CN1143028C - 具有稳定结构的桥梁和使桥梁保持稳定的方法 - Google Patents

Abstract

具有稳定结构的桥梁和使桥梁保持稳定的方法。包括由抗拉支承件(11和12)支承的桥面板(10)，通过添加翼形稳定件(19和20)使该桥面板(10)保持稳定，以便使桥面板(10)的空气动力性上浮总量减小，该稳定件与基本沿桥面板(10)的纵向的相应铰接件(21)铰接。稳定件(19和20)由机构(21～26)驱动，该机构可通过桥面板(10)和抗拉支承件(11和12)之间的转矩来操纵，从而使稳定件(19和20)绕这样的位置转动，该位置在风载条件下产生力，使桥面板(10)的空气动力性上浮总量减小。

Description

具有稳定结构的桥梁和使桥梁保持稳定的方法

技术领域

本发明涉及桥梁的稳定结构，该桥梁包括由抗拉支承件支承的桥面板，另外本发明提供一种稳定的桥梁结构和使现有桥梁保持稳定的方法。

背景技术

许多种桥梁具有由抗拉支承件支承于修建在桥梁的中间部或端部处的塔、类似结构上的桥面板。在悬索桥的场合，抗拉支承件一般为竖向索、杆或链，它们将桥面板的每个纵向侧边与悬吊于塔之间的相应的悬索相互连接。一种斜拉桥也包括由抗拉支承件支承的桥面板，该抗拉支承件一般由杆或索形成，它们从桥面板的纵向侧边直接延伸至塔处。

经历1940年的Tacoma桥梁灾难，下述的情况已为人们公知，该情况指由于持续的中等风载的颤振性非稳定性的作用，悬索桥可遭受剧烈的结构破坏，而上述风载会使桥面板产生共振，该共振会逐渐累积，直至发生破坏。随着桥面板的跨度的增加，上述悬索桥，实际上是包括由抗拉支承件支承的桥面板的所有的桥梁中的与风载有关的问题变得更加严重。对于很大的跨度，比如针对the Straights of theMessina而提出的跨度，沿该跨度的风载会产生很大变化，并且会使桥面板产生很大的非对称的纵向振动和隆起。由于Tacoma桥梁灾难，人们提出了各种方案来解决上述问题。比如，在EP233528号欧洲专利文件中提出了下述方案，即下述的悬索桥可由空气动力性部件保持稳定，该悬索桥包括由悬索、竖向拉杆形成的悬索结构，以及悬吊于该悬索结构上的基本为刚性的平面式桥面板结构，该空气动力性部件的形状呈翼型，且其与桥梁结构刚性连接，从而对作用于结构上的风载进行控制，该空气动力性部件包含翼控制表面，该翼控制表面呈对称的构型，产生空气动力性的正或负上浮作用力，并且具有颤振速度，该速度大大高于适合于桥梁结构的颤振速度，上述翼控制表面刚好固定于桥梁中的桥面板结构的侧边缘下面，它们的对称平面相对水平面倾斜，上述桥梁结构和翼控制表面以动力学方式相互作用，以便使整体的颤振速度至少高于上述桥梁区域中所预计的风的最高速度。

为了代替采用与桥梁结构刚性固定的翼的方式，国际专利申请号为PCT/GB93/01862(公开号为WO94/0562)提出通过采用襟翼或副翼，可使所形成的桥面板的刚度小于现有桥梁的桥面板的刚度，上述襟翼或副翼设置于桥面板的侧边，其与桥面板铰接以便在伸出和回缩位置之间产生旋转，其通过计算机进行控制以便根据风载，调节作用于桥面板上的力。

国际专利申请号为PCT/DK93/00058(公开号为WO93/16232)提出了一种抵消由较长的索支承的桥梁中的梁体因风而产生的振动的系统，在该系统中，相对桥梁的纵向轴线，基本以对称方式设置有多个控制表面，该表面根据梁体的运动，利用风能，以便减小上述运动，上述控制表面沿桥梁的纵向分成多个部分，还设置有多个检测器以便测定梁体的运动，每个控制表面部分带有局部的控制单元，该控制单元用于根据一个或多个检测器给出的信息，对该控制表面部分进行控制。这些检测器这样设置，以便对所涉及点处的桥梁的运动或加速度进行测定，并且将信号传递给控制单元，比如计算机，该控制单元采用对伺服泵施加信号的算法，该伺服泵对液压缸进行控制，以便使相应的控制表面部分产生旋转。按照上述方式，可根据通过由以加速度计形式的检测器测定的上述点处的梁体的运动，对每个控制表面部分进行连续地调节。该发明特别要求提供一种复杂的电子系统，该系统带有许多个加速度计，这些加速度计通过沿梁体延伸的导线与计算机连接，另外该发明要求提供驱动上述控制表面的相应的液压系统。

因此，根据国际专利申请WO93/16232和这些已有技术的文献，下述的桥梁已为人们所知，该桥梁包括由抗拉支承件支承的桥面板，绕基本上沿桥面板的纵向的相应的轴线铰接的翼形稳定件，以便使该稳定件相对改善桥面板的稳定性的位置旋转。

根据这些文献，下述的方法也为人们所知，该方法用于使下述桥梁保持稳定，该桥梁具有由抗拉支承件支承的桥面板，该方法包括相对基本沿桥面板的纵向的相应轴线安装翼形稳定件。

本发明概述

本发明的目的在于在不采用大的电子传感和控制系统的情况下，可使桥梁保持稳定。

按照本发明的一个方面，提出一种桥梁，其包括由抗拉支承件支承的桥面板、和翼形稳定件，该稳定件与基本沿上述桥面板的纵向的相应铰接件铰接以转动至改善桥面板的稳定性的位置，其特征在于，包括在桥面板和相邻的抗拉支承件之间绕桥梁的一个纵向轴线的转矩来操纵的机构，每个稳定件通过该机构机械地连接于桥面板和相邻的抗拉支承件，从而当在桥面板与相邻的抗拉支承件之间的转矩出现时，相关的稳定件通过该机构运动而转动到一个在横向风载的条件下对其桥面板产生力来改善桥面板的稳定性的位置。

按照上述方式，可通过使桥面板的转动和竖直运动之间的力偶达到最小的方式，使桥梁保持稳定，从而使上述结构产生颤振的任何趋向衰减。

最好，该机构包括杠杆，该杠杆与相关的抗拉支承件连接，并且与桥面板上的铰接件铰接，该铰接件的轴线基本与相关的稳定件的铰接铰接件的轴线保持平行。该机构设置成使相关的稳定件的转矩程度加大。

至少一个稳定件可与直接固定于桥面板上的相应铰接件铰接，并且设置成通过与相应的杠杆铰接的相应的连杆产生转动。

至少一个稳定件与直接固定于桥面板上的相应铰接件铰接，并且设置成改变桥面板的空气动力学特性。作为替换方式，至少一个稳定件可与抗拉支承件或其相应的杠杆上的相应铰接件铰接。在此场合，每个稳定件最好设置成通过与桥面板铰接的连杆产生转动。

至少一个稳定件可设置有可单独调节的控制表面，该控制表面通过与铰接件保持平行的铰接件与稳定件连接。按照上述方式，可相对稳定件调节该控制表面，从而改变稳定件产生并且施加于桥面板上的作用力。

最好稳定件设置为成对地安装于桥面板的相对侧边，并通过互连杆保持平衡。在此场合，互连杆最好设置成在工作时位于成对的稳定件的机构之间。

本发明的另一方面在于提供一种使桥梁保持稳定的方法，该方法包括使用一个在桥面板和相邻的抗拉支承件之间绕桥梁的纵向轴线的转矩来操纵的机构，每个稳定件通过该机构机械地连接于桥面板和相邻的抗拉支承件，从而，使相应的稳定件通过该机构运动而转动到在横向风载的条件下对其桥面板减小整个空气动力学升力的位置。

附图的简要说明

下面参照附图，仅仅通过实施例对本发明进行描述，其中：

图1为按照本发明实现稳定的桥面板的横截面示意图；

图2与图1类似，但是该图表示在桥面板和相邻的抗拉支承件之间沿一个方向，绕桥的纵向轴线的转矩的过程中，一对稳定件的运动；

图3与图2类似，但是该图表示在桥面板和相邻的抗拉支承件之间沿相反方向转矩的过程中，一对稳定件的运动；

图4为图2中的左手部的放大图，该图表示可通过桥面板和相邻的抗拉支承件之间的转矩可操纵的机构一种形式；

图5与图4类似，但是该图表示翼形稳定件的改进形式；

图6与图1类似，但是该图表示一对稳定件保持平衡状态；和

图7与图1类似，但是该图表示在不同的桥面板上安装的另一种形式的稳定件。

实施例描述

众所周知，大跨度的悬索桥具有在很大的风的条件下承受类似颤振的不稳定的趋向。解决该问题的一种方案一直是增加桥面板的抗扭刚性，从而减弱产生不稳定性的风速。该方案是通过普通的结构技术措施来实现的，该技术措施不可避免地使桥面板的重量增加，从而使悬索和其支承结构的重量增加。另一种方案是通过主动控制翼来增加桥面板的稳定性。这种主动的稳定结构基本上是按照已在飞机控制系统中采用的作法，在该系统中，对应于车辆的感应运动，通过液压、气压或电驱动器，适当地使翼或其它的控制装置(services)偏转，在这种情况下，上述控制装置构成进行稳定的柔性桥面板结构的局部。

本发明提供按照下述方式提供另一种主动的稳定结构，该方式为：通过与桥面板悬臂部件相连接的连杆，以机械方式对翼进行控制。按照上述方式，稳定结构可在不采用多个加速度计和相应的导线、计算机控制和服务系统来实现，而它们是针对通过液压、气压或电驱动器使翼产生偏转而提出的。

参照图1、2和3，悬索桥包括由两排抗拉支承件11和12，支承于一对图中未示出的悬索上的桥面板10，该抗拉支承件11和12按照普通方式由杆或索形成。上述桥面板可为本领域公知的任何普通结构，并作为典型实例，其包括箱型梁13，该箱型梁形成由路缘石16、17和18分隔开的车道14、15。在与其具体的横截面形状无关的情况下，当曝露于横向风载的条件下，该桥面板10有空气动力学特性，该桥面板的稳定性由沿桥面板10的每个纵向边缘设置的两排翼形稳定件19和20来控制。每个稳定件通过铰接件21与桥面板10连接，从而该铰接件绕基本沿桥面板的纵向的轴线转动，以便在横向风载的条件下使稳定件19、20相对于产生力的位置转动，这样便使桥面板10中的相关部分的空气动力性上浮总量减小。

上述抗拉支承件11、12的底端非常牢固地与杠杆22的端部连接，该杠杆也通过相应的铰接件23与桥面板10连接，从而相对铰接件23的轴线使每个抗拉支承件11或12和桥面板10之间产生转矩，该铰接件23基本与相关的稳定件的轴21保持平行。

从图4清楚看到，连杆24通过铰接件25在与铰接件21间隔开的点处与稳定件19连接，该连杆24还通过铰接件26，在与铰接件23间隔开的点处与杠杆22连接，铰接件21、23、25和26保持平行。按照上述方式，桥面板10和抗拉支承件11之间的任何转矩使杠杆22相对于其铰接件23产生转矩，从而使连杆24将上述运动传递给稳定件19，该稳定件19沿相同方向绕铰接件21产生转动。应注意到，铰接件23和26之间的有效的杠杆臂大于铰接件21和25之间的相应的臂，从而杠杆22的相对的转矩使稳定件19产生更大的运动。还应注意到，杠杆22和连杆24与它们的相应的铰接件21、23、25和26一起构成下述机构，该机构可通过上述桥面板10和相邻的抗拉支承件11之间的转矩来操纵。

按照上述方式，桥面板10相对于抗拉支承件11或12中的任何一个的任何扭转运动会使相邻的稳定件19或20转动，从而使桥面板10的空气动力学特性得以改善。因此，在图2中，桥面板10的一部分的沿逆时针方向的旋转同时使左手侧的稳定件19抬起，同时右手侧的稳定件20下降。按照上述方式，在横向风载是来自左侧，还是来自右侧无关联的情况下，稳定件19和20对桥面板10施加恢复性力偶。

在图3中，桥面板10沿顺时针方向旋转，应注意到，稳定件19和20的运动类似，但是相反，从而它们再次对桥面板10施加恢复性力偶。

特别应注意到，与风是从左侧，还是从右侧吹来的情况都无太大关系，稳定件19和20的偏转始终会增加桥面板10的稳定性。

铰接件23和26与铰接件21和25之间的距离比值取决于桥面板10和其悬吊杆11、12的动力特性，其可通过风洞试验和/或理论计算来确定。对于某些桥梁结构，上述比值将取决于特定稳定件19或20沿跨径方向的位置。

在图5中，多数部件与图4中的相同，当它们具有相同的功能时，采用相同的标号表示。唯一的改进在于稳定件19的外端设置有可单独调节的控制表面126，该表面通过与铰接件21的轴线保持平行的铰接件27与稳定件19连接。该控制表面126可通过动力驱动器28相对稳定件19绕其铰接件27转动，该动力驱动器设置于在图中示出的稳定件19的内部，并且通过连杆29而驱动该控制表面126。上述动力驱动器可以机械方式操纵，以便使控制表面126固定就位，从而为稳定件19提供对于与其相连接的桥面板10的部分来说所需的特性，或者上述动力驱动器可以电动方式、气压方式或液压方式操纵，从而可连续地对稳定件19的特性进行调节。

以机械方式连接的稳定件结构，比如参照图1～4所描述的形式的优点在于没有任何较大的动力驱动器，甚至在飓风的情况下，而该动力驱动器显然需要连续的可获得的能量源，此外没有计算机和加速度计。但是，由于可以较方便地改变控制系统，可按照需要提供功能复杂性，这样与可比较的飞机系统相同，主动控制方法具有很大的灵活性。

图5所示的组合结构的特点在于可包括两种方法的最佳特征。按照上述方式，可获得较大的以机械方式驱动的稳定件19、20的优点，可按照与飞机起落架上的调节片类似的方式，由较小的主动控制表面126使其作用增加。

按照上述方式，上述稳定结构主体通过较大的以机械方式操纵的稳定件19和20实现，同时较小的主动控制的表面126最终使性能改变，并且与独立的主动控制系统相比较，在尺寸、成本、动力要求和整体性方面的要求是不高的。

图6表示下述结构，该结构基本与已参照图1～4而进行描述的结构相同，因此采用相同的标号表示相应的部件。它们的区别在于稳定件19和20的主体由互连杆30保持平衡，该杆30的外端通过相应的铰接件32与所安装的稳定件的延伸部31连接，该铰接件32的轴线与铰接件21和23保持平行。上述连杆30的内端通过共同的铰接件33与连杆34连接，该连杆34绕由桥面板10支承的铰接件35转动。按照上述方式，沿横向对齐的成对的稳定件19和20的主体在与其转动无关的情况下保持平衡。

在图7中，当杠杆22安装于位于桥面板10的外侧纵向边缘的内侧的铰接件23上时，桥面板10具有稍有不同的结构，从而形成人行道36和37。翼形稳定件19和20也已产生运动，从而它们绕铰接件38实现铰接，该铰接件38沿桥面板10的纵向延伸并且通过相应的杠杆22支承。上述稳定件19和20由相应的连杆39铰接，如图所示，该连杆铰接于桥面板10和稳定件19与20之间。应注意到，连杆39跨过杠杆22以便确保桥面板10与相邻的抗拉支承件11和12之间的转矩使稳定件19和20沿适合的方向旋转。对于上述结构，可知道，未对桥面板10的空气动力学特性进行改进，稳定件19和20通过其相应的杠杆22对桥面板10施加补偿力。如果需要，稳定件19和20可按照另一种方式直接安装于抗拉支承件11和12上。

在抗拉支承件由悬吊杆形成的场合，该杆本身与接纳上述铰接件23的适合的轴颈连接，从而抗拉支承件11或12代替杠杆22的上臂，上述轴颈用于安装铰接件26。

根据需要，图4和7所示的机构可由驱动稳定件19和20的任何其它的普通的机构或齿轮代替。

如果需要，桥面板10可配装图4和7中的稳定件19和20。

除了设置具有新型的稳定结构的桥梁结构以外，应注意到，在这里所给出的结构可用于改进现有的桥梁，该桥梁具有由抗拉支承件支承的桥面板，另外应注意到，可在无需完全拆除桥梁的情况下，实现上述结构。

Claims (12)

1.一种桥梁，其包括由抗拉支承件(11、12)支承的桥面板(10)，和翼形稳定件(19、20)，该稳定件(19、20)与沿上述桥面板(10)的纵向的相应铰接件(21或38)铰接以转动至改善桥面板(10)的稳定性的位置，其特征在于，包括在桥面板(10)与相邻的抗拉支承件(11、12)之间绕该桥梁的纵向轴线的转矩来操纵的机构，每个稳定件(19、20)通过该机构机械地连接于桥面板(10)和相邻的抗拉支承件(11、12)，从而当在桥面板(10)与相邻的抗拉支承件(11、12)之间的转矩出现时，相应的稳定件(19、20)通过该机构运动而转动到一个在横向风载的条件下对其桥面板(10)产生力来改善桥面板(10)的稳定性的位置。

2.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，该机构包括杠杆(22)，该杠杆与相应的抗拉支承件(11、12)连接，并且与桥面板(10)上的铰接件(23)铰接，该铰接件(23)的轴线与相关的稳定件(19、20)的铰接件(21或38)的轴线保持平行。

3.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，该机构设置成使相关的稳定件(19、20)的转矩程度加大。

4.根据权利要求2所述的桥梁，其特征在于至少一个稳定件(19、20)与直接固定于桥面板(10)上的相应铰接件(21)铰接，并且设置成通过与相应的杠杆(22)的铰接件(25、26)铰接的相应的连杆(24)产生转动。

5.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，至少一个稳定件(19、20)与直接固定于桥面板(10)上的相应铰接件(21)铰接，并且设置成改善桥面板(10)的空气动力学特性。

6.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，至少一个稳定件(19、20)与抗拉支承件(11、12)上的相应铰接件(38)铰接。

7.根据权利要求2所述的桥梁，其特征在于，至少一个稳定件(19、20)与相应的杠杆(22)上的相应铰接件(38)铰接。

8.根据权利要求7所述的桥梁，其特征在于，每个稳定件(19、20)设置成通过与桥面板(10)铰接的连杆(39)产生转动。

9.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，至少一个稳定件(19、20)设置有单独调节的控制表面(126)，该控制表面通过与铰接件(21)的轴线保持平行的铰接件(27)与稳定件(19，20)连接。

10.根据权利要求1所述的桥梁，其特征在于，一对稳定件(19、20)安装于桥面板(10)的相对侧边，并通过互连杆(30、34)保持平衡。

11.根据权利要求10所述的桥梁，其特征在于，互连杆(30、34)位于成对的稳定件(19、20)的机构之间。

12.一种使桥梁保持稳定的方法，该桥梁包括由抗拉支承件(11、12)支承的桥面板(10)，和翼形稳定件(19、20)，该稳定件(19、20)与沿桥面板(10)的纵向的相应铰接件(21或38)铰接安装，以转动至改善桥面板(10)的稳定性的位置，其特征在于，通过在桥面板(10)和相邻的抗拉支承件(11、12)之间绕该桥梁的纵向轴线的转矩来操纵的机构，每个稳定件(19、20)机械地连接于桥面板(10)和相邻的抗拉支承件(11、12)，从而使相应的稳定件(19、20)通过该机构运动而转动到一个在横向风载的条件下对其桥面板(10)减小整个空气动力学升力的位置。

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