一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法，包括能根据不同风攻角等风环境的变化而转动相应角度的导流板和中央稳定板，该系统通过风环境检测处理器检测风环境信号，信号传递至其内部的中央控制器，由中央控制器内嵌的角度换算程序换算得到液压数控伸缩杆需要伸缩的长度和导流板、中央稳定板需转动的角度，再将长度信号传递给液压数控伸缩杆，伸缩杆伸缩相应的长度来实现导流板和中央稳定板的转动角度。与现有技术相比，可转动导流板和中央稳定板能使气体沿桥梁结构更好的分流、绕流，可有效提高桥梁在不同风环境下的抗风性能，减小桥梁结构的风制振动振幅，改善桥梁的气动性能，提高大风天气下车辆在桥梁上行驶的舒适性。

An active control system and control method for improving wind resistant performance of long span bridges

The invention discloses an active control system and a control method for improving the wind resistance performance of long-span bridges, including a guide plate and a central stabilization plate which can rotate corresponding angles according to the changes of wind environment such as different wind attack angles. The system detects wind environment signals through a wind environment detection processor and transmits them to the center of the bridge. The controller converts the length of the hydraulic NC expansion rod and the angle of the diversion plate and the central stabilization plate by the angle conversion program embedded in the central controller. Then the length signal is transmitted to the hydraulic NC expansion rod, and the corresponding length of the expansion rod is expanded to realize the rotation angle of the diversion plate and the central stabilization plate. Compared with the existing technology, the rotating guide plate and the central stabilizer plate can make the gas flow better along the bridge structure, which can effectively improve the wind resistance of the bridge in different wind environments, reduce the wind vibration amplitude of the bridge structure, improve the aerodynamic performance of the bridge, and improve the comfort of vehicles running on the bridge in windy weather. Suitability.

【技术实现步骤摘要】
一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法，属于土木工程

技术介绍
随着人们交通需求的日益增长，使得桥梁建设向着大跨、轻质的方向发展，而与此同时其风致振动问题变得愈加突出。桥梁在大风环境下有较大的振幅从而使行驶车辆的舒适性大大降低，阻碍甚至中断了交通运输，严重影响了交通经济带的发展。桥梁一旦遭受风灾影响造成损坏，其后果将十分严重，加之桥梁的风害比震害发生的更加频繁，大跨径桥梁的抗风稳定性问题已经成为桥梁设计中不可忽略的控制因素之一。目前，通常采用结构措施、机械措施和气动措施来提高大跨径桥梁的抗风稳定性，其关键在于采用合理的截面形式和结构体系来提高桥梁的整体刚度，通过隔振、耗能等控制手段来实现桥梁减振的目的，在此基础上再选择合理的气动措施来提高桥梁结构的气动性能。不同的主梁断面外形使空气流经主梁时产生不同的分流、绕流形态，进而改变作用到桥梁结构上空气作用力的大小。主梁气动措施就是在主梁上添加构件改变主梁断面形状，从而改变气流流经主梁断面时的形态，以达到抑制桥梁风致振动的目的。通常采用的气动措施有：主梁开槽、加装风嘴、导流板、中央稳定板、在拉索表面刻痕等等。导流板通常设置在风嘴前方，可使主梁断面整体变得更具流线形，能改善主梁的气动绕流状态。同时，在主梁振动时产生附加气动阻尼，可降低主梁振动幅度；在主梁上部、下部中间位置设置中央稳定板，可改善主梁周围的绕流状态，使旋涡沿主梁表面的漂移受到阻碍，提高主梁的抗风性能。虽然通过设置导流板和上下中央稳定板可以改善桥梁的抗风稳定性，但由于风环境的风向、风速等不确定因素较多，桥梁的风致振动形式多种多样，各种风致振动机理也不相同，有时，某种措施能抑制一种风致振动，而对另一种风致振动的效果不大，甚至可能引起相反的效果。若采用一种能根据实时监测的风攻角、风速等环境的变化而转动相应角度的导流板和中央稳定板，则可以让气体沿桥梁结构的分流、绕流随着风环境的变化而能调整到最佳状态，有效应对风致振动变化的多样性问题，并能保证在大风环境下交通的顺利通行。本专利技术采用的主动控制系统根据风环境检测处理器测定的风环境，由中央控制器传递信号并由其内嵌的角度换算程序计算得出液压数控伸缩杆需要伸长或缩短的长度和导流板、中央稳定板需要转动的角度，根据需要实时启动装置，通过液压数控伸缩杆接收信号并伸长或缩短相应的长度来实现导流板和中央稳定板的转动，最后通过安装在导流板和中央稳定板上的角度传感器进行实时检测，与中央控制器实现信号对接，形成完整的信号回路，以保证装置能稳定应对不同风环境的变化，从而提高大跨径桥梁在不同风环境下的抗风稳定性。鉴于此，本案专利技术人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以根据实时测定的不同风环境而转动相应角度的导流板和中央稳定板，不同风攻角等环境下不同转动角度的导流板和中央稳定板可以有效改善桥梁等建筑物的迎风效果，使气体有效分流、绕流，从而提高其抗风性能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统，包括设置在大跨径桥梁侧部的鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板，所述鱼嘴上钢板一端连接大跨径桥梁的上桥面板边缘，鱼嘴下钢板一端连接大跨径桥梁的下桥面板边缘，鱼嘴上钢板的另一端和鱼嘴下钢板的另一端相互靠近，鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板之间设置有朝向外部的活动导流板以及控制活动导流板转动活动的调节机构；所述大跨径桥梁的桥面板上设置有风环境检测处理器；所述大跨径桥梁的桥面板上还设置有一对中央合页，两个中央合页之间设置有活动中央稳定板，该中央合页呈折叠状态，一部分固定贴附在桥面板上，另一部分贴附在活动中央稳定板上，所述活动中央稳定板与桥面板之间设置有中央液压数控伸缩杆，中央液压数控伸缩杆分别与活动中央稳定板和上桥面板铰接；所述活动导流板上以及活动中央稳定板上均设置有角度传感器。作为进一步的优选方案，所述调节机构包括固定板，固定板位于鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板之间，穿过鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板之间的间隙设置有固定导流板，固定导流板的一端固定在固定板上，另一端的上下表面各设有一个工业重型合页，两个工业重型合页上各安装一个活动导流板，其中靠上部的活动导流板与鱼嘴上钢板之间设有一个液压数控伸缩杆，该液压数控伸缩杆分别与活动导流板和鱼嘴上钢板铰接，靠下部的活动导流板与鱼嘴下钢板之间设有一个液压数控伸缩杆，该液压数控伸缩杆分别与活动导流板和鱼嘴下钢板铰接。作为进一步的优选方案，所述调节机构包括转动轴承卡位外环、转动轴承内环和转动轴承转动轴，所述转动轴承卡位外环固定设置在鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板的同侧端部，转动轴承内环位于转动轴承卡位外环内，转动轴承转动轴位于转动轴承卡位外环与转动轴承内环之间，所述活动导流板安装在转动轴承内环暴露于转动轴承卡位外环外的部分上，所述活动导流板与鱼嘴下钢板之间设置有液压数控伸缩杆，液压数控伸缩杆分别与活动导流板和鱼嘴下钢板铰接。作为进一步的优选方案，所述活动导流板贯穿鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板之间的间隙，活动导流板位于鱼嘴上钢板和鱼嘴下钢板内的端部与鱼嘴下钢板之间设置有液压数控伸缩杆，液压数控伸缩杆分别与活动导流板和鱼嘴下钢板铰接，液压数控伸缩杆的侧部安装有用于固定的卡位板，所述鱼嘴上钢板的端部或鱼嘴下钢板的端部与活动导流板接触的部分设置有耐磨橡胶。一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一：风环境检测处理器实时监测大跨径桥梁所处的风攻角环境，风环境检测处理器内部安装有中央控制器；步骤二：风环境检测处理器将监测到的风攻角数据传递至中央控制器，中央控制器通过内嵌的角度换算程序将风攻角数据转换成活动导流板和活动中央稳定板所要转动的角度数据，中央控制器再将角度数据转换成液压数控伸缩杆和中央液压数控伸缩杆分别需要伸长或缩短的长度数据；步骤三：中央控制器向液压数控伸缩杆和中央液压数控伸缩杆发出指令，液压数控伸缩杆驱动活动导流板转动，中央液压数控伸缩杆驱动活动中央稳定板转动；步骤四：活动导流板和活动中央稳定板转动完成后，通过活动导流板上安装的角度传感器以及活动中央稳定板上安装的角度传感器分别检测实际转动角度，并将实际转动角度反馈给中央控制器进行校对。与现有技术相比，本专利技术的主动控制系统通过实现导流板和中央稳定板的转动，以应对不同风攻角等风环境的变化，从而保证风嘴处、桥面板和桥塔等建筑物上的气体能更好的分流、绕流，一方面有利于解决大跨径桥梁应对不同风环境的变化而带来的风致振动问题，另一方面能使桥梁处于更有利的抗风状态，提高了桥梁的抗风稳定性，使车辆在大风环境下有较好的行驶舒适性，保证不同风环境下交通的顺利通行。导流板和中央稳定板需要定期试运行并加以维护，此时可通过光照、灯光以及桥梁等构筑物的外观变化等措施，使建筑结构的美学效果发生改变，增强建筑结构的外观美感。导流板和中央稳定板可在不使用时通过转动相应的角度而实现收拢，有利于提高其使用寿命。附图说明图1a是本专利技术实施例一的结构示意图；图1b是本专利技术实施例一的调节机构示意图；图1c是活动中央稳定板的结构示意图；图2a是本专利技术实施例二的结构示意图；图2b是本专利技术实施例二的调节机构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统，其特征在于：包括设置在大跨径桥梁侧部的鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102），所述鱼嘴上钢板（101）一端连接大跨径桥梁的上桥面板边缘，鱼嘴下钢板（102）一端连接大跨径桥梁的下桥面板边缘，鱼嘴上钢板（101）的另一端和鱼嘴下钢板（102）的另一端相互靠近，鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102）之间设置有朝向外部的活动导流板（2）以及控制活动导流板（2）转动活动的调节机构；所述大跨径桥梁的桥面板上设置有风环境检测处理器（7）；所述大跨径桥梁的桥面板上还设置有一对中央合页（13），两个中央合页（13）之间设置有活动中央稳定板（14），该中央合页（13）呈折叠状态，一部分固定贴附在桥面板上，另一部分贴附在活动中央稳定板（14）上，所述活动中央稳定板（14）与桥面板之间还设置有中央液压数控伸缩杆（15），中央液压数控伸缩杆（15）分别与活动中央稳定板（14）和桥面板铰接；所述活动导流板（2）上以及活动中央稳定板（14）上均设置有角度传感器（16）。

【技术特征摘要】
1.一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统，其特征在于：包括设置在大跨径桥梁侧部的鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102），所述鱼嘴上钢板（101）一端连接大跨径桥梁的上桥面板边缘，鱼嘴下钢板（102）一端连接大跨径桥梁的下桥面板边缘，鱼嘴上钢板（101）的另一端和鱼嘴下钢板（102）的另一端相互靠近，鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102）之间设置有朝向外部的活动导流板（2）以及控制活动导流板（2）转动活动的调节机构；所述大跨径桥梁的桥面板上设置有风环境检测处理器（7）；所述大跨径桥梁的桥面板上还设置有一对中央合页（13），两个中央合页（13）之间设置有活动中央稳定板（14），该中央合页（13）呈折叠状态，一部分固定贴附在桥面板上，另一部分贴附在活动中央稳定板（14）上，所述活动中央稳定板（14）与桥面板之间还设置有中央液压数控伸缩杆（15），中央液压数控伸缩杆（15）分别与活动中央稳定板（14）和桥面板铰接；所述活动导流板（2）上以及活动中央稳定板（14）上均设置有角度传感器（16）。2.根据权利要求1所述的一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统，其特征在于：所述调节机构包括固定板（3），固定板（3）位于鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102）之间，穿过鱼嘴上钢板（101）和鱼嘴下钢板（102）之间的间隙设置有固定导流板（4），固定导流板（4）的一端固定在固定板（3）上，另一端的上下表面各设有一个工业重型合页（5），两个工业重型合页（5）上各安装一个活动导流板（2），其中靠上部的活动导流板（2）与鱼嘴上钢板（101）之间设有一个液压数控伸缩杆（6），该液压数控伸缩杆（6）分别与活动导流板（2）和鱼嘴上钢板（101）铰接，靠下部的活动导流板（2）与鱼嘴下钢板（102）之间设有一个液压数控伸缩杆（6），该液压数控伸缩杆（6）分别与活动导流板（2）和鱼嘴下钢板（102）铰接。3.根据权利要求1所述的一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统，其特征在于：所述调节机构包括转动轴承卡位外环（8）、转动轴承内环（9）和转动轴承转动轴（10），所述转动轴承卡位外环（8）固定设置在鱼嘴上...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，田林杰，万丽娟，常山，李喆，陈章，刘奎，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32