CN112900229A - 一种可调槽间透风率的分体式箱梁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调槽间透风率的分体式箱梁，包括两个箱梁、设于两个箱梁之间的至少一个开槽以及连接两个箱梁的至少一个横梁，开槽处设置有透风率调节装置，透风率调节装置包括沿纵向设置的至少一个透风率调节机构，透风率调节机构包括沿纵向相对设置的两个支架、沿横向间隔设置在两个支架之间的多个叶子板以及分别设置在两个支架上的两个驱动装置，通过两个驱动装置带动多个叶子板旋转和水平运动。本发明将透风率调节机构固定在两个箱梁之间的开槽内，在行车的情况下，降低槽间透风率或者展向交替调节槽间透风率，以消除涡振，保证行车舒适性和安全性，在潜在发生颤振的情况下，将槽间的透风率调至最大，以满足桥梁颤振稳定性能要求。

Description

一种可调槽间透风率的分体式箱梁

技术领域

本发明涉及桥梁结构技术领域，尤其涉及一种可调槽间透风率的分体式箱梁。

背景技术

随着桥梁跨径的增加，风致振动逐渐成为了大跨度桥梁必须考虑的因素之一。风致振动的主要形式可分为颤振、涡振和抖振。颤振是一种桥梁气动弹性失稳现象，表现为高风速下的扭转单自由度或弯扭自由度耦合的发散振动，一旦发生可能造成桥梁结构的垮塌破坏。涡振是一种在低风速下很容易出现的风致振动现象，但是由于结构的振动会对此时的涡脱形成某种反馈作用，气动阻尼随振幅逐渐由负转正，使得振幅受到限制，表现为一种限幅振动，但长期的涡激振动会导致桥梁发生疲劳损伤，同时影响行车安全性和舒适性。抖振是指桥梁在紊流场作用下的随机限幅振动。由于抖振在行车风速下产生的振幅通常比涡振小，目前桥梁抗风设计主要以提高桥梁颤振临界风速并限制涡振振幅为主。

桥梁在可能出现风振情况时，可以采取多种减振措施。主要可以分为三类：结构措施、气动措施和机械措施。结构措施通过调整结构整体布置、优化结构动力特性，结构措施的改变对工程的影响是最大的，甚至需要对桥梁整体结构进行重新设计，代价高，并且无法针对已建成的桥梁进行调整。机械措施能在不改变桥梁结构体系的情况下对风致振动进行有效的控制，但是机械振动装置往往造价高昂，不是桥梁抗风设计中的第一选择。气动措施能够在不改变桥梁结构与使用性能的前提下，通过适当改变桥梁外形或者布置一些附加的导流装置，达到降低桥梁的风致振动响应的效果，由于气动措施代价低、操作方便，应用也最为广泛。常用的气动措施包括加装封嘴、导流板、稳定板等，它们可以避免或者推迟旋涡脱落的发生，同时也能增大桥梁主梁风致振动的气动阻尼。

由于颤振影响到的是桥梁的安全性，为了提高大跨度桥梁的颤振性能，桥梁主梁通常会在断面中间开槽，采用分体式箱梁方案。既有试验结果表明，分体式箱梁在低风速下更容易发生涡激振动，影响车辆在桥梁上的行车安全和桥梁结构的疲劳特性。为了提高分体箱梁的涡振性能，降低涡振振幅，最直接有效的方法就是降低槽间透风率或者降低展向涡激力的相关性。因此采用分体式主梁的大跨度桥梁同时控制颤振和涡振对于开槽的透风率选择是存在着矛盾的，前者通常要求槽间要有较高透风率，后者则要求降低槽间透风率。目前常用的方法是在施工时确定槽间透风率，但是其在后续使用过程中无法进行调整，无法使颤振和涡振控制同时达到最优解，因此需要结合特定的风况决定所采用的措施。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种可调槽间透风率的分体式箱梁。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种可调槽间透风率的分体式箱梁，包括两个箱梁、设于两个所述箱梁之间的至少一个开槽以及连接两个所述箱梁的至少一个横梁，所述开槽处设置有透风率调节装置，所述透风率调节装置包括沿纵向设置的至少一个透风率调节机构，所述透风率调节机构包括沿纵向相对设置的两个支架、沿横向间隔设置在两个所述支架之间的多个叶子板以及分别设置在两个所述支架上的两个驱动装置，通过两个所述驱动装置带动多个所述叶子板旋转和水平运动。

作为本发明的进一步改进，每个所述驱动装置包括第一驱动机构、两个第二驱动机构，所述第一驱动机构能够旋转，所述第一驱动机构的输出端与其中一侧最外边的叶子板活动连接，其中一侧最外边的叶子板与所述支架之间连接有第一拉绳，其中一个所述第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板之间连接有第二拉绳，相邻所述叶子板之间连接有两个第三拉绳，另一个所述第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板之间连接有第四拉绳。

作为本发明的进一步改进，每个所述叶子板的中心水平穿设有中轴，每个所述支架内沿横向设置有滑槽，所述中轴的端部能够在对应所述支架的所述滑槽内滑动和转动。

作为本发明的进一步改进，所述中轴与所述叶子板一体成型连接。

作为本发明的进一步改进，每个所述叶子板上设置有两个安装轴，所述第三拉绳的两端分别与相邻的两个所述安装轴相连接。

作为本发明的进一步改进，所述安装轴与所述叶子板一体成型连接。

作为本发明的进一步改进，所述第一驱动机构为伸缩马达，所述支架上安装有固定轴，所述伸缩马达能够绕所述固定轴旋转，其中一侧最外边的叶子板上的安装轴伸入所述伸缩马达的输出端内。

作为本发明的进一步改进，所述伸缩马达套设在所述固定轴上。

作为本发明的进一步改进，两个所述第二驱动机构分别为第一旋转马达、第二旋转马达，所述第一旋转马达的输出端与所述第二拉绳相连接，所述第二旋转马达的输出端与所述第四拉绳相连接。

作为本发明的进一步改进，所述第二拉绳穿过多个所述叶子板的中心与另一侧最外边的叶子板相连接。

本发明的有益效果是：

(1)本发明将透风率调节机构固定在两个箱梁之间的开槽内，在行车的情况下，降低槽间透风率或者展向交替调节槽间透风率，以消除涡振，保证行车舒适性和安全性，在潜在发生颤振的情况下，将槽间的透风率调至最大，以满足桥梁颤振稳定性能要求，可有效提高大跨度分体式箱梁抵抗多种风致振动的性能。

(2)本发明的槽间透风率调节范围可介于0％-90％之间，能够实现透风率的连续调整，精确控制开槽处的透风率，便于应对复杂风场条件。

(3)无需调整断面形式或者使用阻尼器，经济适用，动态调整大跨度桥梁气动性能，针对涡振、颤振等振动形式使用有针对性的透风率进行抑制和消除，使涡振和颤振控制同时达到最优解，从而达到最优的风致振动控制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例的分体式箱梁的结构示意图；

图2为本发明一实施例的透风率调节机构的叶子板倾角为45°的主视图；

图3为图2中A的放大示意图；

图4为本发明一实施例的叶子板倾角为45°的分体式箱梁的俯视图；

图5为图4中B的放大示意图；

图6为本发明一实施例的叶子板倾角为25°的透风率调节机构的主视图；

图7为本发明一实施例的叶子板倾角为25°的透风率调节机构的俯视图；

图8为本发明一实施例的叶子板倾角示意图；

图9为本发明一实施例的透风率调节机构的叶子板倾角分别为25°和45°的俯视图；

图10为本发明一实施例的透风率调节机构的所有叶子板移动至最左侧的主视图；

图11为本发明一实施例的透风率调节机构的所有叶子板移动至最左侧的俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，一种可调槽间透风率的分体式箱梁，包括两个箱梁10、设于两个箱梁10之间的至少一个开槽12以及连接两个箱梁10的至少一个横梁14，开槽12处设置有透风率调节装置，透风率调节装置包括沿纵向设置的至少一个透风率调节机构16，透风率调节机构16包括沿纵向相对设置的两个支架18、沿横向间隔设置在两个支架18之间的多个叶子板20以及分别设置在两个支架18上的两个驱动装置，通过两个驱动装置带动多个叶子板20旋转和水平运动。

本发明优选每个驱动装置包括第一驱动机构、两个第二驱动机构，第一驱动机构能够旋转，第一驱动机构的输出端能够伸缩，第一驱动机构的输出端与其中一侧最外边的叶子板20活动连接，其中一侧最外边的叶子板20与支架18之间连接有第一拉绳22，每个第二驱动机构的输出端能够旋转，其中一个第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板20之间连接有第二拉绳24，相邻叶子板20之间连接有两个第三拉绳26，另一个第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板20之间连接有第四拉绳28。

本发明优选每个叶子板20的中心水平穿设有中轴30，每个支架18内沿横向设置有滑槽32，中轴30的端部能够在对应支架18的滑槽32内滑动和转动，通过中轴30在滑槽32内的滑动带动叶子板30移动，从而调整相邻叶子板20之间的距离，调整后由于第一拉绳22、第三拉绳26、第四拉绳28的限制，中轴30不再移动，能够在滑槽32内转动。

为了便于叶子板20的旋转，本发明优选中轴30与叶子板20一体成型连接。

本发明优选每个叶子板20上设置有两个安装轴34，第三拉绳26的两端分别与相邻的两个安装轴34相连接，能够使得多个叶子板20同步旋转。

本发明优选安装轴34与叶子板20一体成型连接，提高叶子板20旋转的稳定性。

本发明优选第一驱动机构为伸缩马达36，支架18上安装有固定轴38，伸缩马达36能够绕固定轴38旋转，其中一侧最外边的叶子板20上的安装轴34伸入伸缩马达36的输出端40内，通过伸缩马达36的输出端40的长度变化配合伸缩马达36的旋转，使得伸缩马达36的输出端40在移动的过程中能够旋转，安装轴34能够在伸缩马达36的输出端40内转动，叶子板20能够旋转。第一驱动机构并不局限于伸缩马达36，也可以为气缸或其它结构。

为了便于伸缩马达36的旋转，本发明优选伸缩马达36套设在固定轴38上。

本发明优选两个第二驱动机构分别为第一旋转马达41、第二旋转马达42，第一旋转马达41的输出端与第二拉绳24相连接，第二旋转马达42的输出端与第四拉绳28相连接，当第一旋转马达41和第二旋转马达42启动时，通过第二拉绳24带动另一侧最外边的叶子板20朝其中一侧最外边的叶子板20移动，从而推动多个叶子板20往其中一侧最外边的叶子板20移动，同时第二旋转马达42实现对第四拉绳28的放松。

本发明优选第二拉绳24穿过多个叶子板20的中心与另一侧最外边的叶子板20相连接，便于带动多个叶子板20收拢。

本发明优选第一拉绳22、第二拉绳24、第三拉绳26、第四拉绳28均为钢丝绳，但并不局限于钢丝绳，也可以为尼龙绳。

本发明优选支架18的左右两侧分别与两个箱梁10固定连接。具体的，支架18的左右两侧分别与两个箱梁10通过螺栓(图中未示出)固定连接。

本发明优选其中一侧最外边的叶子板20位于左侧最外边，另一侧最外边的叶子板20位于右侧最外边，第一旋转马达41、第二旋转马达42分别安装在对应支架18的左右两侧，固定轴38安装在支架18的左侧。

透风率λ是指图7中叶子板20未遮挡的面积A_empty与叶子板20整体面积A_all之比，A_empty＝A_all-A_full，其中A_full指的是叶子板20遮挡的面积。

假设每个透风率调节机构16安装n个叶子板20，透风率的计算方法如下：

以图7为例，n取27。但并不局限于27个叶子板20，可以根据实际情况设置不同数量的叶子板20。

若定义叶子板20的倾角α为叶子板20与水平线的夹角，叶子板20的长度为L，如图8所示，忽略叶子板20本身的厚度，则透风率λ的近似计算公式为：

可调槽间透风率的分体式箱梁有三种工作模式，第一种为单一透风率工作模式，工作原理为：伸缩马达36启动，由于第一拉绳22和第四拉绳28的限位作用，使得左侧最外边的叶子板20与中轴30一起转动，又由于相邻叶子板20间的第三拉绳26的牵引作用，每个叶子板20都能够转动相同的角度，通过调整叶子板20的旋转角度实现透风率的变化。第二种为组合透风率工作模式，工作原理为：通过驱动不同位置的伸缩马达36，使得沿纵向的多个透风率调节机构16的叶子板20处于不同倾角，实现不同透风率的开槽组合，降低展向气动力的相关性以进一步减小涡振振幅。第三种工作模式为完全开槽模式，工作原理为：驱动左侧的第一旋转马达41，卷起第二拉绳24使得右侧最外边的叶子板20逐渐往左运动，进一步带动所有叶子板20移动至最左侧，实现叶子板20收拢，同时右侧的第二旋转马达42同步放松第四拉绳28使其伸长。若恢复第一工作模式，使用右侧的第二旋转马达42拉动第四拉绳28，左侧的第一旋转马达41同步放松第二拉绳24，可将叶子板20恢复至初始状态。

图2显示的效果为叶子板20的倾角α为45°的情况。可以根据实际情况调整透风率，如将倾角调小，可减小透风率，效果如图6所示，此时倾角α为25°。

由于各透风率调节机构16的伸缩马达36相对独立，还可以通过调节不同位置的叶子板20使其处于不同的倾角α，实现不同位置使用不同的透风率。如图9所示，倾角α分别为25°、45°，形成组合透风率工作模式。

叶子板20的倾角α并不局限于25°、45°，可以为0-90°的任意值。

如图10、图11所示，此时叶子板20收拢至最左侧。

在一具体实施例中，支架18的长度d1为6m，高度h为0.25m，相邻叶子板20之间的间距d2为0.214m，共设置27个叶子板20。当然，支架18的长度d1、高度h以及相邻叶子板20之间的间距并不局限于以上数据，需要根据实际的开槽12的大小进行调整设置。

本发明的工作原理如下：

叶子板20可以静止在任一倾角位置，实现正常工作姿态，如图2所示，以实现削弱涡振振幅的作用；

当分体式箱梁在低风速下依旧有涡振发生趋势时，通过驱动伸缩马达36，沿桥梁纵向的多个透风率调节机构16可以使得叶子板20处于不同倾角，实现不同透风率的开槽组合，如图9所示，降低展向气动力的相关性以进一步减小涡振振幅；

当分体式箱梁在高风速下有颤振趋势时，通过驱动左侧的第一旋转马达41，卷起第二拉绳24，第二拉绳24带动所有叶子板20往最左端移动，右侧的第二旋转马达42同步释放第四拉绳28，如图10、图11所示，大幅提高槽间透风率，改善气动特性，提高颤振临界风速；当分体式箱梁所处风速回落后，驱动左侧的第一旋转马达41释放第二拉绳24，同时驱动右侧的第二旋转马达42卷起第四拉绳28，恢复正常工作姿态。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，包括两个箱梁、设于两个所述箱梁之间的至少一个开槽以及连接两个所述箱梁的至少一个横梁，所述开槽处设置有透风率调节装置，所述透风率调节装置包括沿纵向设置的至少一个透风率调节机构，所述透风率调节机构包括沿纵向相对设置的两个支架、沿横向间隔设置在两个所述支架之间的多个叶子板以及分别设置在两个所述支架上的两个驱动装置，通过两个所述驱动装置带动多个所述叶子板旋转和水平运动。

2.根据权利要求1所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，每个所述驱动装置包括第一驱动机构、两个第二驱动机构，所述第一驱动机构能够旋转，所述第一驱动机构的输出端与其中一侧最外边的叶子板活动连接，其中一侧最外边的叶子板与所述支架之间连接有第一拉绳，其中一个所述第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板之间连接有第二拉绳，相邻所述叶子板之间连接有两个第三拉绳，另一个所述第二驱动机构的输出端与另一侧最外边的叶子板之间连接有第四拉绳。

3.根据权利要求2所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，每个所述叶子板的中心水平穿设有中轴，每个所述支架内沿横向设置有滑槽，所述中轴的端部能够在对应所述支架的所述滑槽内滑动和转动。

4.根据权利要求3所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，所述中轴与所述叶子板一体成型连接。

5.根据权利要求2所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，每个所述叶子板上设置有两个安装轴，所述第三拉绳的两端分别与相邻的两个所述安装轴相连接。

6.根据权利要求5所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，所述安装轴与所述叶子板一体成型连接。

7.根据权利要求5所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，所述第一驱动机构为伸缩马达，所述支架上安装有固定轴，所述伸缩马达能够绕所述固定轴旋转，其中一侧最外边的叶子板上的安装轴伸入所述伸缩马达的输出端内。

8.根据权利要求7所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，所述伸缩马达套设在所述固定轴上。

9.根据权利要求2所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，两个所述第二驱动机构分别为第一旋转马达、第二旋转马达，所述第一旋转马达的输出端与所述第二拉绳相连接，所述第二旋转马达的输出端与所述第四拉绳相连接。

10.根据权利要求9所述的一种可调槽间透风率的分体式箱梁，其特征在于，所述第二拉绳穿过多个所述叶子板的中心与另一侧最外边的叶子板相连接。

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