CN108729338A - 一种改善抗风性能的分离式桥梁结构及其改善方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改善抗风性能的分离式桥梁结构及其改善方法，包括能根据风攻角等风环境的变化而实现的可变高度水平稳定板和可变开槽宽度，该系统装置由风环境检测处理器检测或预测风环境信号，信号传递至其内部的中央处理器，由中央处理器内嵌的换算程序换算出不同风攻角等风环境下最有利的水平稳定板高度和开槽宽度，将结果信号传递至液压数控伸缩杆，伸缩杆伸长或缩短相应的长度来控制水平稳定板和滑动导梁装置。与现有技术相比，本发明的分离式桥梁能根据不同风环境的变化改变水平稳定板的高度和开槽宽度，提高不同风环境下桥梁的抗风性能和通行能力，减小桥梁风致振动的振幅，提高大风天气下车辆在桥梁上行驶的舒适性。

Description

一种改善抗风性能的分离式桥梁结构及其改善方法

技术领域

本发明涉及一种改善抗风性能的分离式桥梁结构及其改善方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

随着现代高强材料和施工技术的发展，桥梁结构正朝着大跨、轻柔的方向发展，桥梁的长细化使其刚度和阻尼不断下降，其抗风敏感性不断增加，桥梁一旦遭受大风影响，将阻断其交通运行，造成一定的经济损失，甚至造成桥梁结构的破坏，危及生命。在大量试验的基础上，人们总结出一些有效措施来改善截面的气动性能，如增设风嘴、水平稳定板、导流板、中央稳定板以改善气流绕流的流态、在主梁的中央分隔带处开槽、增加栏杆的透风率、采用透空的桁架型式桥面主梁等气动措施。

水平稳定板是一种设置于主梁附近，对来流风起引导作用的板形结构。水平稳定板的设置可以一定程度上改变来流风的流动路径，使气流以我们想要的方式流经主梁断面。主梁开槽的目的是利用开槽使得上下气流可以相互流通，从而优化主梁的颤振稳定性能。

虽然设置水平稳定板和对主梁开槽能在一定程度上能提高桥梁的抗风性能，但研究表明，水平稳定板离主梁桥面板高度的不同将引起不同的桥梁风动效应，设置水平稳定板在一定程度上会降低主梁的静风稳定性能，而设置上稳定板对主梁的颤振稳定性能则有所提高。

研究表明，主梁开槽不能有效提高主梁的静风稳定性能，过大的开槽宽度有可能导致静风稳定性变差，尤其是主梁的扭转稳定性能，而在一定开槽宽度范围内，随着开槽宽度的增大，可以一定程度上提高主梁的颤振稳定性能。

综上可知，设置固定高度的水平稳定板和固定的开槽宽度，不能兼顾桥梁的静风稳定性和颤振稳定性。而在某些初始风攻角下，静风失稳临界风速有可能低于颤振临界风速，而不是人们普遍认为的大跨径桥梁的颤振临界风速一般都低于静力失稳风速的那样，所以，在某些风攻角下，一定高度的水平稳定板和一定的开槽宽度虽然保证了桥梁的颤振稳定性，但可能提前导致桥梁的静风稳定性问题。

若能根据不同的风攻角等风环境的变化而实现可变高度的水平稳定板和可变的开槽宽度，则可以保证分离式桥梁在不同风攻角等风环境下的静风稳定性和颤振稳定性。本发明采用的系统装置通过风环境检测处理器测定和预测的风攻角、风速等风环境，由其内部的中央处理器将信号传递给内嵌的换算程序，换算程序经换算得到最有利于当下风环境的水平稳定板高度和开槽宽度，中央处理器再将结果信号传递给液压数控伸缩杆，伸缩杆伸长或缩短一定的长度来控制水平稳定板和滑动导梁装置，以实现最有利的水平稳定板高度和开槽宽度，安装在水平稳定板和导梁上的位移传感器实时测定其位移，并将信号传递给中央处理器，形成信号回路，保证装置稳定的运作状态。本发明的系统装置保证了分离式桥梁在不同风环境下的静风稳定性和颤振稳定性，提高了分离式桥梁的通行能力，提升了大风天气下车辆在桥梁上行驶的舒适性，实现了分离式桥梁和整体式桥梁之间的灵活变换。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种具有改善抗风性能的分离式桥梁，可以根据实时测定的不同风环境而实现的可变高度水平稳定板和可变开槽宽度，以保证不同风攻角等风环境下分离桥梁的静风稳定性和颤振稳定性，提高桥梁的抗风性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，包括沿桥梁顺桥向方向设置一对半桥体，两个半桥体拼接为一段分离式桥梁，两个半桥体之间具有开槽间隙；

半桥体包括分离式桥梁主梁，所述分离式桥梁主梁上设置有稳定板升降装置，包括第一卡位槽、第一液压数控伸缩杆、水平稳定板，第一液压数控伸缩杆置于第一卡位槽内升降活动，水平稳定板位于第一液压数控伸缩杆的端部，水平稳定板上具有用于检测与桥面距离的第一位移传感器；

所述分离式桥梁主梁朝向对侧半桥体的上下边缘水平向具有钢垫板，两块钢垫板之间设置有滑动导梁总成，滑动导梁总成又包括滑动导梁装置以及导梁伸缩装置，所述滑动导梁装置与上方或下方的钢垫板之间设有滚动钢珠，所述导梁伸缩装置包括第二卡位槽、第二液压数控伸缩杆、支架，第二液压数控伸缩杆置于第二卡位槽和支架之间伸缩活动，第二液压数控伸缩杆的端部连接滑动导梁装置；

所述分离式桥梁主梁外部还设置有根据风环境控制第一液压数控伸缩杆升降以及第二液压数控伸缩杆伸缩的风环境检测处理器。

作为更进一步的优选方案，所述滑动导梁总成包括两个滑动导梁装置以及两个导梁伸缩装置，其中一个滑动导梁装置与分离式桥梁主梁上边缘的钢垫板之间设置有滚动钢珠，另一个滑动导梁装置与分离式桥梁主梁下边缘的钢垫板之间设置有滚动钢珠，两个滑动导梁装置之间设置有滑动轨道，每个滑动导梁装置对应一个导梁伸缩装置。

作为更进一步的优选方案，两块钢垫板之间具有主梁中心层，主梁中心层与分离式桥梁主梁上边缘的钢垫板和下边缘的钢垫板之间均有间隙层，间隙层内设有一个导梁伸缩装置以及一块滑动挡板，滑动挡板分别与钢垫板和主梁中心层之间布置滚动钢珠，导梁伸缩装置的第二液压数控伸缩杆的端部连接滑动挡板的边缘。

作为更进一步的优选方案，所述滑动导梁装置朝向对侧半桥体的边缘位置设置有第二位移传感器。

作为更进一步的优选方案，所述滑动导梁装置的端部为倾斜面，所述第二液压数控伸缩杆的端部连接该倾斜面上远离分离式桥梁主梁的一边。

作为更进一步的优选方案，所述水平稳定板上具有灯光装置。

一种改善抗风性能的分离式桥梁结构的改善方法，包括以下步骤：

步骤一：风环境检测处理器实时测定风速和风攻角，根据不同的风速和风攻角，计算出对应的开槽宽度和水平稳定板高度信号，并将测定信号传递给中央控制器，中央控制器发出控制信号，控制第一液压数控伸缩杆的升降以及第二液压数控伸缩杆的伸缩；

步骤二：第一液压数控伸缩杆带动水平稳定板进行升降动作，通过第一位移传感器的高度信号反馈给中央控制器从而停止升降动作；

步骤三：第二液压数控伸缩杆带动滑动导梁装置在滚动钢珠上进行伸缩动作，通过第二位移传感器与对侧半桥体的距离信号反馈给中央控制器从而停止伸缩动作。

有益效果：

本发明的系统装置通过实现可变高度的水平稳定板和可变开槽宽度，以应对不同风攻角等风环境的变化，从而保证分离式桥梁在不同风环境下的静风稳定性和颤振稳定性。一方面有利于提高分离式桥梁的抗风性能，另一方面能使桥梁处于更有利的运营状态，提高了桥梁的抗风稳定性，使车辆在大风环境下有较好的行驶舒适性，保证不同风环境下交通的顺利通行，实现了分离式桥梁和整体式桥梁之间的灵活变换。

可变高度的水平稳定板和滑动导梁装置需要定期试运行并加以维护，此时可通过光照、灯光以及桥梁等构筑物的外观变化等措施，使建筑结构的美学效果发生改变，增强建筑结构的外观美感。

滑动导梁装置可通过移动实现对接，使分离式桥梁随时根据需要切换为整体式桥梁，滑动导梁装置可在不使用时通过收缩而实现收拢，有利于提高其使用寿命。

可变高度水平稳定板可适用于有抗风需求的桥梁结构中，以提高其抗风性能。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为本发明实施例3的结构示意图；

图4为稳定板升降装置的结构示意图；

图5为本发明整体结构示意图；

其中，1-分离式桥梁主梁，2-第一卡位槽，3-第一液压数控伸缩杆，4-水平稳定板，5-第一位移传感器，6-钢垫板，7-滑动导梁装置，8-滚动钢珠，9-第二卡位槽，10-第二液压数控伸缩杆，11-支架，12-风环境检测处理器，13-滑动轨道，14-滑动挡板，15-第二位移传感器。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选技术方案。

本发明的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，包括沿桥梁顺桥向方向设置一对半桥体，两个半桥体相互对称，两个半桥体拼接为一段分离式桥梁，两个半桥体之间具有开槽间隙；

半桥体包括分离式桥梁主梁1，所述分离式桥梁主梁1上设置有稳定板升降装置，稳定板升降装置包括第一卡位槽2、第一液压数控伸缩杆3、水平稳定板4，第一液压数控伸缩杆3置于第一卡位槽2内升降活动，水平稳定板4位于第一液压数控伸缩杆3的端部，水平稳定板4上具有用于检测与桥面距离的第一位移传感器5，稳定板升降装置是在纵向方向上升降活动；

所述分离式桥梁主梁1朝向对侧半桥体的上下边缘水平向具有钢垫板6，钢垫板6具体位于分离式桥梁主梁1朝向对侧半桥体的上下桥面板侧面，钢垫板6与分离式桥梁主梁1焊接，钢垫板6与分离式桥梁主梁1的上下面处于同一平面，两块钢垫板6之间设置有滑动导梁总成，滑动导梁总成是在水平方向上伸缩活动，可伸出和收回两钢垫板6之间，从而改变半桥体的宽度，实现两个半桥体之间的间隙发生变化。

实施例一：

如图1和图2所示，滑动导梁总成又包括滑动导梁装置7以及导梁伸缩装置，所述滑动导梁装置7与上方或下方的钢垫板6之间设有滚动钢珠8，滚动钢珠8设置在钢垫板6的内表面上，所述导梁伸缩装置包括第二卡位槽9、第二液压数控伸缩杆10、支架11，第二液压数控伸缩杆10置于第二卡位槽9和支架11之间伸缩活动，第二液压数控伸缩杆10的端部连接滑动导梁装置7；所述分离式桥梁主梁1外部还设置有根据风环境控制第一液压数控伸缩杆3升降以及第二液压数控伸缩杆10伸缩的风环境检测处理器12，风环境检测处理器12控制第一液压数控伸缩杆3带动水平稳定板4升降活动，以及控制第二液压数控伸缩杆10带动滑动导梁装置7在两块钢垫板6之间进行伸缩活动。

实施例二

如图3和图4所示，所述滑动导梁总成包括两个滑动导梁装置7以及两个导梁伸缩装置，其中一个滑动导梁装置7与分离式桥梁主梁1上边缘的钢垫板6之间设置有滚动钢珠8，滚动钢珠8设置在钢垫板6的内表面上，另一个滑动导梁装置7与分离式桥梁主梁1下边缘的钢垫板6之间设置有滚动钢珠8，滚动钢珠8也设置在钢垫板6的内表面上，两个滑动导梁装置7之间设置有滑动轨道13，滑动轨道13平行于滑动导梁装置7，滑动轨道13的一端固定在分离式桥梁主梁1上，每个滑动导梁装置7对应一个导梁伸缩装置，导梁伸缩装置中的第二液压数控伸缩杆10的端部连接滑动导梁装置7；所述分离式桥梁主梁1外部还设置有根据风环境控制第一液压数控伸缩杆3升降以及第二液压数控伸缩杆10伸缩的风环境检测处理器12，风环境检测处理器12控制第一液压数控伸缩杆3带动水平稳定板4升降活动，本实施例中，风环境检测处理器12又上述两个导梁伸缩装置的第二液压数控伸缩杆10，分别带动两个第二液压数控伸缩杆10驱动各自的滑动导梁装置7在钢垫板6和滑动轨道13之间进行伸缩活动。

实施例一和实施例二的基本原理相同，信号传输与配件协作路径均为：风环境检测处理器→第一液压数控伸缩杆或第二液压数控伸缩杆→水平稳定板或伸缩部件→第一位移传感器或第二位移传感器→风环境检测处理器；区别在于实施例二中具有两个滑动导梁装置7以及两个导梁伸缩装置，两个滑动导梁装置7错开移动可实现两个半桥体之间仅上钢板闭合、仅下钢板闭合或上钢板下钢板均闭合的桥梁。

实施例三

如图3所示，本实施例中，伸缩移动的部件替换为滑动挡板14，滑动挡板14相比滑动导梁装置7重 量更轻，伸缩移动更加迅速，适于风向风速多变的地区使用，两块钢垫板6之间具有主梁中心层，主梁 中心层为固定在分离式桥梁主梁1端部的，主梁中心层与分离式桥梁主梁1上边缘的钢垫板6和下边缘 的钢垫板6之间均有间隙层，间隙层内设有一个导梁伸缩装置以及一块滑动挡板14，滑动挡板14分别与 钢垫板6和主梁中心层之间布置滚动钢珠8，滚动钢珠8设置在钢垫板6的内表面上以及主梁中心层的表 面上，导梁伸缩装置的第二液压数控伸缩杆10的端部连接滑动挡板14的边缘；所述分离式桥梁主梁1 外部还设置有根据风环境控制第一液压数控伸缩杆3升降以及第二液压数控伸缩杆10伸缩的风环境检测处理器12，风环境检测处理器12控制第一液压数控伸缩杆3带动水平稳定板4升降活动，以及控制两个 第二液压数控伸缩杆10驱动各自的滑动挡板14钢垫板6与主梁中心层之间进行伸缩活动。

进一步的，所述滑动导梁装置7或滑动挡板14朝向对侧半桥体的边缘位置设置有第二位移传感器15。

进一步的，所述滑动导梁装置7的端部为倾斜面，所述第二液压数控伸缩杆10的端部连接该倾斜面上远离分离式桥梁主梁1的一边，一方面可支撑靠近上钢板的滚动钢珠，一方面有利于滑伸缩部件在不使用情况下收拢时不与第二液压数控伸缩杆发生位置干扰，收拢至主梁内，延长其使用寿命。

进一步的，所述水平稳定板4上具有灯光装置。

本发明的风环境检测处理器12内设有中央处理器，所述中央处理器中设有换算程序，能将风环境检测处理器检测到的风功角等信号传送至中央处理器，通过换算程序，计算出第一液压数控伸缩杆3和第二液压数控伸缩杆10所需要伸长或缩短的长度；水平稳定板和伸缩部件上的位移传感器通过实时测定其移动距离，将信号传输至中央处理器，形成信号回路，以便系统实时调整至稳定状态。

在某些风攻角下，当分离式主梁的静风失稳临界风速高于颤振临界风速时，可将伸缩部件收拢、将水平稳定板提升到一定高度，实现较大的开槽宽度和较高的水平稳定板高度，提高桥梁的颤振稳定性；当在某些风攻角下，分离式主梁的静风失稳临界风速低于颤振临界风速时，可将伸缩部件向外滑动一定距离、将水平稳定板下降到一定高度，实现较小的开槽宽度和较低的水平稳定板高度，提高桥梁的静风稳定性。由此可知，可变高度水平稳定板和可变开槽宽度有效应对了分离式主梁在不同风环境下的静风稳定性和颤振稳定性，提高了桥梁的抗风性能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：包括沿桥梁顺桥向方向设置一对半桥体，两个半桥体拼接为一段分离式桥梁，两个半桥体之间具有开槽间隙；

半桥体包括分离式桥梁主梁（1），所述分离式桥梁主梁（1）上设置有稳定板升降装置，包括第一卡位槽（2）、第一液压数控伸缩杆（3）、水平稳定板（4），第一液压数控伸缩杆（3）置于第一卡位槽（2）内升降活动，水平稳定板（4）位于第一液压数控伸缩杆（3）的端部，水平稳定板（4）上具有用于检测与桥面距离的第一位移传感器（5）；

所述分离式桥梁主梁（1）朝向对侧半桥体的上下边缘水平向具有钢垫板（6），两块钢垫板（6）之间设置有滑动导梁总成，滑动导梁总成又包括滑动导梁装置（7）以及导梁伸缩装置，所述滑动导梁装置（7）与上方或下方的钢垫板（6）之间设有滚动钢珠（8），所述导梁伸缩装置包括第二卡位槽（9）、第二液压数控伸缩杆（10）、支架（11），第二液压数控伸缩杆（10）置于第二卡位槽（9）和支架（11）之间伸缩活动，第二液压数控伸缩杆（10）的端部连接滑动导梁装置（7）；

所述分离式桥梁主梁（1）外部还设置有根据风环境控制第一液压数控伸缩杆（3）升降以及第二液压数控伸缩杆（10）伸缩的风环境检测处理器（12）。

2.根据权利要求1所述的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：所述滑动导梁总成包括两个滑动导梁装置（7）以及两个导梁伸缩装置，其中一个滑动导梁装置（7）与分离式桥梁主梁（1）上边缘的钢垫板（6）之间设置有滚动钢珠（8），另一个滑动导梁装置（7）与分离式桥梁主梁（1）下边缘的钢垫板（6）之间设置有滚动钢珠（8），两个滑动导梁装置（7）之间设置有滑动轨道（13），每个滑动导梁装置（7）对应一个导梁伸缩装置。

3.根据权利要求1所述的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：两块钢垫板（6）之间具有主梁中心层，主梁中心层与分离式桥梁主梁（1）上边缘的钢垫板（6）和下边缘的钢垫板（6）之间均有间隙层，间隙层内设有一个导梁伸缩装置以及一块滑动挡板（14），滑动挡板（14）分别与钢垫板（6）和主梁中心层之间布置滚动钢珠（8），导梁伸缩装置的第二液压数控伸缩杆（10）的端部连接滑动挡板（14）的边缘。

4.根据权利要求1所述的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：所述滑动导梁装置（7）朝向对侧半桥体的边缘位置设置有第二位移传感器（15）。

5.根据权利要求1或2所述的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：所述滑动导梁装置（7）的端部为倾斜面，所述第二液压数控伸缩杆（10）的端部连接该倾斜面上远离分离式桥梁主梁（1）的一边。

6.根据权利要求1所述的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构，其特征在于：所述水平稳定板（4）上具有灯光装置。

7.根据权利要求1-5中任意一项的一种改善抗风性能的分离式桥梁结构的改善方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：风环境检测处理器（12）实时测定风速和风攻角，根据不同的风速和风攻角，计算出对应的开槽宽度和水平稳定板高度信号，并将测定信号传递给中央控制器，中央控制器发出控制信号，控制第一液压数控伸缩杆（3）的升降以及第二液压数控伸缩杆（10）的伸缩；

步骤二：第一液压数控伸缩杆（3）带动水平稳定板（4）进行升降动作，通过第一位移传感器（5）的高度信号反馈给中央控制器从而停止升降动作；

步骤三：第二液压数控伸缩杆（10）带动滑动导梁装置（7）在滚动钢珠（8）上进行伸缩动作，通过第二位移传感器（15）与对侧半桥体的距离信号反馈给中央控制器从而停止伸缩动作。