CN111910504A - 一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置 - Google Patents

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黄朝俊
徐立新
王金光
姚汝林
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China Merchants Marine Equipment Research Institute Co ltd
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China Merchants Deep Sea Equipment Research Institute Sanya Co ltd
China Merchants Marine Equipment Research Institute Co ltd
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
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Abstract

本发明公开了一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：包括多个由防护栏杆、格栅组成的抑制组件，所述防护栏杆纵向设置于桥面主梁上，所述防护栏杆底部横向设置增高格栅，上部横向设置格栅，所述格栅与增高格栅两端的中央与防护栏杆活动连接，并能绕此连接处翻转打开；本实用从源头上抑制了涡振的形成，格栅在危险风速下可以全部打开，降低风阻系数，从而避免主梁受到过大的风拽荷载，智能格栅能够根据风速的情况，针对性的调整格栅打开的高度，从而更好的抑制整桥涡流的产生，是智能控制系统的重要组成部分。

Description

一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置
技术领域
本发明涉及一种抑制装置，特别涉及一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置。
背景技术
2020年5月初广州虎门大桥涡激风振促使桥面明显上下振动，引起了社会各界的广泛关注。桥梁主梁的涡激振动属于环境激振，其机理为：当风吹过主梁时，被主梁分成两侧尾流，尾流中将产生周期性的漩涡，两侧尾流中的漩涡交替脱落，从而使主梁表面的风压产生周期性的变化及其对应的周期性变化的力。当这个周期性变化的力（涡激载荷）会使主梁发生周期性的受迫振动。当涡激荷载的周期与主梁的某阶模态振动频率接近时，主梁就会发生共振，从而出现肉眼可见的振动，我们称之为涡激振动。大跨桥梁因其主梁结构本身刚度较低、自重较轻和阻尼小等特点，在无涡激抑制机制的情况下，较低的风速就可激发涡激振动。涡激荷载因其的主梁共振有最大振幅的限制，当振幅超过这个振幅时，其荷载会下降使得振幅减小到平衡的最大振幅，称之为自限振幅。虽然涡激振动不会像其他驰振、颤振那样由于二阶效应从而带来很大的风荷载使结构产生强度性的破坏，但长时间的自限振幅的涡激共振会造成很大的疲劳损伤，并且严重影响桥梁通行。
按照公路桥梁抗风设计规范JTG/T3360-01-2018要求,钢梁桥主跨跨径L小于100m时或是实腹梁桥跨径小于200m时，可以根据规范给定的公式来估算涡激共振；当桥梁跨度大于以上规定长度，则需要进行符合规范设计的模型试验或者模型风动试验。按照加速度幅值作为竖弯振动的评判依据不太适合大跨桥梁，允许幅值过大；按华南大学陈政清教授建议，幅值允许值应结合行人驾驶员行车舒适度、结构疲劳以及桥上行车视距等因素。对三个和三个以上半波的高阶模态涡激共振，允许幅值应限制在0.35m以下。由此看来，虎门大桥的涡激振幅是超过允许值，必须通过改变基本气动外形、附加气动措施或者阻尼措施予以改善。
对既有桥梁主梁的气动措施一般包括抑流板、导流板、气动格栅等，这些措施可以有效抑制桥梁的涡激共振。但是，气动格栅一般是作为分体式梁桥面结构；而抑流板和导流板因其抑制效果对特定风速最有效，可能在风速发生变化时效率降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置。
本发明采用的技术方案是：
一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：包括多个由防护栏杆、格栅组成的抑制组件，所述防护栏杆纵向设置于桥面主梁上，所述防护栏杆底部横向设置增高格栅，上部横向设置格栅，所述格栅与增高格栅两端的中央与防护栏杆活动连接，并能绕此连接处翻转打开。
所述格栅与增高格栅在防护栏杆成闭合状态时，格栅与增高格栅形成板型。
所述多个由防护栏杆、格栅组成的抑制组件在桥面主梁上高低起伏设置，在格栅与增高格栅闭合状态时，高度呈周期性变化。
所述格栅、增高格栅在与防护栏杆连接处设有开闭控制机构。
所述由防护栏杆、格栅组成的抑制组件设于桥面的车道间隔处与两侧，同一横切面位置的抑制组件高度不同。
本发明的优点：格栅式（窗帘式）防护栏，直接取代当前桥梁上常用的防护栏，底部设置为钢结构或者混凝土结构，上部为分段的可开闭的格栅，加装螺旋侧板后投影直径沿轴向长度范围是周期性变动，那么涡流的频率也就同样变动，不能形成稳定的整体涡流来激发整桥的涡振，从源头上抑制了涡振的形成，格栅在危险风速下可以全部打开，降低风阻系数，从而避免主梁受到过大的风拽荷载，智能格栅能够根据风速的情况，针对性的调整格栅打开的高度，从而更好的抑制整桥涡流的产生，是智能控制系统的重要组成部分。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细叙述。
图1为本发明一组抑制组件格栅与增高格栅闭合的侧视图；
图2为本发明一组抑制组件格栅与增高格栅打开的侧视图；
图3为本发明一组抑制组件格栅与增高格栅打开的示意图；
图4为本发明一组抑制组件格栅与增高格栅闭合的示意图；
图5为本发明一段抑制组件格栅与增高格栅闭合的示意图；
图6为本发明一段抑制组件格栅与增高格栅打开的示意图；
图7为本发明安装于桥面的侧视图；
图8为本发明安装于桥面的示意图。
其中：1、防护栏杆；2、格栅；3、增高格栅；4、桥面主梁；5、开闭控制机构；6、抑制组件；7、桥面。
具体实施方式
如图1-8所示，一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，包括多个由防护栏杆1、格栅组成的抑制组件6，防护栏杆1纵向设置于桥面主梁4上，防护栏杆为钢制或者工程塑料，防护栏杆1底部横向设置增高格栅3，上部横向设置格栅2，格栅2与增高格栅3两端的中央与防护栏杆1活动连接，并能绕此连接处翻转打开。
格栅2与增高格栅3在防护栏杆1成闭合状态时，格栅2与增高格栅形3成板型。
多个由防护栏杆1、格栅组成的抑制组件6在桥面主梁4上高低起伏设置，在格栅2与增高格栅3闭合状态时，高度呈周期性变化。
格栅2、增高格栅3在与防护栏杆1连接处设有开闭控制机构5，格栅2、增高格栅3打开和关闭的控制装置，可以是机械式或智能远程控制式。
由防护栏杆1、格栅组成的抑制组件6设于桥面7的车道间隔处与两侧，同一横切面位置的抑制组件6高度不同。
表1 涡激振动抑制的格栅式桥梁防护栏尺寸设计参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
当桥梁所处地风速低于某设计值时，整个格栅式桥梁防护栏的工作状态如图1、4、5所示。各段空气流（风）经过不同高度的防护栏后所产生的尾流的频率各不相同，不能形成整体统一的涡流，因此不足以引起整个桥面主梁的涡激共振。故此，此格栅式桥梁防护栏可以从源头上抑制可激起整桥共振的涡流产生。
当桥梁所处地风速高于某设计值时，整个格栅式桥梁防护栏的工作状态如图2、3、6所示。格栅全打开，各段空气流可以顺利通过防护栏，减小了风拽系数，从而减少了对结构的侧向风拽力，降低了结构强度破坏及其他类型风振的风险。对于这种风速所产生的的涡流，其频率通常很高，由于桥梁的高阶自振频率阻尼较大，一般很难激振，所以此类高风速下，桥梁涡激共振不是主要的风险因素。
本发明格栅式（窗帘式）防护栏，直接取代当前桥梁上常用的防护栏，底部设置为钢结构或者混凝土结构，上部为分段的可开闭的格栅，加装螺旋侧板后投影直径沿轴向长度范围是周期性变动，那么涡流的频率也就同样变动，不能形成稳定的整体涡流来激发整桥的涡振，从源头上抑制了涡振的形成，格栅在危险风速下可以全部打开，降低风阻系数，从而避免主梁受到过大的风拽荷载，智能格栅能够根据风速的情况，针对性的调整格栅打开的高度，从而更好的抑制整桥涡流的产生，是智能控制系统的重要组成部分。

Claims (5)

1.一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：包括多个由防护栏杆、格栅组成的抑制组件，所述防护栏杆纵向设置于桥面主梁上，所述防护栏杆底部横向设置增高格栅，上部横向设置格栅，所述格栅与增高格栅两端的中央与防护栏杆活动连接，并能绕此连接处翻转打开。
2.根据权利要求1所述的一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：所述格栅与增高格栅在防护栏杆成闭合状态时，格栅与增高格栅形成板型。
3.根据权利要求1所述的一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：所述多个由防护栏杆、格栅组成的抑制组件在桥面主梁上高低起伏设置，在格栅与增高格栅闭合状态时，高度呈周期性变化。
4.根据权利要求1所述的一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：所述格栅、增高格栅在与防护栏杆连接处设有开闭控制机构。
5.根据权利要求1所述的一种替代防护栏的新型桥梁涡激振动抑制装置，其特征在于：所述由防护栏杆、格栅组成的抑制组件设于桥面的车道间隔处与两侧，同一横切面位置的抑制组件高度不同。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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