一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构制造技术

本实用新型专利技术提供一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，通过增加沿腹板呈对称分布的气动稳定板来实现，本实用新型专利技术可以消除驰振现象，加工制作方便，施工简单，对抑制H型吊杆等桥梁H型钝体结构驰振具有良好的作用，显著提高抗风性能。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构
本技术涉及一种气动抑振措施，具体涉及一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构。
技术介绍
H型截面结构物在实际生活中被广泛应用，如拱桥的吊杆、桁架桥的弦杆、大跨屋盖结构的承重支架等。研究表明流体绕过H型断面会发生强烈的气流分离，出现尺度很大的旋涡，同时会在一定的雷诺数范围内产生规律性的旋涡脱落，对物体产生顺来流方向和垂直来流方向的气动力，诱发结构物发生振动、疲劳甚至损坏，如拱桥、桁架桥的吊杆、弦杆在风的作用下会发生驰振、颤振、涡振，振动严重时会影响结构物的可靠性和安全性。现有的桥梁抑振措施主要有机械措施、结构措施和气动措施三大类，机械措施和结构措施往往设计复杂，造价高昂，所以常采用气动措施。目前桥梁吊杆上常采用腹板、翼板开孔的方法来抑制吊杆的振动。实践应用发现H型吊杆表面开孔在施工时操作较为困难，而且对于一些抗压吊杆容易产生弯曲失稳现象，导致强度、稳定性不能满足要求。中国专利“一种倒角方形桥塔风致振动抑制构造”(公告号：CN203684092U，公开日：2014.07.02)公开了利用矩形截面的导流翼板提高桥塔的驰振临界风速及改善驰振稳定性，并进一步给出了透风率与驰振临界风速、稳定性的关系。但其不足之处在于：1)该公开专利仅仅提供了一种适用于桥梁中方形断面桥塔风致振动的抑振构造，并不适用于除桥塔这种构件之外的其他竖向构件，尤其不适用于长细比很大的H型断面的吊杆等构件；2)该公开专利的导流翼板构造仍存在表面开孔，增加施工安装工序和难度。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构。为达到上述目的，本技术采用了以下技术方案：包括对称设置于桥梁H型钝体结构的腹板两侧的(矩形平板状)气动稳定板(即一个桥梁H型钝体结构的腹板每侧对应布置一个气动稳定板，一个桥梁H型钝体结构布置两个气动稳定板)，所述气动稳定板所在平面与所述腹板垂直，且气动稳定板所在平面分别与桥梁H型钝体结构的两个翼缘板平行或呈非90度夹角(例如，倾斜角度控制在20度内的近似平行排列)，气动稳定板与所述腹板之间留有用于气流(流向为自其中一个翼缘板向另一个翼缘板)通过的缝隙。所述气动稳定板与每间隔一定距离设置于桥梁H型钝体结构的腹板上的立柱(立柱高度相同)相连。所述气动稳定板到桥梁H型钝体结构两翼缘的距离相等。所述气动稳定板对称布置于桥梁H型钝体结构的腹板的中轴线的两侧。所述气动稳定板沿顺桥向布置。所述气动稳定板的长度与桥梁H型钝体结构的长度相等(即气动稳定板通长布置)。所述桥梁H型钝体结构的腹板与气动稳定板之间的缝隙的尺寸为桥梁H型钝体结构翼缘(板)宽度H1的1/5～1/2倍(为达到最佳的抑振效果，所述桥梁H型钝体结构的腹板与气动稳定板之间缝隙的尺寸为桥梁H型钝体结构翼缘宽度H1的1/2倍)。所述气动稳定板的宽度为桥梁H型钝体结构翼缘宽度H1的2/3～5/6倍(为达到最佳的抑振效果，所述气动稳定板的宽度为桥梁H型钝体结构翼缘宽度H1的2/3倍)。所述气动稳定板(顶端)高出同侧翼缘(顶部)的距离为桥梁H型钝体结构翼缘宽度H1的1/2～2/3倍(为达到最佳的抑振效果，所述气动稳定板顶端高出同侧翼缘顶部的距离为桥梁H型钝体结构翼缘宽度H的2/3倍)。本技术的有益效果体现在：本技术通过设置气动稳定板(可与翼缘处气流分离产生的旋涡发生碰撞，同时气动稳定板与腹板之间缝隙允许部分气流通过，从而更强地限制了各旋涡的尺度)，显著提高了桥梁H型钝体结构驰振力系数，很好的抑制了桥梁H型钝体结构(例如H型吊杆、弦杆等)的驰振现象，与现有气动措施相比，加工制作方便、施工简单、抑振效果明显，可以提高抗风稳定性。进一步的，本技术通过对气动稳定板尺寸参数的控制，对抑制涡激振动具有良好的作用，提高了气动结构抑振效果。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为H型吊杆加设气动稳定板的横断面示意图；图3为风洞测振试验得到的原H型吊杆(原断面)与带气动稳定板吊杆的竖弯振幅随风速变化对比图；图4a为无气动稳定板流场风速迹线图；图4b为有气动稳定板流场风速迹线图；图5a为无气动稳定板流场风速涡量图；图5b为有气动稳定板流场风速涡量图；图6为气动稳定板抑振效果最佳时的各参数尺寸图；图中：1表示腹板，2表示翼缘板，3表示气动稳定板；D1为气动稳定板下端(内端)到腹板的距离，D2为气动稳定板宽度，D3为气动稳定板顶部(外端)到翼缘(近)端部的距离；B为两翼缘间距(即腹板宽度)；H1为翼缘宽度。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。本技术针对H型吊杆驰振问题，采用气动板措施，改变了结构(H型截面)表面气流形态，提高H型吊杆表面的驰振力系数，抑制驰振。气动板措施具体包括设置于H型吊杆腹板1两侧外的气动稳定板3，所述稳定板为平板状，气动稳定板3与H型吊杆腹板中轴线所在平面垂直，且气动稳定板3于H型吊杆腹板1上的正投影与所述中轴线重叠(气动稳定板与两个翼缘板2平行)。气动稳定板3与H型吊杆的长度相等，增加气动稳定板后的H型吊杆参见图1。表1.原断面与不同气动板措施方案结果对比注：H1为翼缘板宽度，D1为气动稳定板下端到腹板的距离，D2表示气动稳定板宽度，D3表示气动稳定板顶部到翼缘端部的距离，具体图示参考图2表1给出了5种不同工况的计算结果，工况1为无气动稳定板的原H型吊杆，工况2～5分别为气动稳定板与腹板之间缝隙宽度及气动稳定板高出翼缘的距离(决定D2的取值)不断增大的工况。由表1可见：引入气动稳定板后，H型吊杆的驰振力系数明显增大，且其值随着缝隙宽度及气动板高出翼缘的距离的增加而不断增大，说明此种气动板措施可有效提高H型吊杆驰振力系数，抑制驰振的发生，而风洞试验得到的图3(振幅随风速变化规律)也验证了这一结论，即气动板措施可消除驰振；同时根据图3可以发现，缝隙宽度及气动板高出翼缘的距离越大，涡振振幅越小，气动性能越好。从抗振性能和节省材料角度考虑，气动稳定板与腹板之间缝隙宽度为1/2倍翼缘宽度且气动稳定板高出翼缘距离为2/3倍翼缘宽度时抑振效果最好且最节省气动稳定板用材，因此工况5为气动板措施最佳尺寸方案(图6)。图4b、图4a和图5b、图5a分别给出了有气动稳定板与无气动稳定板的H型吊杆流场迹线和流场涡量。分析可知，无气动稳定板时，原断面(H型)在垂直于翼缘方向来风时，气流在上游翼缘端部产生的分离流在腹板上下侧产生单个尺度很大的旋涡，作用范围覆盖整个H型吊杆截面，且涡量较大，产生很大的升力，从而容易出现驰振现象；在腹板两侧分别布置气动稳定板后，在上游翼缘处气流分离产生的旋涡流至截面中部与气动稳定板发生碰撞，使得原来的尺度较大的涡被打散成若干个尺度较小的涡，同时气动稳定板与腹板之间缝隙允许部分气流通过，从而更强地限制了各涡的尺度。通过这一措施，气体绕流对截面的影响范围大大缩减，对截面产生的自激力远远小于驰振临界状态，抑制了驰振的发生。同时通过对气动板措施尺寸参数的不断优化(例如表1)，最终将涡振(由气动稳定板产生的)也限制在极小振幅。故气动板措施对H型截面振动现象起到了很好的控制作用。另外，参见图1，当气动稳定板与H型吊杆的腹板之间的间距(缝隙宽度)确定后，气动稳定板可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，其特征在于：包括两个对称设置于桥梁H型钝体结构的腹板(1)两侧的气动稳定板(3)，所述气动稳定板(3)所在平面与所述腹板(1)垂直，且气动稳定板(3)所在平面分别与桥梁H型钝体结构的两个翼缘板(2)平行或呈非90度夹角，气动稳定板(3)与所述腹板(1)之间留有用于气流通过的缝隙。

【技术特征摘要】
1.一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，其特征在于：包括两个对称设置于桥梁H型钝体结构的腹板(1)两侧的气动稳定板(3)，所述气动稳定板(3)所在平面与所述腹板(1)垂直，且气动稳定板(3)所在平面分别与桥梁H型钝体结构的两个翼缘板(2)平行或呈非90度夹角，气动稳定板(3)与所述腹板(1)之间留有用于气流通过的缝隙。2.根据权利要求1所述一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，其特征在于：所述气动稳定板(3)与每间隔一定距离设置于桥梁H型钝体结构的腹板(1)上的立柱相连。3.根据权利要求1所述一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，其特征在于：所述气动稳定板(3)到桥梁H型钝体结构两翼缘的距离相等。4.根据权利要求1所述一种抑制桥梁H型钝体结构驰振的气动结构，其特征在于：所述气动稳定板(3)对称布置于桥梁H型钝体结构的腹板(1)的中轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，郭聪敏，白桦，李加武，高广中，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61