[發明專利]抑制分離式箱梁渦激振動控制系統

有效

• 申請號: 201110365848.0
• 申請日: 2011-11-03
• 公開（公告）號: CN102505627A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 李惠;賴馬樹金
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及風致振動控制技術，具體說就是一種抑制分離式箱梁渦激振動控制系統。

(二)背景技術

隨著跨度的增加，橋梁變得越來越柔，阻尼也將越來越小，這必將使大跨度橋梁的風效應顯著增強。對于大跨度橋梁而言，渦激振動是一種典型的風致振動現象。渦激振動是指當流體繞過橋面時，在箱梁斷面的尾部將產生旋渦脫落，當旋渦脫離的頻率與主梁某階固有頻率相近時，此時將產生大幅的渦激共振。雖然渦激振動是一種限幅振動，但它在小風速下就可能發生(對于大跨度懸索橋而言，一般為4-12m/s)，誘發頻率高且振動幅值較大，影響行車安全，還可能產生長時間的疲勞損傷。目前，在一些大跨度橋梁上均出現到了渦激振動現象，比如丹麥的大海帶東橋，日本的東京灣大橋等。對于超大跨度懸索橋梁而言，為了獲得較高的臨界顫振風速，一般將主梁設計成分離式箱梁形式。雖然這種形式的箱梁斷面具有較好的氣動穩定性，但由于兩個箱梁間空隙的存在，使得箱梁周圍的流場結構異常復雜，旋渦脫落特性顯著增強，從而加劇了主梁渦激振動。目前關于分離式箱梁渦振控制措施的還相對較少，因此有必要針對分離式箱梁的渦激振動開發一套簡單、安全和實用性強的渦激振動控制裝置和相應的控制系統。

目前，大跨度橋梁主梁渦激振動控制措施主要有兩種：一種方法是在箱梁下表面角點附近安裝導流板；另外一種方法是在箱梁內安裝被動調諧質量阻尼器，即TMD。安裝導流板控制措施的原理是利用導流板中的高速氣流將脫落的旋渦打碎，從而達到減輕或消除渦激振動的目的。該方法在大跨度橋梁渦振控制中運用較為廣泛，最典型的一個運用實例是該控制措施成功抑制了丹麥大海帶東橋的渦激振動。但是，張偉等利用PIV技術對大海帶東橋導流板對流場作用的機理進行研究發現：在低風速區導流板能夠消除箱梁底部的旋渦；在高風速區，導流板雖不會對箱梁底部的流場造成顯著的影響，但會改變尾跡區旋渦的分布狀態，對顫振穩定性產生不利影響。此外，Larose對昂船州大橋導流板風洞試驗發現，Re數對導流板的減振效果具有重要的影響，Re數較低時，壁面邊界層較厚，導流板浸沒于邊界層內，沒有足夠的氣流通過，從而無法將形成的旋渦打碎。目前導流板的設計一般以風洞縮尺模型試驗為基礎，然而風洞試驗Re數無法達到現場足尺Re數，因此設計出的導流板在現場實橋中是否能起到很好的控制效果，仍需進一步研究。TMD的工作原理是通過調節TMD自身的質量、剛度和阻尼系統將結構振動的能量傳遞到TMD上，從而達到減弱結構振動的目的。Fujino針對東京灣大橋出現的渦激振動，開發了一種用于控制箱梁豎向渦振的TMD控制裝置，該控制裝置安裝于實橋后取得了良好的控制效果。但對于大跨度懸索橋梁而言，經常發生不同模態下的渦激振動，而TMD一般只能控制某一階振型的響應，這一特征將嚴重限制TMD在大跨度懸索橋梁渦振控制中的運用。此外TMD自身質量較重，這無疑會極大增加橋梁豎向荷載。

目前，運用于橋梁渦振控制的措施一般都是永久性的，不具有可控性，若能針對流場的特點，主動改變橋梁流場，使橋梁在各個階段都具有較好的氣動特性，則能達到較好的控制效果。

(三)、發明內容

本發明的目的在于提供一種抑制分離式箱梁渦激振動控制系統。

本發明的目的是這樣實現的：它是由渦激振動感知單元、渦激振動控制單元、渦激振動制動單元和渦激振動控制板單元組成的，其特征在于：渦激振動感知單元連接渦激振動控制單元，渦激振動控制單元連接渦激振動制動單元，渦激振動制動單元連接渦激振動控制板單元。本發明還有以下技術特征：

(1)所述的渦激振動感知單元包括兩個單向高精度加速度傳感器、兩個三維超聲風速儀、A/D數據采集卡和工控機，兩個單向高精度加速度傳感器和兩個三維超聲風速儀連接A/D數據采集卡，A/D數據采集卡連接工控機。

(2)所述的渦激振動控制單元由D/A轉換卡組成。

(3)所述的渦激振動制動單元由四臺電機、四根導向軌道和兩根導向桿構成，電機連接導向軌道和導向桿。

(4)所述的渦激振動控制板單元由四塊輕質碳纖維板組成，碳纖維板之間由合頁連接，可自由伸展和折疊，第一塊碳纖維板與箱梁側壁上方連接方式也是合頁連接，渦激振動發生時，在控制指令作用下控制板向前伸張將分離式箱梁空隙封閉，渦激振動結束時，在控制指令作用下控制板向后折疊，將空隙打開。