CN113235386B - 一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置及方法，该装置位移传感器与信号处理器连接；固定框架中横板两端垂直固定在侧板内侧，转轴转动均布在横板中，每两个相邻的横板之间在每个转轴上安装有挡条，固定框架活动安装在桥梁内侧，外侧连接有导轨；信号处理器与驱动电机、步进电机连接，驱动电机位于导轨下方，驱动电机输出端转动连接在导轨下端面，步进电机输出端与每个转轴末端转动连接。该方法中信号处理器判断桥梁发生涡振后，控制驱动电机，驱动电机带动导轨运动，使固定框架从桥梁的内侧推出，信号处理器判断涡振是否得到抑制，若没有步进电机带动挡条转动，直到桥梁的涡振得到抑制。

Description

一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置及方法

技术领域

本发明属于桥梁抗风技术领域，具体为一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置及方法。

技术背景

为了追求更大的跨径，桥梁的断面往往被设计成中央开槽的形式，这种断面形式的桥梁具有很好的颤振稳定性。研究表明在桥梁断面中间开槽能够很有效地提高桥梁的颤振临界风速，但也使得桥梁发生涡振的可能性增大。桥梁的涡振是一种限幅振动，不会直接引起桥梁的失稳破坏，但由于其在一定的风速区间内发生，当较长时间处于该风速区间时，涡振可能会引起构件发生疲劳破坏，最终引起桥梁的垮塌。大幅的涡振会严重影响到桥上行车的舒适性，引起驾驶员的恐慌心理，可能造成严重的交通事故，所以在桥梁发生涡振时，交通部门一般会封闭桥上交通，造成交通拥堵，严重影响人们的日常生活。

为了抑制分离式双箱梁断面桥梁的涡振，设计师采取了各种不同的措施，其中气动控制措施因为控制效果好、施工安装方便成为首选。对于中央开槽的箱梁而言，研究表明在中央开槽处加隔涡板能够很好地抑制涡振，但随着风攻角的变化，能够抑制涡振的隔涡板的最佳透风率也在变化，单一透风率的隔涡板无法完全抑制不同风攻角下桥梁结构的涡振，使桥梁不能在发生涡振的风速下继续通车。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置及方法，解决了分离式双箱梁断面桥梁在实际风场中发生的涡振问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，包括位移传感器、信号处理器、驱动电机、步进电机、挡条、转轴、固定框架和导轨；

所述的位移传感器设置在双箱梁断面桥梁的外表面，信号处理器设置在双箱梁断面桥梁的内侧，位移传感器的输出端与信号处理器的输入端连接；

所述的固定框架包括均竖直设置的侧板和横板，侧板为两个，横板为若干个，每个横板的两端均垂直固定在对应侧板的内侧，若干个转轴沿侧板的长度方向转动设置在所有的横板中且均布在横板中，每两个相邻的横板之间安装有一组挡条，每个挡条对应固定设置在每个转轴上，固定框架活动安装在双箱梁断面桥梁的内侧，侧板的外侧固定连接有导轨，导轨位于双箱梁断面桥梁的内侧；

所述信号处理器的输出端分别与驱动电机的输入端、步进电机的输入端连接，驱动电机位于导轨的下方，驱动电机的输出端转动连接在导轨的下端面，步进电机的输出端与每个转轴的末端转动连接。

优选的，所述的导轨为条状结构，导轨的下端面为齿条，驱动电机的输出轴固定连接有主动链轮，主动链轮与齿条啮合。

优选的，所述双箱梁断面桥梁的内侧设置有支撑架，驱动电机固定在支撑架上。

优选的，所述的挡条为长条状，挡条的两端与对应的横板贴合设置。

进一步，所述挡条的横截面为菱形，挡条的中心处套接在转轴上，相邻两个转轴的轴中心距离等于挡条横截面中长的对角线长度。

优选的，所述步进电机的输出轴固定连接有主动轮，每个转轴的末端固定有从动轮，主动轮和若干个从动轮上套接有链条。

进一步，所述的步进电机安装在双箱梁断面桥梁的箱梁腹板内侧。

进一步，所述步进电机上方位于横板的延伸处固定有支撑链轮，链条套接在支撑链轮上。

一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的方法，基于上述任意一项所述的抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，包括如下步骤：

位移传感器采集分离式双箱梁断面桥梁的位移信息，然后将位移信息传输给信号处理器，信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁发生涡振后，控制驱动电机开始工作；

驱动电机通过带动导轨运动，使固定框架从双箱梁断面桥梁的内侧推出，信号处理器控制驱动电机停止工作；

信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器控制步进电机开始工作，步进电机通过转轴带动挡条转动；

信号处理器继续判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器继续控制步进电机，使挡条转动，直到分离式双箱梁断面桥梁的涡振得到抑制。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，将位移传感器设置在双箱梁断面桥梁的外表面可以采集到桥梁的位移信息，将信号处理器设置在双箱梁断面桥梁的内侧可以通过其与位移传感器的连接而接收到位移传感器的位移信息；将固定框架设置成有若干个横板的结构，可以方便安装转轴，进而在转轴上安装挡条，可以使挡条均匀分布在固定框架中，便于之后形成一定的隔涡结构；在固定框架的外侧固定导轨，导轨位于双箱梁断面桥梁的内侧，可以在其下方安装驱动电机，而驱动电机的输入端与信号处理器的输出端连接，当信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁发生涡振后，方便对驱动电机进行控制，使驱动电机开始工作，驱动电机的输出端转动连接在导轨的下端面，可带动导轨运动，进而使固定框架从双箱梁断面桥梁的内侧推出，此时信号处理器可控制驱动电机停止工作，信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，由于步进电机的输入端也与信号处理器的输出端连接，信号处理器可控制步进电机开始工作，步进电机带动转轴转动，此时挡条也开始旋转一定角度，信号处理器继续判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器继续控制步进电机，使挡条转动，直到分离式双箱梁断面桥梁的涡振得到抑制。本发明主要通过挡条的转动来调节中央开槽的透风率，从而打散上游桥梁产生的大尺度旋涡，达到抑制不同风攻角下双箱梁断面桥梁涡振的目的，不用封闭交通，能够满足不同风攻角下对最佳透风率的要求，且该装置安装方便，费用低廉，不用耗费人工成本。

本发明一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的方法，位移传感器将采集得到的分离式双箱梁断面桥梁的位移信息传输给信号处理器后，信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁发生涡振后，控制驱动电机开始工作，驱动电机通过导轨使固定框架从两个箱梁断面桥梁内部推出至槽内，信号处理器控制驱动电机停止工作，信号处理器判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器可以控制步进电机开始工作，步进电机带动转轴转动，每个挡条开始转动一定角度，信号处理器继续判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器继续控制步进电机，使挡条转动，直到分离式双箱梁断面桥梁的涡振得到抑制，最终完成分离式双箱梁断面桥梁的抑制工作。

附图说明

图1为本发明的隔涡装置在分离式双箱梁断面桥梁中未伸出状态时该装置与所述桥梁的三维结构图；

图2为本发明的隔涡装置在分离式双箱梁断面桥梁中全伸出状态时该装置与所述桥梁的三维结构图；

图3为图2的正视图；

图4为图3中A处的放大示意图。

图5为固定框架与挡条的连接示意图。

图中：位移传感器1、信号处理器2、驱动电机3、步进电机4、挡条5、转轴6、固定框架7、导轨8、链条9、双箱梁断面桥梁10，侧板71，横板72。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

由于分离式双箱梁断面桥梁的槽内产生的大尺度旋涡与下游箱梁腹板的相互作用，使得该桥梁发生涡振现象，为了使该桥梁能够在发生涡振的风速下继续通车以及能够满足不同风攻角下最佳透风率的要求，本发明首先提出一种抑制分离式双箱梁断面桥梁涡振的装置，在使用时，可在实际风场中抑制分离式双箱梁断面桥梁在不同风攻角下产生的涡振，具体包括隔涡装置、反馈装置与调节装置。

如图1、图2和图3所示，隔涡装置包括挡条5、转轴6、固定框架7，反馈装置包括位移传感器1、信号处理器2，调节装置包括驱动电机3，导轨8、步进电机4、链条9。

位移传感器1设置在双箱梁断面桥梁10的外表面，信号处理器2设置在双箱梁断面桥梁10的内侧，位移传感器1的输出端通过数据线与信号处理器2的输入端连接，主要处理位移传感器1传输回来的信号，根据位移数据判断是否发生了涡振，若发生了涡振，则向驱动电机3反馈，驱动电机3通过导轨8将隔涡装置推出至槽内，驱动电机3关闭。位移传感器1主要用于采集桥梁的位移信息，所以可以将其安装在图2所示的外表面，但不仅限于图中的位置，只要能准确采集到位移信息，且便于安装的位置均可。

如图4所示，固定框架7包括均竖直设置的侧板71和横板72，侧板71为两个，横板72为若干个，每个横板72的两端均垂直固定在对应侧板71的内侧，若干个转轴6沿侧板71的长度方向转动设置在所有的横板72中且均布在横板72中，每两个相邻的横板72之间安装有一组挡条5，每个挡条5对应固定设置在每个转轴6上，挡条5为长条状，挡条5的两端与对应的横板72贴合设置，固定框架7活动安装在双箱梁断面桥梁1的内侧。如图5所示，侧板71的外侧焊接有导轨8，导轨8为条状结构，即钢条，导轨8的下端面为齿条，导轨8位于双箱梁断面桥梁1的内侧。

信号处理器2的输出端通过数据线分别与驱动电机3的输入端、步进电机4的输入端连接，驱动电机3位于导轨8的下方，步进电机4安装在双箱梁断面桥梁1的箱梁腹板内侧，驱动电机3的输出端转动连接在导轨8的下端面，步进电机4的输出端与每个转轴6的末端转动连接。

具体地，驱动电机3的输出轴固定连接有主动链轮，主动链轮与齿条啮合。挡条5的横截面为菱形，挡条5的中心处套接在转轴6上，相邻两个转轴6的轴中心距离等于挡条5横截面中长的对角线长度，这样当挡条5转动至水平位置时，可形成很小的缝隙，实现比较容易实现不同风攻角下的最佳透风率。

双箱梁断面桥梁1的内侧一般可设置支撑架，驱动电机3可固定在支撑架上。本发明在步进电机4的输出轴固定连接有主动轮，每个转轴6的末端固定有从动轮，主动轮和若干个从动轮上套接有链条9。

为了提高步进电机4的工作效率，减小阻力，在步进电机4上方位于横板72的延伸处固定支撑链轮，链条9套接在支撑链轮上，这样链条9可以较为轻松地带动转轴6转动。

需要说明的是，每个桥梁的断面尺寸有所不同，所以驱动电机3和导轨8的位置也不是绝对确定的，它们之间的相对位置又是确定的，比如导轨8和隔涡装置焊接，导轨8的位置由隔涡装置确定，驱动电机3安装在导轨8的下方，这样它们的位置也就相对确定了。由于有些现有的结构画在图中会使示意图更加复杂和不太清楚，所以以上的描述没有完全在图中体现，特别是链条9，仅仅是用了一个L型的线段表述，但是不影响方案的清楚程度。

本发明一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的方法，包括如下步骤：

步骤1，传感器1采集分离式双箱梁断面桥梁的位移信息，然后将位移信息传输给信号处理器2，信号处理器2判断分离式双箱梁断面桥梁发生涡振后，控制驱动电机3开始工作；

步骤2，驱动电机3通过带动导轨8运动，使固定框架7从双箱梁断面桥梁1的内侧推出，信号处理器2控制驱动电机3停止工作；

步骤3，信号处理器2判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器2控制步进电机4开始工作，步进电机4通过转轴6带动挡条5转动；

步骤4，信号处理器2继续判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器2继续控制步进电机4，使挡条5转动，直到分离式双箱梁断面桥梁的涡振得到抑制。

具体地，隔涡装置的挡条5的初始位置为竖直状态，此时透风率最大。信号处理器2继续处理传感器1传回的位移数据，若涡振没有得到有效抑制，给步进电机4通电，信号处理器2可对步进电机4进行控制，步进电机4通过链条9使挡条5和转轴6以一定的转速旋转，信号处理器2继续判断涡振是否完全抑制，若否，则步进电机4继续工作，直到涡振被完全抑制，信号处理器2记录桥梁在该风攻角下的最佳透风率，并将其发送给相关单位，便于研究。

当风攻角变化以后，隔涡装置的最佳透风率跟着改变，此时反馈装置中的信号处理器2对步进电机4进行控制，步进电机4继续转动挡条5和转轴6，直到涡振被完全抑制。信号处理器2记录风攻角与最佳透风率，将其发送给相关单位。

Claims (4)

1.一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，其特征在于，包括位移传感器(1)、信号处理器(2)、驱动电机(3)、步进电机(4)、挡条(5)、转轴(6)、固定框架(7)和导轨(8)；

所述的位移传感器(1)设置在双箱梁断面桥梁(10)的外表面，信号处理器(2)设置在双箱梁断面桥梁(10)的底板内侧的中间位置，位移传感器(1)的输出端与信号处理器(2)的输入端连接；

所述的固定框架(7)包括均竖直设置的侧板(71)和横板(72)，侧板(71)为两个，横板(72)为若干个，每个横板(72)的两端均垂直固定在对应侧板(71)的内侧，若干个转轴(6)沿侧板(71)的长度方向转动设置在所有的横板(72)中且均布在横板(72)中，每两个相邻的横板(72)之间安装有一组挡条(5)，每个挡条(5)对应固定设置在每个转轴(6)上，挡条(5)为长条状，挡条(5)的两端与对应的横板(72)贴合设置，挡条(5)的横截面为菱形，挡条(5)的中心处套接在转轴(6)上，相邻两个转轴(6)的轴中心距离等于挡条(5)横截面中长的对角线长度，双箱梁断面桥梁(10)内侧的直腹板上与侧板(71)对应的位置开设有通槽，固定框架(7)通过所述通槽活动安装在双箱梁断面桥梁(10)内部，导轨(8)的一端固定连接侧板(71)的外侧，导轨(8)另一端与双箱梁断面桥梁(10)外侧的斜腹板内壁留有间距；

所述双箱梁断面桥梁(10)的内侧设置有支撑架，驱动电机(3)固定在支撑架上，信号处理器(2)的输出端分别与驱动电机(3)的输入端、步进电机(4)的输入端连接，驱动电机(3)位于导轨(8)的下方，驱动电机(3)的输出端转动连接在导轨(8)的下端面，步进电机(4)的输出端与每个转轴(6)的末端转动连接，挡条(5)的初始位置为竖直状态；

所述的导轨(8)为条状结构，导轨(8)的下端面为齿条，驱动电机(3)的输出轴固定连接有主动链轮，主动链轮与齿条啮合；

所述步进电机(4)的输出轴固定连接有主动轮，每个转轴(6)的末端固定有从动轮，主动轮和若干个从动轮上套接有链条(9)。

2.根据权利要求1所述的抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，其特征在于，所述的步进电机(4)安装在双箱梁断面桥梁(10)的箱梁腹板内侧。

3.根据权利要求2所述的抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，其特征在于，所述步进电机(4)上方位于横板(72)的延伸处固定有支撑链轮，链条(9)套接在支撑链轮上。

4.一种抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的方法，其特征在于，基于权利要求1～3中任意一项所述的抑制分离式双箱梁断面桥梁产生涡振的装置，包括如下步骤：

位移传感器(1)采集分离式双箱梁断面桥梁的位移信息，然后将位移信息传输给信号处理器(2)，信号处理器(2)判断分离式双箱梁断面桥梁发生涡振后，控制驱动电机(3)开始工作；

驱动电机(3)通过带动导轨(8)运动，使固定框架(7)从双箱梁断面桥梁(10)的内侧推出，信号处理器(2)控制驱动电机(3)停止工作；

信号处理器(2)判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器(2)控制步进电机(4)开始工作，步进电机(4)通过转轴(6)带动挡条(5)转动；

信号处理器(2)继续判断分离式双箱梁断面桥梁的涡振是否得到抑制，若得到抑制，则完成分离式双箱梁断面桥梁涡振的抑制，若没有得到抑制，信号处理器(2)继续控制步进电机(4)，使挡条(5)转动，直到分离式双箱梁断面桥梁的涡振得到抑制。

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