的最大振幅为8.06cm。
实施例3
本实施例中的分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构与实施例1相同，所述稳定板的挡风率为100％，高度为1.5m，所述风鳍板2与所述顶板31的距离为0m，所述风鳍板的宽度为所述中心分离槽50宽度的0.05倍，在风速为5～15m/s的情况下，本实施例中所述分离式钢箱梁桥梁由涡激共振导致的最大振幅为7.79cm。
实施例4
本实施例中的分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构与实施例1相同，所述稳定板的挡风率为50％，高度为1.8m，所述风鳍板2与所述顶板31的距离为0m，所述风鳍板的宽度为所述中心分离槽50宽度的0.05倍，在风速为5～15m/s的情况下，本实施例中所述分离式钢箱梁桥梁由涡激共振导致的最大振幅为6.86cm。
比较上述各实施例和各对比例在相同风速条件下的最大振幅值可见，本发明所述控制气动结构具有结构简单，安装方便的特点，并可有效控制分离式钢箱梁在低风速作用下可能产生的涡激共振现象，并可避免因涡激共振现象可能导致的钢箱梁疲劳问题以及行驶车辆和行人舒适性问题
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，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于分离式钢箱梁桥梁涡激共振的控制气动结构，包括二组钢箱梁体，二组钢箱梁体沿中心分离槽对称布置，所述钢箱梁体包括由顶板、斜腹板、底板和直腹板组成的箱体，所述斜腹板和直腹板均至少为一块，其特征在于：该控制气动结构包括稳定板，所述稳定板沿所述钢箱梁体延伸向安装于所述顶板近所述中心分离槽处。
2.如权利要求1所述的控制气动结构，其特征在于：所述稳定板垂直于所述顶板。
3.如权利要求1或2所述的控制气动结构，其特征在于：所述稳定板的高度为0.1～1.8m。
4.如权利要求3所述的控制气动结构，其特征在于：所述稳定板的高度为0.5～1.5m。
5.如权利要求1或2所述的控制气动结构，其特征在于：所述稳定板为实心板，挡风率为50％～100％。
6.如权利要求1所述的控制气动结构，其特征在于：该控制气动结构还包括风鳍板，所述风鳍板位于所述中心分离槽中，并沿所述钢箱梁体延伸向垂直连接于所述直腹板。
7.如权利要求6所述的控制气动结构，其特征在于：所述风鳍板的宽度为二组钢箱梁体间距的0.05～0.45倍。
8.如权利要求7所述的控制气动结构，其特征在于：所述风鳍板的宽度为二组钢箱梁体间距的0.1～0.25倍。
9.如权利要求5所述的控制气动结构，其特征在于：所述风鳍板与所述顶板之间的距离小于所述直腹板的高度。
10.如权利要求7所述的控制气动结构，其特征在于：所述风鳍板与所述顶板之间的距离为0～0.5倍直腹板的高度。
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