[發明專利]一種抑制橋梁顫振及渦振的翼板系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201711497974.5
• 申請日: 2017-12-31
• 公開（公告）號: CN108035237A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 廖海黎;劉一樞;王騎;李明水;馬存明;周強;卓凌駿
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: E01D2/04
• 分類號: E01D2/04;G01M9/00
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

本發明公開了一種抑制橋梁顫振及渦振的翼板系統及其控制方法。包括一個以上主梁節段，主梁節段設置有運動信號采集模塊，兩側分別設置有翼板和控制翼板扭轉的扭轉裝置；還包括風速采集裝置和主機。運動信號采集模塊、扭轉裝置和風速采集裝置分別連接到主機，主機根據運動信號采集模塊采集的振動數據以及風速采集裝置采集的風速，通過扭轉裝置分別控制主梁節段兩側的翼板的扭轉角度，以抑制橋梁顫振及渦振。本發明能根據橋梁的振動數據和風速實時調整翼板的迎風角度，使橋梁快速脫離渦振及顫振發散等不利橋梁健康的狀態。

技術領域

本發明涉及大跨度橋梁抗風領域，具體為一種抑制橋梁顫振及渦振的翼板系統及其控制方法。

背景技術

橋梁斷面從最初的桁架形式發展到了現在的流線型箱梁。流線型箱梁的使用使得大跨度橋梁既可以減小結構橫載并減少后期維護，又能增加結構的扭轉剛度并減小氣動力。但隨之而來的問題是，其顫振情況更易于產生耦合振動的發散，所以需要深入研究來抑振。早期，研究者采用放置在主梁兩側的調諧質量阻尼器(TMD)來調整橋梁顫振的頻率，但是這種措施穩定性不好，抑振效果不突出。也有采用內置于主梁的水箱來改變結構重心，此舉可顯著增加顫振臨界風速。采用流線型箱梁形式和被動措施都可以有效抑制顫振振動，但是研究表明其僅適用于主跨跨徑不超過3000m的橋梁。而隨著日益增加的跨海工程橋梁建設的需求，采用主動控制措施來抑制顫振是一值得深入研究的課題。

針對這一問題的現有技術如下：

一、分離式氣動翼板

2002年，劉高基于前輩學者對于分離式氣動翼板主動控制對顫振臨界風速的研究。該作者基于非定常氣動力理論，從增加系統扭轉阻尼的角度進行了進一步的探索。根據系統氣動力方程推導出了由翼板主動扭轉為系統提供的氣動阻尼的表達式，確定了翼板氣動阻尼達到最大值對扭轉幅值、相位角等參數的滿足條件，從理論上深入地分析了各參數對氣動阻尼的影響。其結果也與前人的試驗結果基本吻合。文中給出了理論數據，選取適當的翼板主動扭轉參數可以達到明顯的抑振效果，且抑振效果大大優于固定翼板。

二、主動風嘴翼板

1998年，Hansen和Thoft-Christensen將主動控制翼板集成在主梁兩側，對于提高美觀和抑振都有一定價值。該文從Theodorsen勢能原理上進行發展，假設迎風側翼板對流經氣流的渦旋沒有影響，所以推導出翼板的氣動力分別是其轉角一階、二階導數的線性表達式。

2001年，Wilde,Omenzetter和Yozo Fujino也做了對象是主動控制翼板集成在主梁風嘴處的研究，運用Theodorsen對于機翼-尾翼-腹板的方程式，通過有理函數逼近的方法得到氣動力的時域表達式，以基于系統穩定魯棒性的表現因子來計算出最優翼板的設置參數。

綜上所述，現有技術存在的問題是：

1.國內尚沒有專門針對主動風嘴翼板抑制橋梁顫振、渦振的控制系統。

2.國外類似裝置構件組成復雜且主動翼板不可移動，僅在風洞試驗中能實現特定的試驗，投入成本高。

3.國外大多數主動控制技術多處在理論驗證階段，尚未有試驗驗證。

發明內容

本發明提供了一種抑制橋梁顫振及渦振的翼板系統及其控制方法，用于橋梁主動抗風節段試驗以及橋梁實際建設中對橋梁顫振發散、渦振進行主動控制。

本發明所采用的技術方案為：

一種抑制橋梁顫振及渦振的翼板系統，所述橋梁包括一個以上主梁節段；

所述主梁節段設置有運動信號采集模塊，位于主梁節段的形心處，用于采集主梁節段在風致振動作用下的振動數據；

所述主梁節段的兩側分別設置有翼板，翼板的一端活動連接到主梁節段的側邊；