[發明專利]一種主動型氣動翼柵欄桿結構及其控制方法

有效

• 申請號: 202110389211.9
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113073548B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 王子龍;方根深;趙林;陳翰林;葛耀君
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E01D19/10
• 分類號: E01D19/10;E01D19/00
• 代理公司: 蘇州見山知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32421
• 代理人: 袁麗花

本發明提供了一種主動型氣動翼柵欄桿結構及其控制方法，涉及大跨橋梁風振性能技術領域。該主動型氣動翼柵欄桿結構包括主梁、側欄桿、氣動翼板和驅動機構。側欄桿設置于主梁的邊緣處，任意相鄰兩個側欄桿之間均設置有多個氣動翼板。氣動翼板能夠隨著橋梁所處風環境和主梁振動狀態的改變而實時調整姿態，以減小橋梁的氣動升力矩，提高橋梁結構的風振性能。該控制方法，包括如下步驟：設定主梁的扭轉運動的函數；根據主梁的扭轉運動的函數導出主梁的扭轉加速度的函數；選擇氣動翼板與主梁之間運動的相位差和從主梁振幅到氣動翼板振幅的放大系數為控制參數；導出氣動翼板的扭轉運動函數形式；及根據氣動翼板的扭轉運動函數形式控制氣動翼板的轉動。

技術領域

本發明涉及大跨橋梁風振性能技術領域，尤其是涉及一種主動型氣動翼柵欄桿結構及其控制方法。

背景技術

大跨橋梁的氣動性能主要依賴于主梁所受的表面氣動力，而主梁的氣動力與主梁周圍流場的流動形態密切相關，主梁的外形是決定其表面流場形態的關鍵因素。

為提高橋梁結構的風振性能，如提高顫振臨界風速、降低渦振和抖振振動幅值，通常采用在表面增設氣動控制措施，常見的有導流板、抑流板、中央開槽、裙板、分流板、風嘴和穩定板等。它們通常固定在橋梁結構上，也可統稱為固定或被動型氣動措施。被動氣動措施的造價低、魯棒性強，已在橋梁結構中得到了廣泛應用。

但隨著橋梁跨徑的增大，被動型氣動措施所能提供的改善效果正在接近極限，且多數被動氣動措施無法兼顧多種不利的風振效應，部分措施在提升某一種風振性能的同時甚至會降低其他風振性能，單純使用傳統的被動氣動措施已不能滿足大跨橋梁對風振性能的要求。

因此，為彌補傳統的被動型氣動措施在大跨橋梁風振控制方面的不足，本發明提出了一種主動型氣動翼柵欄桿結構及其控制方法，以大幅提升大跨橋梁結構的風振性能。

發明內容

針對上述情況，本發明提供一種主動型氣動翼柵欄桿結構，其能夠大幅提升大跨橋梁結構的風振性能。

本發明還提供一種控制方法，其能夠用于控制主動型氣動翼柵欄桿結構的運動。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種主動型氣動翼柵欄桿結構，主要可以包括：

主梁；

側欄桿，設置于主梁的邊緣處，側欄桿至少有兩個；

氣動翼板，任意相鄰兩個側欄桿之間均設置有多個氣動翼板；及

驅動機構，用于驅動氣動翼板轉動。

側欄桿至少有兩個，使得側欄桿和氣動翼板能夠分段運輸后，再現場安裝。主動型氣動翼柵欄桿結構將多個氣動翼板形成翼柵結構，若干氣動翼板與橋梁外側欄桿形成有機整體，無需增設體積龐大的附加的連接構件。該主動型氣動翼柵欄桿結構能夠隨著橋梁所處風環境和主梁振動狀態的改變而實時調整姿態，以減小橋梁的氣動升力矩，提高橋梁結構的風振性能。當橋梁在較低風速下發生渦激振動或在較高風速下發生顫振失穩時，主動控制欄桿上的氣動翼柵能夠根據橋梁主梁的振動按預設的參數發生相應振動，實時地改變橋梁氣動性能，提高橋梁結構的風振性能，保障結構安全和行車安全。

在本發明的一些實施例中，上述驅動機構包括伺服電機，伺服電機的輸出軸與氣動翼板的側面的中部相連。以更好地通過伺服電機控制氣動翼板的轉動。

在本發明的一些實施例中，上述任意相鄰兩個側欄桿之間設置有三個氣動翼板。

在本發明的一些實施例中，上述每個氣動翼板均連接有一驅動機構，以使每個氣動翼板均能被單獨控制。

在本發明的一些實施例中，上述氣動翼板與側欄桿通過固定鉸相連。