抑制桥梁颤振的装置及其使用方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010038461.3 (22)申请日 2020.01.14 (71)申请人 中铁二院工程集团有限责任公司 地址 610031 四川省成都市金牛区通锦路 三号 (72)发明人 陈星宇徐昕宇杨国静郑晓龙 曾永平王应良周川江颜永逸 陶奇苏延文董俊庞林 刘力维 (74)专利代理机构 四川力久律师事务所 51221 代理人 范文苑 (51)Int.Cl. E01D 19/00(2006.01) (54)发明名称 一种抑制桥梁颤振的装置及其使用方法 (57)摘要 本发明公开了一种抑制。

2、桥梁颤振的装置及 其使用方法， 装置包含两个稳定板， 所述稳定板 通过滑块滑动连接于滑槽， 所述滑槽沿桥梁的横 桥向设置， 所述稳定板铰接于所述滑块， 所述稳 定板沿顺桥向设置， 两个所述稳定板能够分别在 所述桥梁的两侧面转动至竖向方向， 所述桥梁的 两侧设有风速仪， 所述风速仪用于采集来流风特 性数据， 所述稳定板的透风率大于0。 采用本装置 能够实现对桥梁在不同来流条件下颤振性能的 改善， 提高桥梁在不同风特性情况下的颤振稳定 性， 扩大了本装置在提高桥梁颤振稳定性方面的 适用性， 特别适用于风环境复杂的山区地形的大 跨度桥梁工程， 有效保证桥梁在实际运营过程中 的安全性和稳定性。 权利要。

3、求书1页 说明书5页 附图4页 CN 111119031 A 2020.05.08 CN 111119031 A 1.一种抑制桥梁颤振的装置， 其特征在于， 包含两个稳定板(1)， 所述稳定板(1)通过滑 块(11)滑动连接于滑槽(21)， 所述滑槽(21)沿桥梁的横桥向设置， 所述稳定板(1)铰接于所 述滑块(11)， 所述稳定板(1)沿顺桥向设置， 两个所述稳定板(1)能够分别在所述桥梁的两 侧面转动至竖向方向， 所述桥梁的两侧设有风速仪， 所述风速仪用于采集来流风特性数据， 所述稳定板(1)的透风率大于0。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述滑槽(21)设于所述桥梁的梁体。

4、(2)上。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述稳定板(1)包含若干个节段， 每个所述 节段对应设于一个所述滑槽(21)中， 所述风速仪设于相邻两个所述节段之间。 4.根据权利要求3所述的装置， 其特征在于， 所述桥梁的桥面(3)的两侧面对称设有若 干个所述风速仪， 所述风速仪沿所述桥梁的跨度方向均匀分布。 5.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述稳定板(1)的透风率为20-70%， 所述稳 定板(1)侧面设有加劲肋。 6.根据权利要求5所述的装置， 其特征在于， 所述稳定板(1)上的开孔形状为纵条形。 7.根据权利要求1-6任一所述的装置， 其特征在于， 还包含控制系。

5、统和驱动系统， 所述 控制系统包含PLC控制器， 所述驱动系统包含驱动部件一和驱动部件二， 所述控制系统能够 根据所述风速仪采集的数据控制所述驱动部件一带动所述稳定板(1)滑动， 所述控制系统 能够根据所述风速仪采集的数据控制所述驱动部件二带动所述稳定板(1)转动。 8.根据权利要求1-6任一所述的装置， 其特征在于， 当所述稳定板(1)向上转动至竖直 方向时， 所述稳定板(1)超出所述桥梁的桥面(3)顶面； 当所述稳定板(1)向下转动至竖直方 向时， 所述稳定板(1)超出所述桥梁的梁体(3)底面或者所述桥梁的梁体(3)上弦下缘节点 板底面。 9.一种如权利要求1-8任一所述的抑制桥梁颤振的装。

6、置的使用方法， 其特征在于， 包含 如下步骤： a、 风速仪采集桥梁两侧来流的风速数据和风向数据； b、 若所述桥梁的其中一侧来流的风速数据和风向数据达到预定阈值， 使稳定板(1)滑 出滑槽(21)至预定位置， 或使所述稳定板(1)向上或向下转动至预定位置。 10.根据权利要求9所述的使用方法， 其特征在于， 在步骤b中， 所述桥梁两侧的所述稳 定板(1)对称调节。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111119031 A 2 一种抑制桥梁颤振的装置及其使用方法 技术领域 0001 本发明涉及桥梁气动装置技术领域， 特别涉及一种抑制桥梁颤振的装置及其使用 方法。 背景技术 0002 桥梁颤振是。

7、一种毁坏性的发散振动， 主要是由于振动结构能够在流动的空气中不 断吸收能量， 而该能量又大于结构的阻尼在振动中所耗散的能量， 其表现为流场与振动结 构之间的相互作用， 引起振动结构扭转振幅不断增大， 直至风毁。 0003 随着桥梁结构跨度的增大， 其对风的作用更加敏感， 存在因发生颤振而出现动力 失稳的可能性， 因此， 抗风性能尤其是颤振性能往往是控制大跨度桥梁(跨度大于或等于 100m)设计的关键性因素之一。 0004 由于桥梁在设计使用年限内， 在桥位所在区域可能出现的最大风速下， 结构都不 应发生毁坏性的发散振动， 非破坏性风致振动的振幅应满足行车安全、 结构疲劳和行车舒 适度的要求， 。

8、而现有技术中的气动装置通常根据历史来流风特性进行设计安装， 普适性较 差， 无法根据桥梁实际运营情况进行调整， 气候变化多样且无常， 不及时调整， 甚至会加大 颤振幅度， 对结构安全性产生严重影响。 故急需提供一种具有可靠性能的抑制桥梁颤振的 装置及其使用方法。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有的桥梁颤振抑制装置普适性较差， 无法根据桥梁实际 运营情况进行调整的上述不足， 提供一种抑制桥梁颤振的装置及其使用方法。 0006 为了实现上述目的， 本发明提供了以下技术方案： 0007 一种抑制桥梁颤振的装置， 包含两个稳定板， 所述稳定板通过滑块滑动连接于滑 槽， 所述滑槽沿桥梁的横桥。

9、向设置， 所述稳定板铰接于所述滑块， 所述稳定板沿顺桥向设 置， 两个所述稳定板能够分别在所述桥梁的两侧面转动至竖向方向， 所述桥梁的两侧设有 风速仪， 所述风速仪用于采集来流风特性数据， 所述稳定板的透风率大于0。 0008 采用本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置， 在桥梁宽度方向的两边分别设有沿 横桥向设置的所述滑槽， 所述风速仪设于桥梁的两侧， 用于采集桥梁两侧的来流的数据， 并 不限于设于所述桥梁的两个侧壁， 根据采集到的来流风特性， 包括风速、 风攻角， 所述稳定 板能够沿所述滑槽滑出至所述桥梁的对应侧面， 还能使所述稳定板向上或向下转动， 而所 述稳定板在正常情况下， 即无需进行颤。

10、振抑制作用时， 能够收纳在所述滑槽中， 避免对桥梁 结构受力产生不利影响。 本装置通过调节所述稳定板沿桥梁侧面伸出的比例， 以及所述稳 定板向上或向下转动， 能够有效改变桥梁的气动外形， 并且所述稳定板上设有用于透风的 开孔， 能够使得来流分离扰乱， 避免形成尺寸较大的漩涡， 实现对桥梁在不同来流条件下颤 振性能的改善， 提高桥梁在不同风特性情况下的颤振稳定性， 扩大了上述颤振抑制装置在 提高桥梁颤振稳定性方面的适用性， 特别适用于风环境复杂的山区地形的大跨度桥梁工 说明书 1/5 页 3 CN 111119031 A 3 程， 并且向上设置时还能够降低桥面风速， 保障行车和行人的安全， 向下。

11、竖向设置时可以降 低检修道和检修车轨道处的风速， 保障检修人员和器械的安全， 有效保证桥梁在实际运营 过程中的安全性和稳定性。 0009 优选的， 所述滑槽设于所述桥梁的梁体上。 0010 优选的， 所述稳定板包含若干个节段， 每个所述节段对应设于一个所述滑槽中， 所 述风速仪设于相邻两个所述节段之间。 0011 进一步优选的， 所述桥梁的桥面的两侧面对称设有若干个所述风速仪， 所述风速 仪沿所述桥梁的跨度方向均匀分布。 0012 当桥梁跨度较大时， 沿桥跨方向的风呈现较强的非均匀性， 根据桥梁跨度可设置 不同个数的风速仪， 同时沿桥跨所述稳定板分为若干个节段的， 便于根据对应位置的风速 仪实。

12、测的数据， 便于准确采集数据， 来调节所述稳定板的对应节段。 0013 优选的， 所述稳定板的透风率为20-70， 所述稳定板侧面设有加劲肋。 0014 进一步优选的， 所述稳定板上的开孔形状为纵条形。 0015 优选的， 还包含控制系统和驱动系统， 所述控制系统包含PLC控制器， 所述驱动系 统包含驱动部件一和驱动部件二， 所述控制系统能够根据所述风速仪采集的数据控制所述 驱动部件一带动所述稳定板滑动， 所述控制系统能够根据所述风速仪采集的数据控制所述 驱动部件二带动所述稳定板转动。 0016 所述驱动部件一和驱动部件二可采用如液压装置、 气动装置、 电动装置， 便于及时 有效的抑制桥梁的颤。

13、振稳定性。 0017 优选的， 当所述稳定板向上转动至竖直方向时， 所述稳定板超出所述桥梁的桥面 顶面； 当所述稳定板向下转动至竖直方向时， 所述稳定板超出所述桥梁的梁体底面或者所 述桥梁的梁体上弦下缘节点板底面。 0018 保证所述稳定板的宽度能够至少在转动至竖直方向时， 能够扰乱桥梁上表面或下 表面的来流。 0019 一种如上述任一所述的抑制桥梁颤振的装置的使用方法， 包含如下步骤： 0020 a、 风速仪采集桥梁两侧来流的风速数据和风向数据； 0021 b、 若所述桥梁的其中一侧来流的风速数据和风向数据达到预定阈值， 使稳定板滑 出滑槽至预定位置， 或使所述稳定板向上或向下转动至预定位置。

14、。 0022 采用本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置的使用方法， 能够有效根据桥梁附近 的来流特性及时、 有效的调节稳定板的位置， 提高桥梁运营过程中在不同风特性情况下的 颤振稳定性， 适应性好， 有效保障桥梁使用的安全性， 保证桥梁的使用寿命。 0023 优选的， 在步骤b中， 所述桥梁两侧的所述稳定板对称调节。 0024 即当其中一侧来流的风速数据和风向数据达到预定阈值时， 两个所述稳定板均需 要伸出， 且伸出的长度一致； 或两个所述稳定板均需要转动， 且转动的朝向一致、 角度一致， 如均向上转动60 ， 可避免单侧稳定板偏心受载过大， 同时增大主梁运动阻力， 进一步保证 主梁整体稳定性。。

15、 0025 综上所述， 与现有技术相比， 本发明的有益效果是： 0026 1、 采用本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置， 本装置能够有效改变桥梁的气动 外形， 还能使得来流分离扰乱， 避免形成尺寸较大的漩涡， 实现对桥梁在不同来流条件下颤 说明书 2/5 页 4 CN 111119031 A 4 振性能的改善， 提高桥梁在不同风特性情况下的颤振稳定性， 扩大了上述颤振抑制装置在 提高桥梁颤振稳定性方面的适用性， 特别适用于风环境复杂的山区地形的大跨度桥梁工 程， 并且向上设置时还能够降低桥面风速， 保障行车和行人的安全， 向下设置时可以降低检 修道和检修车轨道处的风速， 保障检修人员和器械的安。

16、全， 有效保证桥梁在实际运营过程 中的安全性和稳定性。 0027 2、 采用本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置的使用方法， 能够有效根据桥梁附 近的来流特性及时、 有效地调节稳定板的位置， 提高桥梁运营过程中在不同风特性情况下 的颤振稳定性， 适应性好， 有效保障桥梁使用的安全性， 保证桥梁的使用寿命。 附图说明： 0028 图1为本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置及其使用方法的结构示意图； 0029 图2为图1的局部放大图； 0030 图3为实施例1中的稳定板的结构示意图； 0031 图4为图1中的一种抑制桥梁颤振的装置的调节状态一； 0032 图5为图1中的一种抑制桥梁颤振的装置的调节状态。

17、二； 0033 图6为图1中的一种抑制桥梁颤振的装置的调节状态三。 0034 图中标记： 1-稳定板， 2-梁体， 3-桥面， 11-滑块， 21-滑槽。 具体实施方式 0035 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。 但不应将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例， 凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明 的范围。 0036 实施例1 0037 如图1-2所示， 本发明所述的一种抑制桥梁颤振的装置， 包含两个稳定板1， 两个所 述稳定板1分别设于桥梁宽度方向的两边， 所述桥梁的两侧还设有风速仪， 并不限于设于所 述桥梁的两个侧壁， 所述桥梁上设有滑槽21， 所述滑槽。

18、21沿桥梁的横桥向设置， 如本实施例 以桁架桥为例， 所述桥梁包含桁架结构的梁体2和其上的桥面3， 所述滑槽21设于所述桥梁 的梁体2上， 如连接于上弦杆和上腹杆底面， 便于安装， 也便于通过所述桁架桥内部的检修 轨道对本装置进行维修， 所述滑槽21的外端伸出所述梁体2侧面， 以便所述稳定板1能够在 桥梁侧面转动， 外伸的所述滑槽21的端部不会对桥梁的稳定性产生明显影响， 所述稳定板1 收纳在对应的所述滑槽21中时， 所述稳定板1的外端不伸出所述梁体2的侧面。 所述稳定板1 通过滑块11滑动连接于所述滑槽21， 所述稳定板1铰接于所述滑块11， 所述稳定板1沿顺桥 向通长设置， 优选的， 所述。

19、稳定板1沿长度方向分成若干个节段， 每个所述节段对应设于一 个所述滑槽21中， 对应的， 所述桥梁的桥面3两侧面对称设有若干个风速仪(图中未示出)， 便于安装、 维修及更换， 所述风速仪用于采集来流风特性数据， 如所述风速仪可采用型号为 SAT-900的三维超声风速仪， 能够采集风速信息和风攻角信息， 所述风速仪沿所述桥梁的跨 度方向均匀分布， 如设于桥跨的1/4、 1/2和3/4处， 便于采集对应位置的数据， 以此来调节对 应的所述节段， 所述风速仪设于相邻两个所述节段之间， 避免被所述稳定板1遮挡影响采 集， 所述稳定板1的透风率大于0， 优选的， 透风率为20-70， 所述稳定板1侧面设。

20、有加劲肋 说明书 3/5 页 5 CN 111119031 A 5 (图中未示出)， 即加强所述稳定板1的抗风稳定性， 所述稳定板1上的开孔形状不做限制， 可 采用圆形、 多边形、 条形， 优选为纵条形， 即所述开孔的长度方向沿顺桥向设置， 如图3所示。 两个所述稳定板1能够分别在所述桥梁的两侧面转动至竖向方向， 可通过设置限位部件或 外力控制防止所述稳定板1在转至竖直方向后继续转动， 即所述稳定板1能够沿所述滑槽21 滑动至所述稳定板1整体滑出所述滑槽21， 然后向上或向下转动直至转至竖直方向， 此时所 述稳定板1顶面达到最大标高或底面达到最低标高， 所述桥梁的侧面能够也能够起限位作 用， 。

21、避免所述稳定板1转动超限， 所述稳定板1的尺寸及透风率根据风洞试验或数值模拟对 桥梁的抗风稳定性能来确定， 保证所述稳定板1向上转动至竖直方向时， 所述稳定板1超出 所述桥面3顶面； 当所述稳定板1向下转动至竖直方向时， 所述稳定板1超出所述梁体2上弦 下缘节点板底面， 如所述梁体2为箱梁、 T型梁， 则超出所述梁体2底面， 保证所述稳定板1的 宽度能够至少在转动至竖直方向时， 能够扰乱桥梁上表面或下表面的来流。 0038 本装置能够有效改变桥梁的气动外形， 还能使得来流分离扰乱， 避免形成尺寸较 大的漩涡， 实现对桥梁在不同来流条件下颤振性能的改善， 提高桥梁在不同风特性情况下 的颤振稳定性。

22、， 扩大了上述颤振抑制装置在提高桥梁颤振稳定性方面的适用性， 特别适用 于风环境复杂的山区地形的大跨度桥梁工程， 并且向上设置时还能够降低桥面风速， 保障 行车和行人的安全， 向下设置时可以降低检修道和检修车轨道处的风速， 保障检修人员和 器械的安全， 有效保证桥梁在实际运营过程中的安全性和稳定性。 0039 优选的， 还包含控制系统和驱动系统， 所述控制系统包含PLC控制器， 所述驱动系 统包含驱动部件一和驱动部件二， 所述驱动部件一和驱动部件二可采用如液压装置、 气动 装置、 电动装置， 如所述控制系统根据所述风速仪采集的数据控制第一液压泵带动第一液 压油缸驱动所述稳定板1滑动， 也能控制。

23、第二液压泵带动第二液压油缸驱动所述稳定板1转 动， 便于及时有效的调节桥梁的颤振稳定性。 0040 事先通过CFD数值模拟或者风洞试验， 得到在不同来流风向、 风速时所述桥梁的抗 风稳定性， 并将这种对应关系存储在所述PLC控制器中， 如根据CFD数值模拟或者风洞试验 得到的对应匹配关系如下表所示， 其中未列出风攻角按表中数据线性插值计算。 0041 0042 当风速仪测得来流瞬时风速达到颤振临界风速， 或10秒平均风速达到颤振临界风 速的80时， 其中10秒也可以替换为5秒、 8秒、 12秒、 15秒， 不超过30秒， 颤振临界风速的 80也可以替换为75、 82、 85、 90， 不超过9。

24、5， 所述风速仪和PLC控制器通过串口 通信， 所述风速仪将实时采集的来流风速、 风向数据传输至所述PLC控制器中， 所述控制器 根据所述风速仪采集的数据结合上表中的对应关系进行匹配， 控制所述驱动系统， 带动所 述稳定板1伸出至预设位置， 或全部伸出并向上或向下转动对应角度， 表中的最大高度根据 说明书 4/5 页 6 CN 111119031 A 6 所述稳定板1的宽度结合风洞试验或数值模拟对桥梁的抗风稳定性能来确定。 0043 具体使用方法如下： 0044 a、 风速仪采集桥梁两侧来流的风速数据和风向数据； 0045 b、 若所述桥梁的其中一侧来流的风速数据和风向数据达到预定阈值， 使稳。

25、定板1 滑出滑槽21至预定位置， 或使所述稳定板1向上或向下转动至预定位置。 0046 初始安装完成时， 所述稳定板1完全收纳在所述滑槽21中， 如图1所示， 避免影响桥 梁的抗风性能。 0047 桥梁两侧的所述风速仪实时进行来流的风速数据和风向数据采集， 根据自然规 律， 通常桥梁两侧不会同时出现大风， 即同一时刻或同一时段只有一侧迎风， 将所述来流的 风速数据和风向数据与控制系统中的对应关系进行匹配， 当所述桥梁的其中一侧来流的风 速数据和风向数据达到预定阈值， 如来流的瞬时风速数据为33.5m/s、 风攻角为+1 ， 或10s 平均风速数据为26.8m/s、 风攻角为+1 ， 根据对应的。

26、匹配关系， 所述控制系统控制所述驱动 系统分别带动对应侧的所述稳定板1伸出所述桥梁侧面达预定位置， 优选的， 两侧所述稳定 板1同步对称调节， 即两侧的所述稳定板1均同时伸出所述桥梁侧面达预定值， 如图4所示， 改善桥梁的气动外形， 扰乱桥面前缘气流， 避免前缘大尺度漩涡的生成， 两侧所述稳定板1 协同作用， 可避免单侧稳定板1偏心受载过大， 同时增大主梁运动阻力， 能够保证主梁整体 稳定性； 如来流的瞬时风速数据为21.9m/s、 风攻角为+5 ， 或10s平均风速数据为17.5m/s、 风攻角为+5 ， 所述控制系统控制所述驱动系统分别同步带动两侧所述稳定板1全部伸出并 向上转动至竖直方向。

27、， 如图5所示， 抑制所述桥面3上形成较大的漩涡， 从而达到抑振效果， 并且还能够降低所述桥面3上的风速， 保障行车安全， 避免限速、 封桥等有碍交通顺畅的情 况发生； 如来流的瞬时风速数据为37.4m/s、 风攻角为-8 ， 或10s平均风速数据为29.9m/s、 风攻角为-8 ， 所述控制系统控制所述驱动系统分别同步带动两侧所述稳定板1全部伸出并 向下转动至竖直方向， 如图6所示， 并且此设置方向下也便于进行日常维护和检修， 降低桁 架桥梁内部的风速， 利于保障检修车和检修人员的安全。 0048 当所述风速仪采集的数据对应的匹配关系为属于所述桥梁颤振稳定性范围内后， 如来流的10s平均风速。

28、数据为15m/s、 -6 攻角， 两侧所述稳定板1均同步收回到如图1所示的 初始状态。 0049 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 111119031 A 7 图1 说明书附图 1/4 页 8 CN 111119031 A 8 图2 图3 说明书附图 2/4 页 9 CN 111119031 A 9 图4 图5 说明书附图 3/4 页 10 CN 111119031 A 10 图6 说明书附图 4/4 页 11 CN 111119031 A 11 。