CN208501431U - 基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，包括：多个建筑构件、在多个建筑构件上方的路面、位于所述路面下面的电热元件、以及设置在相邻两个建筑构件之间的振动能量收集部分；所述振动能量收集部分起到连接相邻两个建筑构件的作用；所述振动能量收集部分包括：第一悬臂梁、第二悬臂梁、连接构件、以及压电元件；在所述第一悬臂梁和第二悬臂梁上设置所述压电元件；所述连接构件设置在两个相邻的建筑构件之间，用于连接两个相邻的建筑构件上对应的悬臂梁；所述压电元件通过导线与所述电热元件相连接。本实用新型能够收集高架道路和桥梁产生的振动能量，并用于加热位于路面下面的电热元件，起到防止结冰、结霜、结露的作用。

Description

基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***

技术领域

本实用新型涉及一种基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，属于利用压电效应产生电能的领域。

背景技术

随着我国经济的不断发展,城市高架道路和高速公路建设的发展异常迅速。在城市高架道路和高速公路中，包含大量的桥梁结构和桥梁上路面。我国大部分地区，冬季气温较低，导致高架道路和桥梁路面极易出现结冰现象，给交通安全造成极大的隐患和危险。在我国西南的广大地区，空气湿度大，在冬季低温的条件下，高架道路和桥梁路面还容易出现结霜、结露等现象，造成路面湿滑，同样导致了交通安全的重大隐患。因此，如何在冬季低温条件下，保持路面的干燥清洁，成为了保证冬季交通安全、畅通的当务之急。

目前常用的防止路面结冰、结霜、结露的方法主要有两种：清除法和融化法。

清除法使用人工劳动力进行清除作业,适用于机械化程度不高的地区,它的特点是成本低廉,效率低下,但对一些机械难以到达的地区效果显著,目前在我国的偏远城镇使用广泛。

融化法主要包括导电混凝土、发热电缆、地热或废热融化***等。它们都可以即时融化,但对技术、参数和使用环境要求较高,且都还未达到大规模铺设使用阶段。其中，导电混凝土电热融化的工作原理是通过在普通混凝土中添加一定含量和适当种类的导电组分材料,使混凝土变成具有良好导电性能的导电体。当其接通电源后,导电混凝土因有电流从中流过产生热量,使路面温度升高。电缆加热法是一种以电能为能量来源、以电缆为加热体的路面加热技术。其相关技术已经在北欧一些国家用于路面融雪除冰。电缆加热法是先铺设钢筋网,再将发热电缆固定在钢筋网上且需要保证发热电缆的绝缘完整才能保证加热有效性和用电安全。这两种方法均需要从电网消耗电能，且耗能量较大，不利于环保。地热或废热融化***，地热的形式是利用浅层土壤内(5-15cm)的热能，通过热管传送到地面，或者是地下热水或蒸汽通过循环管路输送到地面对地面进行加热，这种方法使用时有地域差异性，管道铺设复杂，成本较高，高速公路等远离热源的路面无法使用。废热加热***是指通过循环管道内的废热对地面加热，如：城市供水余热、生活废水、燃气废热等。这种方法同样需要铺设大量的管道，在远离热源的地区应用受到较大限制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，能够收集高架道路和桥梁产生的振动能量，将该能量转化为电能储存起来，并用于加热位于桥梁路面下面的电热元件，从而为路面加热，起到防止结冰、结霜、结露的作用，具有无需大量消耗电网能量，以及便于铺设、适用范围广等优点。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型提供的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，包括：多个建筑构件、在多个建筑构件上方的路面、位于所述路面下面的电热元件、以及设置在相邻两个建筑构件之间的振动能量收集部分；所述振动能量收集部分起到连接相邻两个建筑构件的作用；所述振动能量收集部分包括：第一悬臂梁、第二悬臂梁、连接构件、以及压电元件；在所述第一悬臂梁和第二悬臂梁上设置所述压电元件；所述连接构件设置在两个相邻的建筑构件之间，用于连接两个相邻的建筑构件上对应的悬臂梁；所述压电元件通过导线与所述电热元件相连接。

其中，每个建筑构件均包括位于桥梁横向方向一端的第一壁和位于桥梁横向方向另一端的第二壁；在所述第一壁上，固定设置有所述第一悬臂梁，所述第一悬臂梁的一端固定在所述第一壁上，所述第一悬臂梁的另一端为自由端，从所述第一壁向所述建筑构件的中心线延伸；在所述第二壁上，固定设置有所述第二悬臂梁，所述第二悬臂梁的一端固定在所述第二壁上，所述第二悬臂梁的另一端为自由端，从所述第二壁向所述建筑构件的中心线延伸；所述第一悬臂梁的自由端与所述第二悬臂梁的自由端相对设置；在每个悬臂梁的自由端附近，均设置有贯通上下方向的通孔。

其中，所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁的截面为“H”型，所述压电元件设置在所述第一悬臂梁和所述第二悬臂梁“H”型截面中水平延伸的部分上；同时，“H”型截面中水平延伸的部分位于所述建筑构件的质心所在的高度位置。

其中，所述连接构件沿桥梁长度方向跨越相邻的两个所述建筑构件之间的空间，并且包括位于悬臂梁上方的上部连接件和位于悬臂梁下方的下部连接件；所述上部连接件沿桥梁长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件之中对应的悬臂梁的上表面相对设置；所述下部连接件沿桥梁长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件之中对应的悬臂梁的下表面相对设置；所述上部连接件和所述下部连接件沿桥梁长度方向的两端分别通过固定件连接固定。

其中，在所述上部连接件和所述下部连接件沿桥梁长度方向的两端部均设置有一凸出部；其中，所述上部连接件两端的凸出部向下方凸出，所述下部连接件两端的凸出部向上方凸出；并且，所述上部连接件和所述下部连接件两端的凸出部相对设置；用于连接所述上部连接件和所述下部连接件的固定件设置于所述的凸出部中，且该固定件从每个悬臂梁自由端附近的贯通上下方向的通孔中通过。

本实用新型与现有技术相比，具有以下的有益效果：1.通过在高架道路和桥梁的路面下铺设电热元件，能够在冬季寒冷、空气湿度大的条件下，为路面提供热量，防止路面结冰、结霜、结露，减少由于路面湿滑造成的交通安全隐患。2. 通过收集高架道路和桥梁产生的振动能量，将该能量转化为电能储存起来，并用于加热位于桥梁路面下面的电热元件，避免了现有技术中采用电网能量加热路面造成的电能消耗，有利于节能环保。3.收集高架道路和桥梁自身产生的振动能量用于自身的加热，***铺设方便，避免了大量复杂的管道铺设施工，具有铺设方便，适用范围广的优点。

附图说明

图1为包含本实用新型的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***的高架道路或桥梁的示意图。

图2为根据本实用新型的振动能量收集部分的俯视剖面示意图。

图3为图2中沿A-A线的剖视图。

图4为根据本实用新型的振动能量收集部分中的连接臂和压电元件的侧视剖面示意图。

图5为本实用新型的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***构成示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作出进一步的描述和解释，但不作为对本实用新型保护范围的限制。

如图1所示为包含本实用新型的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***的高架道路或桥梁的示意图，其中，高架道路或桥梁由多个建筑构件3相互连接构成，在多个建筑构件3的上方为高架道路或桥梁的路面2，多个建筑构件 3均通过支撑件5支撑在桥墩4上，在两个相邻的建筑构件3之间，设置有根据本实用新型的振动能量收集部分1，振动能量收集部分1起到连接相邻的两个建筑构件3的作用。同时，振动能量收集部分1能够收集高架道路或桥梁产生的振动能量，将该能量转化为电能储存起来，并用于加热位于高架道路或桥梁路面下面的电热元件(未图示)，从而能够在冬季寒冷、空气湿度大的条件下，为路面提供热量，防止路面结冰、结霜、结露，减少由于路面湿滑造成的交通安全隐患。

图2和图3所示为根据本实用新型的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***的振动能量收集部分1的示意图。其中，图2中左右方向为高架道路或桥梁的长度方向，图2中上下方向为高架道路或桥梁的横向方向。根据本实用新型的振动能量收集部分1，包括：第一悬臂梁601、第二悬臂梁602、连接构件7、以及压电元件8；其中，每个建筑构件3均包括位于横向方向一端的第一壁301 和位于横向方向另一端的第二壁302；在每个建筑构件3的第一壁301上，均固定设置有第一悬臂梁601，第一悬臂梁601的一端固定在第一壁301上，第一悬臂梁601的另一端为自由端，从第一壁301向建筑构件3的中心线延伸；在每个建筑构件3的第二壁302上，均固定设置有第二悬臂梁602，第二悬臂梁602的一端固定在第二壁302上，第二悬臂梁602的另一端为自由端，从第二壁302 向建筑构件3的中心线延伸；第一悬臂梁601的自由端与第二悬臂梁602的自由端相对设置；在两个相邻的建筑构件3之间，设置有用于连接对应的悬臂梁的连接构件7；在每个第一悬臂梁601和每个第二悬臂梁602上，均设置有压电元件 8，压电元件8通过导线(未图示)依次与整流电路、储能模块、电热元件相连接，从而起到收集高架道路或桥梁产生的振动能量，将该能量转化为电能储存起来，并用于加热位于高架道路或桥梁路面下面的电热元件的作用。

其中，第一悬臂梁601和第二悬臂梁602的截面均可以设置为“H”型，这一方面便于感应高架道路或桥梁的振动，从而带动悬臂梁上面的压电元件8振动从而产生电能，另一方面也能够为相邻的两个建筑构件3之间提供必要的连接强度。如图4所示，在第一悬臂梁601和第二悬臂梁602的截面设置为“H”型的情况下，压电元件8可以设置在悬臂梁截面水平延伸的部分上，从而便于感应高架道路或桥梁的振动。

如图3所示，点划线9代表了建筑构件3的质心(即质量中心)所在的高度位置。在图3所示的实施例中，相邻两个建筑构件3的第一悬臂梁601的截面均设置为“H”型，而且，“H”型截面中水平延伸的部分刚好位于建筑构件3的质心所在的高度位置。按照上述方式设置悬臂梁在建筑构件3中高度上的位置，一方面有助于防止相邻的两个建筑构件3之间由于外力作用产生不希望的翻转和扭转，从而提高了相邻的两个建筑构件3之间的连接强度；另一方面，便于感应和收集建筑构件3中产生的振动，提高了能量收集的效率。

为了连接相邻的两个建筑构件3之中对应的悬臂梁，在每个悬臂梁的自由端附近，均设置有贯通上下方向的通孔。连接构件7沿长度方向跨越相邻的两个建筑构件3之间的空间，并包括位于悬臂梁上方的上部连接件701和位于悬臂梁下方的下部连接件702。其中，上部连接件701沿长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件3之中对应的悬臂梁的上表面相对设置，下部连接件702沿长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件3之中对应的悬臂梁的下表面相对设置。上部连接件701和下部连接件702沿长度方向的两端分别通过固定件连接固定，并且，为了将相邻的两个建筑构件3之中对应的悬臂梁相连接，该固定件从每个悬臂梁自由端附近的贯通上下方向的通孔中通过。

如图3中所示，为了进一步加强相邻的两个建筑构件3之间的连接强度，连接相邻的两个建筑构件3之间的第一悬臂梁601的连接构件和连接相邻的两个建筑构件3之间的第二悬臂梁602的连接构件可以设置为一体的形式。

在第一悬臂梁601和第二悬臂梁602的截面均设置为“H”型的情况下，为了提高连接构件7中上部连接件701和下部连接件702之间的连接强度，在上部连接件701和下部连接件702沿长度方向的两端部均设置有一凸出部，其中，上部连接件701两端的凸出部向下方凸出，下部连接件702两端的凸出部向上方凸出，并且，上部连接件701和下部连接件702两端的凸出部相对设置。用于连接上部连接件701和下部连接件702的固定件设置于所述的凸出部中，且该固定件从每个悬臂梁自由端附近的贯通上下方向的通孔中通过。

在本实用新型中，建筑构件3所采用的材料可以为高架道路或桥梁建筑中常用的材料，包括结构钢、钢筋混凝土预制构件等。悬臂梁和连接构件优选采用强度符合要求结构钢制成。

如图5所示，为了实现防止路面结冰、结霜、结露的功能，在高架道路或桥梁路面的下面埋设电热元件(未图示)，压电元件8通过导线(未图示)依次与整流电路、储能模块、电热元件相连接，从而收集高架道路或桥梁产生的振动能量，将该能量转化为电能储存起来，并用于加热位于高架道路或桥梁路面下面的电热元件。

此外，为了保证防止路面结冰、结霜、结露的效果，在仅仅依靠高架道路或桥梁产生的振动能量不足以满足加热的能量要求的情况下，还可以借助太阳能、风能等其他绿色能源，或者借助一部分电网能量，与压电元件8收集的振动能量一起，来为电热元件提供能量。

本实用新型通过在高架道路和桥梁的路面下铺设电热元件，能够在冬季寒冷、空气湿度大的条件下，为路面提供热量，防止路面结冰、结霜、结露，减少由于路面湿滑造成的交通安全隐患。本实用新型通过收集高架道路和桥梁产生的振动能量，为电热元件提供能量，避免了现有技术中采用电网能量加热路面造成的电能消耗，有利于节能环保。此外，避免了大量复杂的管道铺设施工，具有铺设方便，适用范围广的优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，包括：多个建筑构件(3)、在多个建筑构件(3)上方的路面(2)、位于所述路面(2)下面的电热元件、以及设置在相邻两个建筑构件(3)之间的振动能量收集部分(1)；所述振动能量收集部分(1)起到连接相邻两个建筑构件(3)的作用；其特征在于：

所述振动能量收集部分(1)包括：第一悬臂梁(601)、第二悬臂梁(602)、连接构件(7)、以及压电元件(8)；在所述第一悬臂梁(601)和第二悬臂梁(602)上设置所述压电元件(8)；所述连接构件(7)设置在两个相邻的建筑构件(3)之间，用于连接两个相邻的建筑构件(3)上对应的悬臂梁(601、602)；

所述压电元件(8)通过导线与所述电热元件相连接。

2.根据权利要求1所述的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，其特征在于：其中，每个建筑构件(3)均包括位于桥梁横向方向一端的第一壁(301)和位于桥梁横向方向另一端的第二壁(302)；在所述第一壁(301)上，固定设置有所述第一悬臂梁(601)，所述第一悬臂梁(601)的一端固定在所述第一壁(301)上，所述第一悬臂梁(601)的另一端为自由端，从所述第一壁(301)向所述建筑构件(3)的中心线延伸；在所述第二壁(302)上，固定设置有所述第二悬臂梁(602)，所述第二悬臂梁(602)的一端固定在所述第二壁(302)上，所述第二悬臂梁(602)的另一端为自由端，从所述第二壁(302)向所述建筑构件(3)的中心线延伸；所述第一悬臂梁(601)的自由端与所述第二悬臂梁(602)的自由端相对设置；在每个悬臂梁(601、602)的自由端附近，均设置有贯通上下方向的通孔。

3.根据权利要求2所述的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，其特征在于：所述第一悬臂梁(601)和所述第二悬臂梁(602)的截面为“H”型，所述压电元件(8)设置在所述第一悬臂梁(601)和所述第二悬臂梁(602)“H”型截面中水平延伸的部分上；同时，“H”型截面中水平延伸的部分位于所述建筑构件(3)的质心所在的高度位置。

4.根据权利要求3所述的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，其特征在于：所述连接构件(7)沿桥梁长度方向跨越相邻的两个所述建筑构件(3)之间的空间，并且包括位于悬臂梁(601、602)上方的上部连接件(701)和位于悬臂梁(601、602)下方的下部连接件(702)；所述上部连接件(701)沿桥梁长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件(3)之中对应的悬臂梁的上表面相对设置；所述下部连接件(702)沿桥梁长度方向的两端，分别与相邻的两个建筑构件(3)之中对应的悬臂梁的下表面相对设置；所述上部连接件(701)和所述下部连接件(702)沿桥梁长度方向的两端分别通过固定件连接固定。

5.根据权利要求4所述的基于压电元件的桥梁振动能量收集防结冰***，其特征在于：在所述上部连接件(701)和所述下部连接件(702)沿桥梁长度方向的两端部均设置有一凸出部；其中，所述上部连接件(701)两端的凸出部向下方凸出，所述下部连接件(702)两端的凸出部向上方凸出；并且，所述上部连接件(701)和所述下部连接件(702)两端的凸出部相对设置；用于连接所述上部连接件(701)和所述下部连接件(702)的固定件设置于所述的凸出部中，且该固定件从每个悬臂梁自由端附近的贯通上下方向的通孔中通过。