本发明专利技术提供一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，包括：柔性骨架、柔性面板、拉索、滑轮、刚性尖端和电机，本发明专利技术所提出的一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴是一种主动气动措施，可以根据来流风的特性和桥梁所处的状态，调整风嘴的几何外形，以此改变桥梁的气动外形，提高桥梁抗风性能，以解决大跨度桥梁的风致振动问题。
【技术实现步骤摘要】
一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴
本专利技术涉及桥梁工程
，特别涉及一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴。
技术介绍
随着轻质高强新材料的使用、施工和设计技术的发展和人们对美学要求的提高，现代大跨度桥梁特别是悬索桥和斜拉桥趋向柔性化。柔性桥梁的结构刚度相对较小，对风致振动敏感。风致振动(如颤振、涡振、抖振等)已成为柔性桥梁设计的控制因素之一。因此，需要采取有效措施，提高桥梁的风致振动性能，在其运营风速范围内避免或减少风致振动。目前，改善桥梁风致振动性能的措施主要分为三类：1)结构措施，即通过合理的结构设计提高结构的刚度，从而提高桥梁的风致振动性能；2)机械措施，即通过在桥梁结构特定位置安装阻尼器来耗散能量，从而抑制桥梁结构的振动；3)气动措施，即通过特定措施来改善桥梁结构的气动外形，从而改善桥梁的抗风性能。目前，被动气动措施已被广泛应用于桥梁空气动力特性的改善，如设置稳定板、加劲梁开槽、安装导流板和被动控制面等。被动气动措施自适应性差，风洞实验环境验证的措施可能在实际风场环境下控制效果不理想。相对而言，主动气动措施自适应性强、控制效果好、控制设计弹性高，并且可以用于颤振和抖振等多种振动的控制。既有的主动气动措施主要有两种形式：1)安装在主梁迎风侧和背风侧的主动刚性风嘴/控制面，其和主梁之间存在一定空隙以方便刚性风嘴/控制面绕转轴转动；2)通过支架安装在主梁上方或下方一定距离的主动刚性控制面。前一种形式与主梁的空隙将导致附加气动力，有可能降低控制效率，且空隙对转轴等机构的耐久性不利。第二种形式要求控制面与主梁之间的距离足够大，这在实际中很难实现。因此，主动气动控制措施有待进一步研究。
技术实现思路
本专利技术所提出的一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴是一种主动气动措施，可以根据来流风的特性和桥梁所处的状态，调整风嘴的几何外形，以此改变桥梁的气动外形，提高桥梁抗风性能，以解决大跨度桥梁的风致振动问题。本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，包括：柔性骨架、柔性面板、拉索、滑轮、刚性尖端和电机；所述柔性骨架一端与主梁节段连接，另一端与所述刚性尖端连接；所述柔性面板包裹在所述柔性骨架的外部；所述电机和滑轮设置在主梁节段内部，所述电机用于驱动所述滑轮正反转；所述拉索设置在所述柔性骨架的内部，所述拉索包含位于所述柔性骨架的中轴线上下侧的两根拉索，两根所述拉索的一端与所述刚性尖端的左侧壁连接、另一端缠绕在所述滑轮上，且两根所述拉索的缠绕方向相反。在电机的驱动下，当滑轮旋转时，位于柔性骨架中轴线一侧的拉索伸长，另一侧拉索缩短，由此导致拉索中的张力发生变化，从而产生弯矩，可以实现整个风嘴的上下偏转，从而改变整个桥梁结构的气动外形。在其中一个实施例中，所述柔性骨架包括脊柱梁和肋梁，数个所述肋梁相互对称的设置在所述脊柱梁的上下两侧，所述脊柱梁一端与主梁节段连接，另一端与所述刚性尖端连接，所述柔性面板包裹在所述肋梁的外部。在其中一个实施例中，所述拉索经过所述肋梁和主梁节段的位置处、所述肋梁和主梁节段上分别设置有供所述拉索穿过的通孔。在其中一个实施例中，所述柔性面板由高弹性材料制成，经过预拉伸包裹在所述肋梁的外部，可以提高柔性面板的平面外刚度和减小柔性面板的屈曲。在其中一个实施例中，所述脊柱梁通过螺栓与主梁节段连接。在其中一个实施例中，所述柔性面板分别与主梁节段以及所述刚性尖端密封连接。设置刚性尖端为所述柔性面板提供了足够的粘连区域，也为所述拉索提供锚固区域；在其中一个实施例中，所述电机通过蜗杆蜗轮的传动方式驱动所述滑轮转动；采用蜗轮蜗杆的连接构造，使其具有自锁性，实现反向自锁。在其中一个实施例中，还包括设在所述主梁节段内部的滑轮轴，滑轮轴承座，蜗杆和涡轮，所述电机的转轴通过轴套与所述蜗杆传动连接，所述滑轮和涡轮套装在所述滑轮轴上，所述滑轮轴的两端分别穿插在所述滑轮轴承座内。在其中一个实施例中，所述电机的转轴以及所述蜗杆和滑轮轴上延其轴向的方向分别设置有花键，所述轴套，涡轮和滑轮的内壁上分别设置有可与所述花键配合的键槽。与现有技术相比，本专利技术提供的一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴具有以下优点：首先，与被动气动措施相比，可变形风嘴可以根据来流风的特性和桥梁所处的状态，进行姿态的调整，从而改变桥梁结构的气动外形，可主动适应不同风场情况，可以很好地改善主梁周围的流场分布，从而抑制桥梁风致振动(如颤振、涡振)；其次，与主动刚性风嘴相比，可变形风嘴的高度柔性，能产生大幅度的偏转，可获得的姿态更多，可变形风嘴的连续变形提高了气动控制效率，降低了控制系统能耗，从而大大提高了其在实际桥梁风致振动控制方面的适应性；再次，可变形风嘴结构简单，没有复杂的机械构造，并且固定在桥梁迎风侧和背风侧，相比以往铰接于桥梁的主动刚性风嘴/控制面，更为安全可靠；最后，可变形风嘴与主梁梁体之间没有间隙，减小由风嘴与主梁的空隙导致的附加气动力，提高了控制效率，还能保护内部结构和设备，防止腐蚀，提高耐久性等。附图说明图1是本专利技术的可变形风嘴的结构示意图；图2是本专利技术的可变形风嘴变形后的结构示意图；图3是本专利技术的可变形风嘴与主梁节段连接的局部结构立体示意图；图4是本专利技术的可变形风嘴与主梁节段的连接侧视图；图5是本专利技术的可变形风嘴与主梁节段连接时的变形侧视图；图6是本专利技术的可变形风嘴与主梁节段的连接立体结构示意图。图中各标号为：1—主梁节段，2—柔性骨架，3—脊柱梁，4—肋梁，5—柔性面板，6—拉索，7—滑轮，8—刚性尖端，9—可变形风嘴具体实施方式在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，其特征在于，包括：柔性骨架(2)、柔性面板(5)、拉索(6)、滑轮(7)、刚性尖端(8)和电机；/n所述柔性骨架(2)一端与主梁节段(1)连接，另一端与所述刚性尖端(8)连接；/n所述柔性面板(5)包裹在所述柔性骨架(2)的外部；/n所述电机和滑轮(7)设置在主梁节段(1)的内部，所述电机用于驱动所述滑轮(7)正反转；/n所述拉索(6)设置在所述柔性骨架(2)的内部，所述拉索(6)包含位于所述柔性骨架(2)的中轴线上下侧的两根拉索，两根所述拉索(6)的一端与所述刚性尖端(8)的左侧壁连接、另一端缠绕在所述滑轮(7)上，且两根所述拉索(6)的缠绕方向相反。/n
【技术特征摘要】
1.一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，其特征在于，包括：柔性骨架(2)、柔性面板(5)、拉索(6)、滑轮(7)、刚性尖端(8)和电机；
所述柔性骨架(2)一端与主梁节段(1)连接，另一端与所述刚性尖端(8)连接；
所述柔性面板(5)包裹在所述柔性骨架(2)的外部；
所述电机和滑轮(7)设置在主梁节段(1)的内部，所述电机用于驱动所述滑轮(7)正反转；
所述拉索(6)设置在所述柔性骨架(2)的内部，所述拉索(6)包含位于所述柔性骨架(2)的中轴线上下侧的两根拉索，两根所述拉索(6)的一端与所述刚性尖端(8)的左侧壁连接、另一端缠绕在所述滑轮(7)上，且两根所述拉索(6)的缠绕方向相反。
2.根据权利要求1所述的一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，其特征在于，所述柔性骨架(2)包括脊柱梁(3)和肋梁(4)，数个所述肋梁(4)相互对称的设置在所述脊柱梁(3)的上下两侧，所述脊柱梁(3)一端与主梁节段(1)连接，另一端与所述刚性尖端(8)连接，所述柔性面板(5)包裹在所述肋梁(4)的外部。
3.根据权利要求2所述的一种用于抑制桥梁风致振动的可变形风嘴，其特征在于，所述拉索(6)经过所述肋梁(4)和主梁节段(1)的位置处、所述肋...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓军，伍浩，何旭辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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