CN109898405B - 一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置及其方法，所述格栅装置包括：设置在所述分体箱梁上的四个伸缩格栅组件以及一个三维超声风速仪；每个伸缩格栅组件包括：位于所述分体箱梁表面的电动滚轮、第一竖杆、第二竖杆以及可伸缩的网架，所述电动滚轮与所述三维超声风速仪连接，并用于根据所述三维超声风速仪检测的风速和风向在所述分体箱梁的横梁上平移，所述网架可被电动滚轮带动向所述中央开槽的中央处伸展并覆盖所述中央开槽，以调节所述中央开槽的空隙率。由于伸缩格栅的存在，风吹过分体箱梁时，中央开槽中的旋涡会被打散，无法形成大尺寸的旋涡，避免分体箱梁产生涡激共振，提高桥梁的整体抗风性能。

Description

一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置及其方法

技术领域

本发明涉及桥梁风振领域，尤其涉及的是一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置及其方法。

背景技术

作为第三代箱梁，分体箱梁是继钢桁架梁、闭口箱梁之后大跨度桥梁主梁断面的突破性创新，可以显著地提高颤振临界风速和改善气动稳定性能。相比闭口整体箱梁，分体箱梁的中央开槽会导致断面气流绕流流态,特别是旋涡生成和其运动规律更为复杂，从而更容易激发分体箱梁在较低的风速下发生振幅较大的涡激共振。虽然涡振不像颤振那样存在动力失稳的危险，但由于它发生的风速低、频度大，不仅可能引起结构的疲劳和强度问题，而且会降低行车的舒适度甚至会危及到交通安全，因此需要采取有效的控制措施抑制分体箱梁桥梁的大振幅涡振。

格栅作为常用的被动气动控制措施，合理的布置格栅板可以有效地提高分体箱梁桥梁的风振性能，特别是改善涡激共振性能。因为分体箱梁中央开槽的部分存在着明显的旋涡，通过在开槽顶面或底面增设格栅板，可以把此处的旋涡打散，从而能够抑制规律性的大尺度旋涡对结构涡振的驱动。需要说明的是开槽中不同位置处设置格栅板对于旋涡的干扰作用不同。现有技术中，格栅都是固定设置的，一旦建成其形状和位置都不能改动，灵活性差，不具有可控性、普适性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种抑制桥梁风振的智能调节格栅装置及其方法，该装置实施方式相对经济，更换方便，实用性优。旨在解决现有技术中格栅都是固定设置而灵活性差的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，包括：设置在所述分体箱梁上的四个伸缩格栅组件以及一个三维超声风速仪，所述伸缩格栅组件分别位于所述分体箱梁中央开槽的顶面的两个边缘和底面的两个边缘；每个伸缩格栅组件包括：位于所述分体箱梁表面的电动滚轮、与所述电动滚轮连接的第一竖杆，与所述分体箱梁固定的第二竖杆，与所述第一竖杆和所述第二竖杆连接的可伸缩的网架；所述电动滚轮与所述三维超声风速仪连接，并用于根据所述三维超声风速仪检测的风速和风向在所述分体箱梁的横梁上平移，所述网架可被电动滚轮带动向所述中央开槽的中央处伸展并覆盖所述中央开槽，以调节所述中央开槽的空隙率。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，所述分体箱梁包括两个沿中线带外侧风嘴的多边形箱梁，所述多边形箱梁包括：依次连接的左上表面斜顶板、水平的上顶板、垂直的竖板、右下表面斜腹板、水平的下底板和左下表面斜腹板。两个所述多边形箱梁之间有间距，而且两个所述多边形箱梁之间采用所述横梁进行连接，所述横梁沿所述分体箱梁纵向间隔设置，所述电动滚轮分别安装在所述横梁上面和下面。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，所述三维超声风速仪安装在所述分体箱梁桥面上的最外侧，所述三维超声风速仪用于测量所述分体箱梁表面上的风速和风向；所述三维超声风速仪与所述电动滚轮通过一个控制开关相连接，所述控制开关根据所述三维超声风速仪检测的风速和风向来控制不同电动滚轮在所述横梁上平移，以调节所述中央开槽的空隙率。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，所述网架包括：与所述第一竖杆连接的第一连接杆，与所述第二竖杆连接的第二连接杆，与所述第一连接杆连接的若干个平行排列的左斜拉杆，与所述第二连接杆连接的若干个平行排列的右斜拉杆；若干个所述左斜拉杆与若干个所述右斜拉杆相互铰接并形成平行四边形网架。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，四个所述格栅组件分别位于所述中央开槽的左上边缘、右上边缘、左下边缘以及右下边缘。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其中，四个所述格栅组件中，各所述伸缩格栅组件相互错开，其中右上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度分别大于左上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度，右下边缘伸缩格栅的高度、宽度也分别大于左下边缘伸缩格栅组件的高度、宽度；所述第一竖杆和所述第二个竖杆均采用伸缩杆，所述伸缩杆可改变高度来调节所述网架的倾斜角度，以抑制风速风向的变化引起的风致振动。

一种抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其中，基于如上述任意一项所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，并包括以下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，驱动四个伸缩格栅组件中任意一个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其中，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个伸缩格栅组件中任意两个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其中，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个伸缩格栅组件中的任意三个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其中，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

有益效果：由于分体箱梁中央开槽处有伸缩格栅组件的存在，风经过中央开槽时，旋涡会被伸缩格栅组件打散，旋涡的流动方向和大小都会改变，无法形成大尺度的旋涡，也就避免对分体箱梁产生涡激共振。且根据风速仪检测的风速和风向自动改变四个伸缩格栅的移动位置，通过调节中央开槽的空隙率以抑制分体箱梁风振。

附图说明

图1是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的横截面的第一示意图。

图2是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第一俯视图。

图3是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第二俯视图。

图4是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第三俯视图。

图5是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第四俯视图。

图6是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第五俯视图。

图7是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的第六俯视图。

图8是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置的横截面的第二示意图。

图9是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置在0°攻角主梁的竖向涡振位移与风速大小的关系图。

图10是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置在0°攻角主梁的扭转涡振位移与风速大小的关系图。

图11是本发明中抑制分体箱梁风振的格栅装置在0°攻角主梁的主梁跨中竖向颤振位移与风速大小的关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1-图11，本发明提供了一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置的一些实施例。

如图1所示，本实施例中的分体箱梁是指在桥梁中间设置中央开槽，从而形成的分体式箱梁。也就是说，分体箱梁由两部分构成，分别记为第一多边形箱梁10a和第二多边形箱梁10b，第一多边形箱梁10a和第二多边形箱梁10b之间采用横梁连接，横梁具有横梁上表面11a和横梁下表面11b。横梁上表面11a的高度可以根据需要设置，即横梁上表面11a可以与分体箱梁的上表面平齐，也可以不与分体箱梁的上表面平齐；同样，横梁下表面11b的高度也可以根据需要设置。通常在中央开槽处设置格栅以减小中央开槽中旋涡引起的共振。当然，在其它的实施例中，分体箱梁可以是有3个甚至是多个中央开槽，多个中央开槽的情况可以由一个中央开槽类推得到。中央开槽的横截面呈喇叭形，中央开槽的上开口小，下开口大。具体地，中央开槽的横截面包括：矩形部和梯形部，梯形部位于矩形部的下方，梯形部的上底与矩形部连接。

如图1所示，本实施例的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置包括：设置在所述分体箱梁上的四个伸缩格栅组件(20a，20b，20c，20d)以及一个三维超声风速仪（图中未示出，以下简称风速仪），四个格栅组件(20a，20b，20c，20d)分别位于所述分体箱梁的中央开槽的顶面的两个边缘和底面的两个边缘，所述风速仪用于测量所述分体箱梁的风速和风向。

以四个伸缩格栅组件中的一个伸缩组件为例进行说明。所述伸缩格栅组件20a包括：位于所述分体箱梁表面的电动滚轮24a、与所述电动滚轮24a连接的第一竖杆23a，与所述分体箱梁固定的第二竖杆21a，与所述第一竖杆23a和所述第二竖杆21a连接的网架22a；第二竖杆21a设置在中央开槽边缘并固定于箱梁上，网架22a位于第二竖杆21a与中央开槽相对一侧。

本实施例中的风速仪安装在分体箱梁的桥面上最外侧，主要用于检测分体箱梁表面上的风速、风向。所述风速仪与所述电动滚轮通过一个控制开关相连接，所述控制开关根据所述风速仪检测的风速和风向来控制不同电动滚轮24a在所述横梁上平移，以调节所述中央开槽的空隙率。

所述网架22a可伸缩并覆盖所述中央开槽，所述电动滚轮24a与所述风速仪连接，并用于根据所述风速仪检测的风速并在所述分体箱梁的横梁上平移，以调节所述中央开槽的空隙率。电动滚轮24a与横梁对应，电动滚轮24a可以从第一多边形箱梁10a上经横梁平移至第二多边形箱梁10b，则网架22a覆盖中央开槽。

本实施例中抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置采用如下方法进行控制来抑制分体箱梁的风振。

根据风速仪测量的风速和风向，驱动电动滚轮24a以调节中央开槽的空隙率。

具体包括以下步骤：

步骤S110、根据风速仪测量的风速和风向，驱动四个伸缩格栅组件中任意一个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

步骤S120、根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件中任意两个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

步骤S130、根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件中的任意三个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

步骤S140、根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

当风速在涡振锁定风速区间内，就会出现涡激共振现象，涡振会对桥梁产生疲劳破坏和影响行车舒适感，较大振幅的涡振甚至会影响到桥梁结构的安全。因此，当风速仪检测到风速在涡振锁定风速区间内时，驱动电动滚轮24a平移。原始状态下，网架22a处于收缩状态，并位于中央开槽的边缘，根据风速仪测定的风速与风向，第一竖杆连接的电动滚轮带动调节网架22a的大小，当网架22a伸长后，可以部分覆盖或全部覆盖中央开槽。分体箱梁中央开槽处由于网架22a的存在，风在经过分体箱梁时，中央开槽处旋涡被网架22a打散，旋涡的大小和方向都会改变，无法形成大尺寸的旋涡，无法引起分体箱梁的大振幅涡激共振。

本发明设置四个不同位置的伸缩格栅组件，四个伸缩格栅组件既可以不同组合使用又可以移动不同位置，使得分体箱梁中央开槽有不同的空隙率，以改变中央开槽处旋涡的生成和发展，从而抑制分体箱梁的涡激共振。

当风速很大并接近颤振临界风速时，为了避免高风速对分体箱梁产生的颤振，可以将网架22a缩回，利用中央开槽结构提供更高的颤振临界风速，以达到提高颤振性能目的。反之，当风速降低到涡振锁定风速区间时，又可以继续张开网架22a。

由于实际应用中，风的风向（风攻角）可能会改变的，例如，如图9和图11所示，风向可能是与水平面平行的（记为0°），也有可能是与水平面呈一角度，当然这一角度可以是相对于水平面向上（例如，+3°），也可以是相对于水平面向下（例如，-3°），由于不同风攻角下，分体箱梁的风振性能不同，为了提高抑制风振的效果，抑制分体箱梁风振方法还包括以下步骤：根据风速仪测量的风向变化，分别调节格栅装置的第一竖杆和第二个竖杆的高度来改变格栅张开时的倾斜角度，以调节槽中空隙率的大小。所述第一竖杆和所述第二个竖杆均采用伸缩杆，所述伸缩杆可改变高度来调节所述网架的倾斜角度，以抑制风速风向的变化引起的风致振动。

在本发明的一个较佳实施例中，所述风速仪用于测量所述中央开槽的风速和风向。根据风速仪测定的风速与风向，第一竖杆连接的电动滚轮带动调节网架22a的大小。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图2所示，所述网架22a为矩形，通过第一竖杆连接的电动滚轮可以调节网架22a的大小。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1-图2所示，所述伸缩格栅组件(20a，20b，20c，20d)有四个，分别位于所述中央开槽的左上边缘、右上边缘、左下边缘以及右下边缘。四个所述伸缩格栅组件(20a，20b，20c，20d)中，各所述网架22a相互错开。中央开槽的左上边缘、右上边缘、左下边缘以及右下边缘上的伸缩格栅组件分别记为第一伸缩格栅组件20a、第二伸缩格栅组件20b、第三伸缩格栅组件20c以及第四伸缩格栅组件20d。各伸缩格栅组件的网架的空隙率可以相同也可以不同。

具体地，如图3-图8所示，根据风速仪测量的风速和风向，对第一伸缩格栅组件20a、第二伸缩格栅组件20b、第三伸缩格栅组件20c以及第四伸缩格栅组件20d进行调节。例如，当风速在涡振锁定风速区间内，风向为自上向下时，则优先张开中央开槽上边缘的伸缩格栅组件，当风速较低时，可以仅张开第一伸缩格栅组件20a或第二伸缩格栅组件20b，当风速增加时，可以将第一伸缩格栅组件20a和第二伸缩格栅组件20b都张开，由于第一伸缩格栅组件20a的网架22a和第二伸缩格栅组件20b的网架相互错开，因而空隙率更小，提高了抑制风振的效果。显然地，当伸缩格栅张开的数量越多，槽中的空隙率就会越小，抑制风振效果更佳。

当然第一伸缩格栅组件20a和第二伸缩格栅组件20b在竖直方向上也是错开的，而且电动滚轮24a也是错开的，也就是说，两者在伸缩过程中独立的，互不干涉的。同样，也可以对第三伸缩格栅组件20c和第四伸缩格栅组件20d进行控制，以获得较好的抑制风振的效果。

在本发明的一个较佳实施例中，四个所述格栅组件中，各所述伸缩格栅组件相互错开，其中右上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度分别大于左上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度，右下边缘伸缩格栅的高度、宽度也分别大于左下边缘伸缩格栅组件的高度、宽度。所以，左边和右边的电动滚轮在所述横梁上的移动位置也是相互错开的。

在本发明的一个较佳实施例中，所述分体箱梁包括两个沿中线带外侧风嘴的多边形箱梁，所述多边形箱梁包括：依次连接的左上表面斜顶板、水平的上顶板、垂直的竖板、右下表面斜腹板、水平的下底板和左下表面斜腹板。两个所述多边形箱梁之间有间距，而且两个所述多边形箱梁之间采用所述横梁进行连接，所述横梁沿所述分体箱梁纵向间隔设置，所述电动滚轮分别安装在所述横梁上面和下面。

在本发明的一个较佳实施例中，如图1所示，所述网架22a包括：与所述第一竖杆23a连接的第一连接杆22a4，与所述第二竖杆21a连接的第二连接杆22a1，与所述第一连接杆22a4连接的若干个平行排列的左斜拉杆22a2，与所述第二连接杆22a1连接的若干个平行排列的右斜拉杆22a3；若干个所述左斜拉杆22a2与若干个所述右斜拉杆22a3相互铰接并形成平行四边形网架。具体地，第一连接杆和第二连接杆分别为矩形的长边，两个第一竖杆分别连接在第一连接杆的两端，两个第二竖杆分别连接在第二连接杆的两端。平行四边形网架分别与第一竖杆、第二竖杆连接，所述第一连接杆、第二连接杆沿桥纵向与平行四边形网架铰接。

本实施例中的左斜拉杆22a2和右斜拉杆22a3，可以采用直线形或曲线形拉杆，只要便于伸缩张开即可。

综上所述，本发明实现了一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置及其方法，所述格栅装置包括：设置在所述分体箱梁上的四个伸缩格栅组件以及一个三维超声风速仪，根据所述风速仪测得分体箱梁的风速和风向，选择四个伸缩格栅组件的任意一个、任意两个、任意三个和四个这些组合方式下的伸缩格栅组件移动到中央开槽处不同的位置，还可以调节伸缩格栅的倾斜度，以调节中央开槽的空隙率，以抑制分体箱梁的涡振共振和颤振发生，提高桥梁的整体抗风性能。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其特征在于，包括：设置在所述分体箱梁上的四个伸缩格栅组件以及一个三维超声风速仪，所述伸缩格栅组件分别位于所述分体箱梁中央开槽的顶面的两个边缘和底面的两个边缘；每个伸缩格栅组件包括：位于所述分体箱梁表面的电动滚轮、与所述电动滚轮连接的第一竖杆，与所述分体箱梁固定的第二竖杆，与所述第一竖杆和所述第二竖杆连接的可伸缩的网架；所述电动滚轮与所述三维超声风速仪连接，并用于根据所述三维超声风速仪检测的风速和风向在所述分体箱梁的横梁上平移，所述网架可被电动滚轮带动向所述中央开槽的中央处伸展并覆盖所述中央开槽，以调节所述中央开槽的空隙率；四个所述格栅组件分别位于所述中央开槽的左上边缘、右上边缘、左下边缘以及右下边缘；四个所述格栅组件中，各所述伸缩格栅组件相互错开，其中右上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度分别大于左上边缘伸缩格栅组件的高度、宽度，右下边缘伸缩格栅的高度、宽度也分别大于左下边缘伸缩格栅组件的高度、宽度；所述第一竖杆和所述第二竖杆均采用伸缩杆，所述伸缩杆可改变高度来调节所述网架的倾斜角度，以抑制风速风向的变化引起的风致振动。

2.根据权利要求1所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其特征在于，所述分体箱梁包括两个沿中线带外侧风嘴的多边形箱梁，所述多边形箱梁包括：依次连接的左上表面斜顶板、水平的上顶板、垂直的竖板、右下表面斜腹板、水平的下底板和左下表面斜腹板；两个所述多边形箱梁之间有间距，而且两个所述多边形箱梁之间采用所述横梁进行连接，所述横梁沿所述分体箱梁纵向间隔设置，所述电动滚轮分别安装在所述横梁上面和下面。

3.根据权利要求1所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其特征在于，所述三维超声风速仪安装在所述分体箱梁桥面上的最外侧，所述三维超声风速仪用于测量所述分体箱梁表面上的风速和风向；所述三维超声风速仪与所述电动滚轮通过一个控制开关相连接，所述控制开关根据所述三维超声风速仪检测的风速和风向来控制不同电动滚轮在所述横梁上平移，以调节所述中央开槽的空隙率。

4.根据权利要求1所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，其特征在于，所述网架包括：与所述第一竖杆连接的第一连接杆，与所述第二竖杆连接的第二连接杆，与所述第一连接杆连接的若干个平行排列的左斜拉杆，与所述第二连接杆连接的若干个平行排列的右斜拉杆；若干个所述左斜拉杆与若干个所述右斜拉杆相互铰接并形成平行四边形网架。

5.一种抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其特征在于，基于如权利要求1-4任意一项所述的抑制分体箱梁风振的智能调节格栅装置，并包括以下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，驱动四个伸缩格栅组件中任意一个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

6.根据权利要求5所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件中任意两个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置以调节中央开槽的空隙率。

7.根据权利要求5所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件中的任意三个伸缩格栅至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

8.根据权利要求5所述的抑制分体箱梁风振的智能调节方法，其特征在于，还包括如下步骤：

根据风速仪测量的风速和风向，同时驱动四个平移伸缩格栅组件至中央开槽处不同的位置，以调节中央开槽的空隙率。

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