钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置 【技术领域】
本发明涉及一种适用于钢桁梁斜拉桥的抑制涡激振动装置。
背景技术
斜拉桥是大跨度铁路桥梁的主要桥型。国外已建成了多座铁路斜拉桥，如跨越丹麦厄勒海峡的公铁路两用斜拉桥，主跨达490米；南联盟贝尔格莱德市跨越萨瓦河的重载铁路斜拉桥，跨度为254m；日本第二千曲川铁路大桥，主跨134米。国内单独的大跨度铁路专用桥不多，如跨度96m的湘桂线红水河桥是我国第一座铁路斜拉桥，已经建成的公铁两用斜拉桥有芜湖长江大桥(跨度312米)、武汉天兴洲长江大桥(主跨504米)。
在自然风的作用下，大跨度桥梁易发生的风致振动现象包括颤振、涡激振动、抖振、静力失稳等，这些风致振动关系到桥梁的施工、运营安全和使用舒适性。目前，许多国家研究了箱梁的涡激振动制振方案，主要措施有：加装风嘴、导流板、稳定板，其作用是使主梁断面接近流线型，避免或推迟漩涡脱离的发生。其中，在箱梁底部沿顺桥向通长布置导流板是主要采用的技术措施，导流板通常采用的是钢板，通过安装构件与箱梁焊接或者栓接。但这些措施都是针对箱梁，对于钢桁梁桥的抑制涡激振动研究目前还是空白。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置，能有效地抑制钢桁梁涡激振动，以满足铁路对行车安全性及平稳性的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置，其特征是：它包括在钢桁梁左、右两侧下弦杆底部以下对称设置的两列导流板，以及将导流板固定连接在钢桁梁梁体上的安装构件；所述两列导流板各由沿顺桥向分段间隔设置的单元导流板构成，各单元导流板的板面具有相对于钢桁梁下弦杆底面向下偏转的倾角。
所述两列导流板中相邻两个单元导流板的间距与钢桁梁横梁间距相等，所述单元导流板顺桥向长度为钢桁梁横梁间距，或者是钢桁梁横梁间距的三倍。
所述单元导流板的底面上沿宽度方向间隔设置有顺桥向延伸的T型加劲肋或者U型加劲肋。
本发明的有益效果是，有效、经济、方便地解决了钢桁梁斜拉桥涡激振动的问题，分段设置的导流板使相邻梁段的涡脱频率不一致，能极大地减少或完全地抑制钢桁梁涡激振动，避免钢桁梁桥施工及成桥阶段由于涡激振动所引发的安全性问题，并满足铁路对行车平稳性的要求。与下弦杆两次设置风嘴和底板封闭相比，在下弦杆底部分段设置导流板极大的减少了工程造价。该发明没有影响梁体结构和移动检查车的运行，结构施工、后期养护方便。
【附图说明】
本说明书包括如下六幅附图：
图1是本发明抑制涡激振动装置的一种布设方式示意图；
图2是本发明抑制涡激振动装置的另一种布设方式示意图；
图3是本发明抑制涡激振动装置的立面结构示意图；
图4是本发明抑制涡激振动装置立面结构的局部放大示意图；
图5是本发明抑制涡激振动装置中导流板的结构示意图；
图6是本发明抑制涡激振动装置中导流板的结构示意图。
图中示出零部件、部位及所对应的标记：钢桁梁下弦杆10、钢桁梁横梁11、导流板20、T型加劲肋20a、U型加劲肋20b、安装构件21、倾角δ。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1、图2和图3，本发明钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置，它包括在钢桁梁左、右两侧下弦杆10底部以下对称设置的两列导流板，以及将导流板固定连接在钢桁梁梁体上的安装构件。所述两列导流板各由沿顺桥向分段间隔设置的单元导流板20构成，各单元导流板20的板面具有相对于钢桁梁下弦杆10底面向下偏转的倾角δ。所述倾角δ为5.5±2.5。度与通长设置导流板相比较，分段设置的单元导流板20使相邻梁段的涡脱频率不一致，能极大的减少或完全地抑制钢桁梁涡激振动，避免钢桁梁桥施工及成桥阶段由于涡激振动所引发的安全性问题，并满足铁路对行车平稳性的要求，而且结构施工、后期养护方便。
图1示出的是导流板的一种典型布设方式，即所述两列导流板中相邻两个单元导流板20的间距与钢桁梁横梁11间距相等，所述单元导流板20顺桥向长度为钢桁梁横梁11间距。参照图1和图4，考虑到结构施工和移动检查台车的运行问题，所述单元导流板20各配置两个安装构件21，安装构件21的位置与单元导流板20所在的两道钢桁梁横梁11相对应。
图2示出的是导流板的另一种典型布设方式，即所述两列导流板中相邻两个单元导流板20的间距与钢桁梁横梁11间距相等，所述单元导流板20顺桥向长度为钢桁梁横梁11间距的三倍。参照图2和图4，考虑到结构施工和移动检查台车的运行问题，所述单元导流板20各配置两个安装构件21，安装构件21地位置与单元导流板20所在的两道钢桁梁横梁11相对应。
参照图2和图4，所述单元导流板20为平板。参照图5和图6，为增强单元导流板20的局部稳定性，还可在所述单元导流板20的底面上沿宽度方向间隔设置顺桥向延伸的T型加劲肋20a或者U型加劲肋20b。
本申请人成功地将本发明钢桁梁斜拉桥的抑制涡激振动装置运用于渝利铁路线韩家沱大桥的设计中。该桥位于新建渝利铁路线上，在涪陵韩家沱附近跨越长江，是沪-汉-蓉客运通道的重要组成部分，设计时速为200km/h客货共线铁路桥，建成后将成为世界最大跨度的铁路钢桁梁斜拉桥。该桥主桥为双塔双索面双主桁斜拉桥，跨径组合为81m+135m+432m+135m+81m，主梁采用钢桁梁，桁梁宽18m，高14m。为满足铁路行车安全性及平稳性的要求，必须有效地抑制钢桁梁涡激振动。
韩家沱长江大桥的抗风性能研究作为铁道部重大课题《大跨度铁路斜拉桥建造关键技术研究》的一个子课题《大跨度铁路斜拉桥抗风性能试验研究》进行了深入的试验和理论研究。
韩家沱长江大桥于2009年12月在西南交通大学XNJD-1工业风洞第二试验段进行了的主梁节段模型涡激振动试验，考虑到主梁涡激振动对来流攻角比较敏感，对成桥及施工状态分别进行了α＝0°，+3°，-3°，+5°，-5°五种攻角条件下的试验。
为了抑制主梁的涡激振动，做了大量的试验和优化工作，主要采取的措施有：要采取的措施有：下弦杆两侧增设风嘴、下弦杆两侧设置导流板、梁底部进行封闭、下弦杆下侧设置导流板、梁体设置中央稳定板、检修道设置导流板等，通过试验对上述措施进行了对比研究。在已测试的方案中，梁体底部封闭并且下弦杆两侧设置风嘴和分段设置导流板的效果最好，可以完全抑制主梁涡激振动，考虑到经济、结构施工、后期养护及构造细节的需要，推荐采用下弦杆底部分段设置导流板的方案，该方案与底板封闭和设置风嘴相比可节省600万的工程造价。
试验结果表明，对于成桥状态，α＝-3°和-5°攻角情况下发现有明显的竖向涡激振动，若按第一竖向模态换算涡振风速范围为11.5～14m/s。攻角α＝5°时涡振振幅最大，最大单边振幅达110mm，对应的实桥风速为13m/s，成桥状态各攻角下均未观测到扭转涡振。对于施工最大单悬臂状态，在攻角α＝-3°和-5°情况下均发现有明显的竖向涡激振动，若按第一竖向模态换算，实桥涡振风速范围为12～15m/s，攻角α＝5°时涡振振幅最大，最大单边振幅达42mm，对应的实桥风速为13.2m/s，施工状态各攻角下均未观测到扭转涡振。
以上所述只是用图解说明本发明钢桁梁斜拉桥抑制涡激振动装置的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。