CN113089460A - 一种大跨度桥梁用导风抑振系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及大跨度桥梁用导风抑振系统，包括主梁、导风装置和反馈装置，导风装置设置于靠近主梁两侧端的上表面和下表面，导风装置包括导风板和驱动导风板转动的驱动机构，导风板与主梁铰接，反馈装置包括处理器、多个振动传感器和风速检测仪，振动传感器和风速检测仪均与处理器电连接，多个振动传感器分散设置于主梁上，驱动装置与处理器电连接。本方案与现有的通过设置固定气动附件来单一地、独立地改变主梁承受的风载不同，本方案通过对主梁的振动模态的模拟结果适时改变主梁的气动外形，是一种具有反馈和主动调整的动态控制系统，具有快速、有效抑制涡振和广泛的适应性。

Description

一种大跨度桥梁用导风抑振系统
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及大跨度桥梁用导风抑振系统。
背景技术
由于新材料、新技术等在桥梁工程领域的应用，桥梁结构正在朝着大跨、轻柔的方向发展，使得结构刚度不断下降，对于风的作用更加敏感，更易发生涡振。随着国内几座大跨桥梁发生明显甚至非常严重的涡振，严重威胁行车安全，造成交通封闭，一时成为关注的焦点，有效的抑振措施必不可少。传统刚性气动措施具有一定局限性，其通常是针对特定风振现象；难以普适所有断面类型且对超宽、超大跨度桥梁的抗风性能提高有限，难以达到高抗风指标的要求。
现有技术多是通过在桥梁两侧固定设置可随风力改变形态的桥梁附件来降低漩涡脱落的产生，但是上述方法均属于被动适应，且改变形式单一，只是单一独立地改变局部气流，与整个桥梁振动状态的变化没有动态联系，再者，由于气流对桥梁的扰袭是千变万化的，其风速和风向是不定的，在特定风向和特定风速下，固定增加的附件可能反而会使桥梁涡振现象加强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨度桥梁用导风抑振系统，以实现有效降低桥梁涡振发生。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：
一种大跨度桥梁用导风抑振系统，包括主梁、导风装置和反馈装置，所述导风装置设置于靠近主梁侧端的上表面和下表面，所述导风装置包括导风板和驱动所述导风板转动的驱动机构，所述导风板与主梁铰接，所述反馈装置包括处理器、多个振动传感器和风速检测仪，所述振动传感器和所述风速检测仪均与所述处理器电连接，所述多个振动传感器分散设置于主梁上，所述驱动装置与所述处理器电连接。
本方案一种大跨度桥梁用导风抑振系统的原理在于：
将主梁结构数据输入处理器的数据库，处理器通过多点检测的振动数据和主梁结构数据生成主梁振动模态，再根据主梁振动模态和涡振原理确定密集涡量形成区域，再结合风速检测仪提供的风速和风向数据，有针对性的控制驱动装置调整导风板的打开角度，形成新的桥梁端面形状进而改变经过桥面和桥底的风流状态，进而改变涡旋脱落位置防止同一位置的持续涡旋脱落产生的脱落力引起的桥梁激振，处理器间隔固定的时间做一次振动模拟，根据不同的模拟结果再次调整导风板的打开状态。
本方案的有益效果在于：
与现有的通过设置固定气动附件来单一地、独立地改变主梁承受的风载不同，本方案通过主梁振动模态的结果适时改变主梁的气动外形，是一种具有反馈和主动调整的动态控制系统，具有快速、有效抑制涡振和广泛的适应性。
进一步，所述驱动机构包括步进电机，所述步进电机外接电源，步进电机与所述处理器电连接，所述步进电机与所述主梁铰接，所述步进电机上设置丝杆螺母机构，所述丝杆螺母机构的丝杆与所述步进电机的输出轴同轴固定连接，所述丝杆螺母机构的螺母与所述导风板铰接。
进一步，所述导风装置有多个且沿主梁侧边沿连续分布。
可以实现各导风板间连续打开或分散打开不同的角度，避免形成新的持续涡脱。
进一步，所述导风板设置为格栅板，格栅内密封连接弹性挡条，所述弹性挡条上设有裂口。
无风或风力较小时裂口处于闭合状态，风力增大时，裂口随风力的不同张开大小不同的开口，可以消耗部分风能，降低风流流过桥面的速度，而又不至于大幅增大主梁所受风载。
进一步，主梁下方的所述导风板与所述主梁的铰接处位于导风板远离主梁侧边的边沿，所述导风板与主梁铰接的边沿设有开槽，所述主梁底部设有一端开口的箱体，所述箱体的开口端设有柔性遮风布，所述柔性遮风布的一端与所述开槽密封连接，柔性遮风布的另一端与所述箱体的开口端密封连接，所述箱体的底部设有出风口。
出风口向下设置使导风板将风流集聚后通过开槽将风流导流至箱体里，再由箱体的出风口快速向下方快速喷出以破坏主梁底部涡旋的形成。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图。
图2为本发明实施例二中导风板的结构示意图。
图3为本发明实施例二中导风板的结构细节图
图4为本发明实施例三的结构示意图。
图5为本发明实施例三的细节图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：主梁10、导风板201、开槽2011、栅格条2012、弹性挡条2013、裂口2014、步进电机202、螺母2031、丝杆2032、箱体30、出风口301、开口端3011、柔性遮风布40。
一种大跨度桥梁用导风抑振系统，如图1所示，包括主梁10、导风装置和反馈装置，导风装置设置于靠近主梁10两侧端的上表面和下表面，导风装置包括导风板201和步进电机202，导风板201通过铰链与主梁10铰接，步进电机202外接有电源，步进电机202的底部固定连接铰座，铰座与主梁10铰接，步进电机202上设置有丝杆螺母机构，丝杆螺母机构的丝杆2032与步进电机202的输出轴同轴固定连接，丝杆螺母机构的螺母2031与导风板201的侧边铰接，步进电机202的铰座与主梁10铰接的铰接轴、螺母2031与导风板201铰接的铰接轴和导风板201与主梁10铰接的铰接轴三者轴线平行，导风装置有多个且沿主梁10侧边沿连续分布。
反馈装置包括处理器、多个振动传感器和风速检测仪，多个振动传感器分散设置于主梁10上，风速检测仪设置于主梁上表面，步进电机202、振动传感器和风速检测仪三者均与处理器电连接。
本实施例的工作原理和有益效果为：
将主梁10的结构数据输入处理器数据库，处理器通过多点检测到的振动数据和主梁10结构数据生成主梁10振动模态，再根据主梁10的振动模态和涡振原理确定密集涡量形成区域，再结合风速检测仪提供的风速和风向数据，有针对性的控制驱动装置调整导风板201的打开角度，形成新的桥梁端面形状进而改变经过桥面和桥底的风流，改变涡旋脱落位置防止同一位置的持续涡旋脱落产生的脱落力引起的桥梁激振，处理器间隔固定的时间对主梁10做一次振动模拟，然后根据不同的模拟结果再次调整导风板201的打开状态。
与现有的通过设置固定气动附件来单一地、独立地改变主梁10承受的风载不同，本方案通过对主梁10的振动模态的结果适时改变主梁10的气动外形，是一种具有反馈和主动调整的动态控制系统，具有快速、有效抑制涡振和适用于各种桥梁安装使用。
实施例二，如图2、图3所示，与实施例一不同之处在于：导风板201设置为由若干相互相交的栅格条2012形成的格栅板，格栅内密封连接由弹性橡胶制成的弹性挡条2013，弹性挡条2013上设有多个裂口2014。
当无风时裂口2014处于闭合状态，有风时，裂口2014随风力的大小不同而张开大小不同开口，这样裂口就可以消耗部分风能，降低风流流过桥面的速度，而又不至于大幅增大主梁10所受风载。
实施例三，如图4、图5所示，与实施例一不同之处在于：位于主梁10下方的导风板201与主梁10的铰接处位于导风板201远离主梁10侧边的边沿，导风板201与主梁10铰接的边沿设有开槽2011，主梁10的底部靠近导风板201的开槽处设有一端开口的箱体30，箱体30的开口端3011设有柔性遮风布40，柔性遮风布40的一端与开槽2011密封连接，柔性遮风布40的另一端与箱体30的开口端3011密封连接进而将开槽2011与箱体30的开口端3011连通，箱体30的底部设有出风口301。
导风板201将主梁10底部的风流集聚后通过开槽2011将风流导流至箱体30里，然后再经出风口301向下方快速喷出以破坏主梁底部涡旋的形成，减少涡脱产生进而降低桥梁涡振。
以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (5)

1.一种大跨度桥梁用导风抑振系统，包括主梁、导风装置和反馈装置，其特征在于：所述导风装置设置于靠近主梁两侧端的上表面和下表面，所述导风装置包括导风板和驱动所述导风板转动的驱动机构，所述导风板与主梁铰接，所述反馈装置包括处理器、多个振动传感器和风速检测仪，所述振动传感器和所述风速检测仪均与所述处理器电连接，所述多个振动传感器分散设置于主梁上，所述驱动装置与所述处理器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种大跨度桥梁用导风抑振系统，其特征在于：所述驱动机构包括步进电机，所述步进电机外接电源，步进电机与所述处理器电连接，步进电机与所述主梁铰接，步进电机上设置丝杆螺母机构，所述丝杆螺母机构的丝杆与所述步进电机的输出轴同轴固定连接，所述丝杆螺母机构的螺母与所述导风板铰接。
3.根据权利要求1所述的一种大跨度桥梁用导风抑振系统，其特征在于：所述导风装置有多个且沿主梁侧边沿连续分布。
4.根据权利要求2所述的一种大跨度桥梁用导风抑振系统，其特征在于：所述导风板设置为格栅板，格栅内密封连接弹性挡条，所述弹性挡条上设有裂口。
5.根据权利要求2所述的一种大跨度桥梁用导风抑振系统，其特征在于：主梁下方的所述导风板与主梁的铰接处位于导风板远离主梁侧边的边沿，所述导风板与主梁铰接的边沿设有开槽，所述主梁底部设有一端开口的箱体，所述箱体的开口端设有柔性遮风布，所述柔性遮风布一端与所述开槽密封连接，柔性遮风布的另一端与所述箱体的开口端密封连接，所述箱体的底部设有出风口。
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