CN111735502B - 一种基于风场监测的涡振变流防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于风场监测的涡振变流防护装置，包括安装于桥梁内侧的若干台风场监测装置和安装于桥梁外侧的若干个防风变形挡板，风场监测装置和防风变形挡板均与管理员电脑数据终端相连，风场监测装置与云端数据库相连；所述风场监测装置包括风速检测仪、风向检测仪、水平测量传感器、第一信号传输装置和第一支撑架；所述防风变形挡板包括伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B、智能旋转轴、第二信号传输装置和第二支撑架；通过本发明，可以有效避免涡振现象发生时造成大量人员伤亡，同时为涡振的分析研究提供了大量有用的数据。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于风场监测的涡振变流防护装置，属于自然灾害应急管理技术领域。
背景技术
2020年5月5日，虎门大桥发生明显竖向弯曲振动现象，据专家分析是发生了涡振现象，虽然此次事件并为对虎门大桥的结构安全造成大的影响，也没有人员伤亡，但是参考塔科马大桥曾经因为涡振导致坍塌的事件，且目前专家并为找到涡振现象发生的具体原因，这说明涡振现象依然是一种隐患很大的自然灾害，目前尚未有精确预测涡振的仪器，面对不知何时会发生的涡振现象，我们需要一种可以应对各种涡振现象进行调节预防的桥梁防护装置。
发明内容
本发明的目的就是针对上述问题，提供一种基于风场监测的涡振变流防护装置。
本发明的目的是这样实现的，一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其主要特征是，包括安装于桥梁内侧的若干台风场监测装置和安装于桥梁外侧的若干个防风变形挡板，风场监测装置和防风变形挡板均与管理员电脑数据终端相连，风场监测装置与云端数据库相连；
所述风场监测装置包括风速检测仪、风向检测仪、水平测量传感器、第一信号传输装置和第一支撑架；所述风向检测仪、第一信号传输装置、风速检测仪设置于第一支撑架的上部，水平测量传感器设置于第一支撑架的底部；
所述防风变形挡板包括伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B、智能旋转轴、第二信号传输装置和第二支撑架；所述智能旋转轴设置于第二支撑架上，伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B连接于智能旋转轴上，可通过调节伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B的夹角来调整对风场的影响；第二信号传输装置设置于第二支撑架上；
使用时，正常状态下，风场监测装置24小时处于开启状态，风速检测仪、风向检测仪、水平测量传感器和第一信号传输装置安装于第一支撑架上，第一支撑架被均匀设于桥梁内侧两侧，风速检测仪、风向检测仪实时监测桥周围的风场数据及其变化并将数据通过第一信号传输装置传至第二信号传输装置、管理员电脑数据终端和云端数据库，水平测量传感器实时监测桥面的倾斜程度；防风变形挡板通过第二支撑架被均匀安装于桥梁外侧两侧，伸缩变形钢板A和伸缩变形钢板B均处于收缩状态，智能旋转轴将两板夹角调为180度，第二信号传输装置实时接收风场监测装置的数据信息；
第一次发生涡振现象时，水平测量传感器将首先检测到桥面摇晃，第一信号传输装置将风速检测仪、风向检测仪监测到的数据实时传输至第二信号传输装置，管理员电脑数据终端和云端数据库并向管理员电脑数据终端发出警报，第二信号传输装置接收到信息后，智能旋转轴和伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B开始调整，伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B调整伸缩程度来改变挡风面积，智能旋转轴调整伸缩变形钢板A和伸缩变形钢板B的夹角，通过防风变形挡板来引流从而改变桥梁周围的风场状态；当水平测量传感器检测到桥梁趋于水平时，防风变形挡板停止变形直至风场监测装置检测到风场恢复到正常状态时，防风变形挡板恢复至初始状态。
所述风速检测仪、风向检测仪可实时监测桥梁各部分周围的风场情况并将数据实时传送至管理员电脑数据终端和云端数据库。
所述水平测量传感器可实时监测桥面的状况，若桥面发生倾斜，水平测量传感器会向管理员电脑数据终端发出警告。
所述伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B均使用曲面钢板为基础结构，该设计能引导并改变桥周围风的流向；伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B为可伸缩结构，可伸缩结构可以通过改变挡板面积来调整对风场的影响效果。
所述智能旋转轴连接伸缩变形钢板A和伸缩变形钢板B，可通过调节伸缩变形钢板A和伸缩变形钢板B的夹角来调整对风场的影响效果。
所述风场监测装置具有记忆储存功能，当第一次涡振现象发生时，涡振前后的风向、风速及其变化数据会被标记、储存并上传至云端数据库，涡振发生以后，当风场监测装置再次检测到与上次涡振事故发生时相似的风向、风速及其变化等数据时，防风变形挡板会提前进行调整来预防涡振现象。
涡振发生后，涡振期间风场数据和防风变形挡板调整的面积、角度数据会储存至管理员电脑数据终端和云端数据库，作为下一次涡振的预测数据，若下一次风场监测装置检测到相似风场状态，则防风变形挡板可提前调整形态预防发生涡振，若之后发生其他风场状态引发的涡振现象，防风变形挡板亦可通过自动调整形态来影响风场从而达到预防涡振的目的。
本发明结构合理，通过本发明，提供的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，包括风场监测系统和防风变形挡板，风场监测系统和防风变形挡板均与管理员电脑数据终端相连，风场监测装置与云端数据库相连；所述风场监测装置包括风速检测仪、风向检测仪、水平测量传感器、第一信号传输装置和第一支撑架；所述防风变形挡板包括伸缩变形钢板A、伸缩变形钢板B、智能旋转轴、第二信号传输装置和第二支撑架。
相对现有技术，本发明的积极效果为：
1、风场监测装置的记忆功能可以逐渐分析出最容易使所测桥梁结构发生涡振现象的风场数据，可以有效避免涡振现象发生时造成大量人员伤亡，同时为涡振的分析研究提供了大量有用的数据。
2、可伸缩式的变形钢板和智能旋转轴可智能地调节不同的形态来对周围风场的状态进行干扰，从而防止桥梁因受到特殊风场的影响产生涡振现象，发明新颖，智能化程度高。
3、所有数据实时分析处理上传可帮助管理者迅速准确地作出应急措施的安排，亦可较好地为学者们提供第一手研究资料。
4、本发明系统设计新颖、实用性强、安全度高、时效性好、社会效益高，进一步，防止发生涡振导致的严重事故时造成大量人员伤亡。
附图说明
图1为风场监测装置结构示意图；
图2为防风变形挡板初始状态示意图；
图3为防风变形挡板工作状态示意图；
图中：1风速检测仪、2风向检测仪、3水平测量传感器、4第一信号传输装置、5第一支撑架、6伸缩变形钢板A、7伸缩变形钢板B、8智能旋转轴、9第二信号传输装置、10第二支撑架。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其主要特征是，包括安装于桥梁内侧的若干台风场监测装置和安装于桥梁外侧的若干个防风变形挡板，风场监测装置和防风变形挡板均与管理员电脑数据终端相连，风场监测装置与云端数据库相连；
所述风场监测装置包括风速检测仪1、风向检测仪2、水平测量传感器3、第一信号传输装置4和第一支撑架5；风向检测仪2、第一信号传输装置4、风速检测仪1设置于第一支撑架5的上部，水平测量传感器3设置于第一支撑架5的底部；防风变形挡板包括伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7、智能旋转轴8、第二信号传输装置9和第二支撑架10；所述智能旋转轴8设置于第二支撑架10上，伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7连接于智能旋转轴8上，可通过调节伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7的夹角来调整对风场的影响；第二信号传输装置9设置于第二支撑架10上。
使用时，正常状态下，风场监测装置24小时处于开启状态，风速检测仪1、风向检测仪2、水平测量传感器3和第一信号传输装置4安装于第一支撑架5上，第一支撑架5被均匀设于桥梁内侧两侧，风速检测仪1、风向检测仪2实时监测桥周围的风场数据及其变化并将数据通过第一信号传输装置4传至第二信号传输装置9、管理员电脑数据终端和云端数据库，水平测量传感器3实时监测桥面的倾斜程度；防风变形挡板通过第二支撑架10被均匀安装于桥梁外侧两侧，伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7均处于收缩状态，智能旋转轴8将两板夹角调为180度，第二信号传输装置9实时接收风场监测装置的数据信息。
第一次发生涡振现象时，水平测量传感器3将首先检测到桥面摇晃，第一信号传输装置4将风速检测仪1、风向检测仪2监测到的数据实时传输至第二信号传输装置9，管理员电脑数据终端和云端数据库并向管理员电脑数据终端发出警报，第二信号传输装置9接收到信息后，智能旋转轴8和伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7开始调整，伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7调整伸缩程度来改变挡风面积，智能旋转轴8调整伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7的夹角，通过防风变形挡板来引流从而改变桥梁周围的风场状态；当水平测量传感器3检测到桥梁趋于水平时，防风变形挡板停止变形直至风场监测装置检测到风场恢复到正常状态时，防风变形挡板恢复至初始状态。
进一步的，风速检测仪1、风向检测仪2可实时监测桥梁各部分周围的风场情况并将数据实时传送至管理员电脑数据终端和云端数据库。水平测量传感器3可实时监测桥面的状况，若桥面发生倾斜，水平测量传感器3会向管理员电脑数据终端发出警告。伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7均使用曲面钢板为基础结构，该设计能引导并改变桥周围风的流向；伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7为可伸缩结构，可伸缩结构可以通过改变挡板面积来调整对风场的影响效果。智能旋转轴8连接伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7，可通过调节伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7的夹角来调整对风场的影响效果。风场监测装置具有记忆储存功能，当第一次涡振现象发生时，涡振前后的风向、风速及其变化数据会被标记、储存并上传至云端数据库，涡振发生以后，当风场监测装置再次检测到与上次涡振事故发生时相似的风向、风速及其变化等数据时，防风变形挡板会提前进行调整来预防涡振现象。
如图1、2、3所示，一种基于风场监测的涡振变流防护装置，包括风场监测系统和防风变形挡板，风场监测装置包括风速检测仪1、风向检测仪2、水平测量传感器3、第一信号传输装置4和第一支撑架15；防风变形挡板包括伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7、智能旋转轴8、第二信号传输装置9和第二支撑架10。
风场监测装置的风速检测仪1、风向检测仪2、水平测量传感器3、第一信号传输装置4安装于第一支撑架5上，第一支撑架5设置于桥梁内两侧，防风变形挡板通过第二支撑架10设置于桥梁外两侧。
系统开启后，使用时，正常状态下，风场监测装置24小时处于开启状态，风速检测仪1、风向检测仪2、水平测量传感器3和第一信号传输装置4安装于第一支撑架5上，第一支撑架5被均匀设于桥内两侧，风速检测仪1、风向检测仪2实时监测桥周围的风场数据及其变化并将数据通过第一信号传输装置4传至第二信号传输装置9，管理员电脑数据终端和云端数据库，水平测量传感器3实时监测桥面的倾斜程度。防风变形挡板通过第二支撑架10被均匀设于桥外两侧，伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7均处于收缩状态，智能旋转轴8将两板夹角调为180度，第二信号传输装置9实时接收风场监测装置的数据信息。第一次发生涡振现象时，水平测量传感器3将首先检测到桥面摇晃，第一信号传输装置4将风速检测仪1、风向检测仪2监测到的数据实时传输至第二信号传输装置9，管理员电脑数据终端和云端数据库并向管理员电脑数据终端发出警报，第二信号传输装置9接收到信息后，智能旋转轴8和伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7开始自动调整，伸缩变形钢板A6、伸缩变形钢板B7会自动调整伸缩程度来改变挡风面积，智能旋转轴8会自动调整伸缩变形钢板A6和伸缩变形钢板B7的夹角，通过防风变形挡板来引流从而改变桥梁周围的风场状态。当水平测量传感器3检测到桥梁趋于水平时，防风变形挡板停止变形直至风场监测装置检测到风场恢复到正常状态时，防风变形挡板恢复至初始状态。
涡振发生后，涡振期间风场数据和防风变形挡板调整的面积、角度数据会储存至管理员电脑数据终端和云端数据库，作为下一次涡振的预测数据，若下一次风场监测装置检测到相似风场状态，则防风变形挡板可提前调整形态预防发生涡振，若之后发生其他风场状态引发的涡振现象，防风变形挡板亦可通过自动调整形态来影响风场从而达到预防涡振的目的。
Claims (7)
1.一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，包括安装于桥梁内侧的若干台风场监测装置和安装于桥梁外侧的若干个防风变形挡板，风场监测装置和防风变形挡板均与管理员电脑数据终端相连，风场监测装置与云端数据库相连；
所述风场监测装置包括风速检测仪（1）、风向检测仪（2）、水平测量传感器（3）、第一信号传输装置（4）和第一支撑架（5）；所述风向检测仪（2）、第一信号传输装置（4）、风速检测仪（1）设置于第一支撑架（5）的上部，水平测量传感器（3）设置于第一支撑架（5）的底部；
所述防风变形挡板包括伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）、智能旋转轴（8）、第二信号传输装置（9）和第二支撑架（10）；所述智能旋转轴（8）设置于第二支撑架（10）上，伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）连接于智能旋转轴（8）上，可通过调节伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）的夹角来调整对风场的影响；第二信号传输装置（9）设置于第二支撑架（10）上；
使用时，正常状态下，风场监测装置24小时处于开启状态，风速检测仪（1）、风向检测仪（2）、水平测量传感器（3）和第一信号传输装置（4）安装于第一支撑架（5）上，第一支撑架（5）被均匀设于桥梁内侧两侧，风速检测仪（1）、风向检测仪（2）实时监测桥周围的风场数据及其变化并将数据通过第一信号传输装置（4）传至第二信号传输装置（9）、管理员电脑数据终端和云端数据库，水平测量传感器（3）实时监测桥面的倾斜程度；防风变形挡板通过第二支撑架（10）被均匀安装于桥梁外侧两侧，伸缩变形钢板A（6）和伸缩变形钢板B（7）均处于收缩状态，智能旋转轴（8）将两板夹角调为180度，第二信号传输装置（9）实时接收风场监测装置的数据信息；
第一次发生涡振现象时，水平测量传感器（3）将首先检测到桥面摇晃，第一信号传输装置（4）将风速检测仪（1）、风向检测仪（2）监测到的数据实时传输至第二信号传输装置（9），管理员电脑数据终端和云端数据库并向管理员电脑数据终端发出警报，第二信号传输装置（9）接收到信息后，智能旋转轴（8）和伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）开始调整，伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）调整伸缩程度来改变挡风面积，智能旋转轴（8）调整伸缩变形钢板A（6）和伸缩变形钢板B（7）的夹角，通过防风变形挡板来引流从而改变桥梁周围的风场状态；当水平测量传感器（3）检测到桥梁趋于水平时，防风变形挡板停止变形直至风场监测装置检测到风场恢复到正常状态时，防风变形挡板恢复至初始状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，所述风速检测仪（1）、风向检测仪（2）可实时监测桥梁各部分周围的风场情况并将数据实时传送至管理员电脑数据终端和云端数据库。
3.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，所述水平测量传感器（3）可实时监测桥面的状况，若桥面发生倾斜，水平测量传感器（3）会向管理员电脑数据终端发出警告。
4.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，所述伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）均使用曲面钢板为基础结构，该设计能引导并改变桥周围风的流向；伸缩变形钢板A（6）、伸缩变形钢板B（7）为可伸缩结构，可伸缩结构通过改变挡板面积来调整对风场的影响效果。
5.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，所述智能旋转轴（8）连接伸缩变形钢板A（6）和伸缩变形钢板B（7），可通过调节伸缩变形钢板A（6）和伸缩变形钢板B（7）的夹角来调整对风场的影响效果。
6.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，所述风场监测装置具有记忆储存功能，当第一次涡振现象发生时，涡振前后的风向、风速及其变化数据会被标记、储存并上传至云端数据库，涡振发生以后，当风场监测装置再次检测到与上次涡振事故发生时相似的风向、风速及其变化数据时，防风变形挡板会提前进行调整来预防涡振现象。
7.根据权利要求1所述的一种基于风场监测的涡振变流防护装置，其特征是，涡振发生后，涡振期间风场数据和防风变形挡板调整的面积、角度数据会储存至管理员电脑数据终端和云端数据库，作为下一次涡振的预测数据，若下一次风场监测装置检测到相似风场状态，则防风变形挡板可提前调整形态预防发生涡振，若之后发生其他风场状态引发的涡振现象，防风变形挡板亦可通过自动调整形态来影响风场从而达到预防涡振的目的。
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