CN110886198B - 一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构包括风嘴壳体单元；风嘴壳体单元包括依次连接的壳体顶板、上斜板和下斜板；壳体顶板、上斜板、下斜板与矩形钢箱梁桥梁上的钢箱梁底板、钢箱梁腹板和钢箱梁顶板围合成横截面为多边形的空腔结构；壳体顶板与上斜板之间的夹角和下斜板与钢箱梁底板之间的夹角均为钝角；上斜板和下斜板之间的夹角的顶点距钢箱梁顶板的距离大于距钢箱梁底板的距离。本发明所涉及的风嘴结构可以有效地抑制矩形钢箱梁桥梁涡振振幅，提高行车舒适性和安全性，并且有利于延长桥梁的使用寿命。

Description

一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及到一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构。
背景技术
钢箱梁，一般由顶板、底板、腹板、和钢箱梁内部的横隔板、纵隔板及加劲肋等通过全焊接的方式连接而成，因其自重轻，抗扭刚度好等特点被广泛应用于大跨度斜拉桥和悬索桥，但由于矩形钢箱梁为钝体断面，气动性能差，易产生涡激振动响应。涡激振动虽不会像颤振、驰振一样使桥梁出现毁灭性的破坏，但会影响行车舒适性，并且加速桥梁构件的疲劳从而影响桥梁的运营安全。
发明内容
鉴于矩形钢箱梁桥梁易发生涡激振动的问题，本发明提供了一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，主要应用于斜拉桥的矩形钢箱梁上，可以有效削弱甚至消除矩形钢箱梁的涡振振幅，为行车安全性和舒适性提供保障，同时施工便利，经济实用。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下设计流程与技术手段实现的：
一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构包括风嘴壳体单元；风嘴壳体单元包括依次连接的壳体顶板、上斜板和下斜板；壳体顶板、上斜板、下斜板与矩形钢箱梁桥梁上的钢箱梁底板、钢箱梁腹板和钢箱梁顶板围合成横截面为多边形的空腔结构；壳体顶板与上斜板之间的夹角和下斜板与钢箱梁底板之间的夹角均为钝角；上斜板和下斜板之间的夹角的顶点距钢箱梁顶板的距离大于距钢箱梁底板的距离。
进一步地，上斜板的宽度为300cm到400cm；下斜板的宽度为300cm到400cm。本发明中出现的宽度均是指与顺桥方向垂直切割的横截面上所对应的部件的长度。
进一步地，上斜板和下斜板之间的夹角为75°到85°。
具体地，壳体顶板的宽度为76cm；上斜板和下斜板之间的夹角为80°，且该夹角的顶点距离钢箱梁顶板279cm，距离钢箱梁底板168cm。壳体顶板、上斜板和下斜板的厚度均为8mm。
进一步地，多边形为五边形；壳体顶板与钢箱梁顶板位于同一直线上共同构成五边形的一条边。
进一步地，风嘴壳体单元还包括第一横隔板；第一横隔板设置在空腔结构中；第一横隔板与多边形的边均连接。第一横隔板为风嘴结构内部的横隔板，为与钢箱梁内部的横隔板区分，避免混淆，在本发明中统一将风嘴结构内部的横隔板称为第一横隔板；钢箱梁内部的横隔板称为第二横隔板。
进一步地，第一横隔板与多边形的边垂直连接。具体地，第一横隔板的位置与钢箱梁内部的横隔板的位置对应，如图3所示。
在一个具体实施方式中，多边形为五边形；壳体顶板与钢箱梁顶板位于同一直线上共同构成五边形的一条边；第一横隔板上设置有四边形空洞；四边形空洞的边对应地与除钢箱梁底板形成的边外的五边形的边平行，且距离为40cm到70cm。具体地，四边形空洞距钢箱梁腹板60cm，距壳体顶板、上斜板和下斜板的距离均为50cm。四边形空洞的四角被设置为倒圆。
进一步地，风嘴壳体单元还包括垂直且顺桥向设置在多边形的边的内侧的肋板；第一横隔板上设置有空隙；肋板垂直穿过空隙。具体地，肋板垂直且顺桥向设置在壳体顶板、上斜板、下斜板、钢箱梁顶板和钢箱梁腹板的内表面。壳体顶板、上斜板、下斜板、钢箱梁顶板和钢箱梁腹板的内表面是指朝向多边形内的表面。
进一步地，风嘴壳体单元的数量为2n个，n≥1，且沿桥梁方向通长对称分置在矩形钢箱梁桥梁的两侧，即每侧设置n个风嘴壳体单元。
进一步地，多边形是由壳体顶板、上斜板、下斜板、钢箱梁底板、钢箱梁腹板和钢箱梁顶板依次端部焊接围合而成的空腔结构的横截面。肋板通过焊接方式设置在壳体顶板、上斜板、下斜板、钢箱梁顶板和钢箱梁腹板的内表面。
本发明的有效益果是：本发明在传统矩形钢箱梁风嘴结构的基础上，改进了风嘴的外形，可以有效地抑制矩形钢箱梁桥梁涡振振幅，提高行车舒适性和安全性，并且有利于延长桥梁的使用寿命。
以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。
附图说明
图1是设置有本发明一个具体实施方式的风嘴结构的矩形钢箱梁桥梁横截面的结构示意图；
图2是图1中A部的放大结构示意图；
图3是图1的矩形钢箱梁桥梁俯视视角下的局部图展现第一横隔板和钢箱梁内部横隔板(第二横隔板)的位置关系；
图4是未设置风嘴结构的矩形钢箱梁桥梁在各个攻角下发生竖向位移的曲线图；
图5是设置风嘴结构的矩形钢箱梁桥梁在各个攻角下发生竖向位移的曲线图。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
图1～3示出了本发明的一个具体实施例。在该实施例中，用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构包括风嘴壳体单元。风嘴壳体单元的数量为2n个，n≥1，且沿桥梁方向通长对称分置在矩形钢箱梁桥梁的两侧，即每侧设置n个风嘴壳体单元。风嘴壳体单元包括依次连接的壳体顶板1、上斜板2和下斜板3，还包括第一横隔板4和肋板5。
壳体顶板1、上斜板2、下斜板3与矩形钢箱梁桥梁上的钢箱梁底板8、钢箱梁腹板9和钢箱梁顶板7围合成横截面为多边形的空腔结构。在本实施例中，壳体顶板1与钢箱梁顶板7位于同一直线上共同构成该多边形的一条边，该多边形为五边形。在另外的实施例中，壳体顶板1与钢箱梁顶板7构成该多边形的两条边，该多边形为六边形。
壳体顶板1与上斜板2之间的夹角和下斜板3与钢箱梁底板8之间的夹角均为钝角。上斜板2和下斜板3之间的夹角的顶点距钢箱梁顶板7的距离大于距钢箱梁底板8的距离。上斜板2和下斜板3之间的夹角为75°到85°。在一个具体实施例中，壳体顶板1的宽度为76cm；上斜板2和下斜板3之间的夹角为80°，且该夹角的顶点距离钢箱梁顶板7是279cm，距离钢箱梁底板8是168cm。壳体顶板1、上斜板2和下斜板3的厚度均为8mm。
第一横隔板4设置在空腔结构中。第一横隔板4与多边形的边均连接，且为垂直连接。第一横隔板4的位置与第二横隔板13的位置对应，见图3所示。
在一个具体实施方式中，多边形为五边形；壳体顶板1与钢箱梁顶板7位于同一直线上共同构成五边形的一条边；第一横隔板4上设置有四边形空洞；四边形空洞的边对应地与除钢箱梁底板8形成的边外的五边形的边平行，且距离为40cm到70cm。具体地，四边形空洞距钢箱梁腹板9是60cm，距壳体顶板1、上斜板2和下斜板3的距离均为50cm。四边形空洞的四角被设置为倒圆。
肋板5垂直且顺桥向设置在多边形的边的内侧。第一横隔板4上设置有空隙；肋板5垂直穿过空隙。具体地，肋板5垂直且顺桥向设置在壳体顶板1、上斜板2、下斜板3、钢箱梁顶板7和钢箱梁腹板9的内表面。壳体顶板1、上斜板2、下斜板3、钢箱梁顶板7和钢箱梁腹板9的内表面是指朝向多边形内的表面。多边形是由壳体顶板1、上斜板2、下斜板3、钢箱梁底板8、钢箱梁腹板9和钢箱梁顶板7依次端部焊接围合而成的空腔结构的横截面。肋板5通过焊接方式设置在壳体顶板1、上斜板2、下斜板3、钢箱梁顶板7和钢箱梁腹板9的内表面。
图1是设置有本发明一个具体实施方式的风嘴结构的矩形钢箱梁桥梁横截面的结构示意图。从图中还可以看到桥梁的其他一些结构，比如检修车轨道10、桥面板11和桥面栏杆12。
涡振试验
矩形钢箱梁桥梁的主梁节段模型的涡振试验的结果显示，不加任何风嘴结构的主梁在各个攻角下均发生了明显的竖向位移(图4所示)，其中0°攻角下主梁的竖向最大位移在容许位移(142.8mm)附近，其余攻角的竖向位移均已明显超过容许位移，且都存在两个竖向涡激振动区。
在主梁上安装本发明的风嘴结构后的试验结果如图5所示，从图5中可知，节段模型的涡激振动竖向位移显著减少，最大竖向振幅为70mm，满足规范容许值要求。图5中对应的风嘴结构具体参数为：壳体顶板1的宽度为76cm；上斜板2与下斜板3之间的夹角为80°，其宽度可以根据钢箱梁6的高度进行调整，最小宽度为300cm，最大宽度为400cm。本实施例中上斜板2的宽度为357cm，下斜板的宽度为345cm。事实上，只要满足上斜板2和下斜板3之间的夹角的顶点距钢箱梁顶板7的距离大于距钢箱梁底板8的距离，且上斜板2与下斜板3之间的夹角范围在75°到85°之间，即可大体上达到如图5所显示的效果。
试验结论：根据矩形钢箱梁桥梁的主梁节段模型的涡振试验结果，在钢箱梁6的外侧设置风嘴结构可以有效降低涡激振动的竖向位移，抑制涡激振动响应的发生。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，包括风嘴壳体单元；所述风嘴壳体单元包括依次连接的壳体顶板、上斜板和下斜板；所述壳体顶板、所述上斜板、所述下斜板与所述矩形钢箱梁桥梁上的钢箱梁底板、钢箱梁腹板和钢箱梁顶板围合成横截面为多边形的空腔结构；所述壳体顶板与所述上斜板之间的夹角和所述下斜板与所述钢箱梁底板之间的夹角均为钝角；所述上斜板和所述下斜板之间的夹角的顶点距所述钢箱梁顶板的距离大于距所述钢箱梁底板的距离；所述上斜板和所述下斜板之间的夹角为75°到85°。
2.如权利要求1所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述上斜板的宽度为300cm到400cm；所述下斜板的宽度为300cm到400cm。
3.如权利要求1所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述壳体顶板的宽度为76cm；所述上斜板和所述下斜板之间的夹角为80°，且该夹角的顶点距离所述钢箱梁顶板279cm，距离所述钢箱梁底板168cm。
4.如权利要求1所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述多边形为五边形；所述壳体顶板与所述钢箱梁顶板位于同一直线上共同构成所述五边形的一条边。
5.如权利要求1所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述风嘴壳体单元还包括第一横隔板；所述第一横隔板设置在所述空腔结构中；所述第一横隔板与所述多边形的边均连接。
6.如权利要求5所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述第一横隔板与所述多边形的边垂直连接。
7.如权利要求5所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述多边形为五边形；所述壳体顶板与所述钢箱梁顶板位于同一直线上共同构成所述五边形的一条边；所述第一横隔板上设置有四边形空洞；所述四边形空洞的边对应地与除所述钢箱梁底板形成的边外的所述五边形的边平行，且距离为40cm到70cm。
8.如权利要求5所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述风嘴壳体单元还包括垂直且顺桥向设置在所述多边形的边的内侧的肋板；所述第一横隔板上设置有空隙；所述肋板垂直穿过所述空隙。
9.如权利要求1到8任一项所述的用于矩形钢箱梁桥梁涡振控制的风嘴结构，其特征在于，所述风嘴壳体单元的数量为2n个，n≥1，且沿桥梁方向通长对称分置在所述矩形钢箱梁桥梁的两侧，即每侧设置n个所述风嘴壳体单元。
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