阅读说明：本技术 用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置及其使用方法 (Pneumatic device for controlling vortex vibration of I-shaped superposed beam bridge and using method thereof ) 是由 王骑 宁伯伟 段雪炜 龚佳琛 廖海黎 李龙安 邱峰 于 2019-12-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置和使用方法。该气动装置包括导流板、连接件和导流板加劲板；导流板的宽度方向上的一端与连接件的第一端部连接；连接件的第二端部用于与工字型叠合梁的工字型纵梁底板的外侧边缘连接,使得导流板与工字型纵梁底板之间形成斜向下的小于90°的夹角；导流板加劲板的第一端部与导流板的板面连接；与导流板加劲板的第一端部相对的导流板加劲板的第二端部用于与工字型纵梁底板的板面连接。本发明所涉及的气动装置可以改变工字型叠合梁底部和内侧的流场特性,抑制漩涡的产生或使大漩涡被来流吹散,消除了主梁的涡激振动,从而提高了行车舒适性和安全性,并且有利于延长桥梁的使用寿命。(The invention discloses a pneumatic device for controlling vortex vibration of an I-shaped superposed beam bridge and a using method thereof. The pneumatic device comprises a guide plate, a connecting piece and a guide plate stiffening plate; one end of the guide plate in the width direction is connected with the first end of the connecting piece; the second end part of the connecting piece is used for being connected with the outer edge of the I-shaped longitudinal beam bottom plate of the I-shaped superposed beam, so that an inclined angle which is smaller than 90 degrees is formed between the guide plate and the I-shaped longitudinal beam bottom plate; the first end part of the guide plate stiffening plate is connected with the plate surface of the guide plate; and the second end part of the guide plate stiffening plate, which is opposite to the first end part of the guide plate stiffening plate, is used for being connected with the plate surface of the I-shaped longitudinal beam bottom plate. The pneumatic device can change the flow field characteristics of the bottom and the inner side of the I-shaped superposed beam, inhibit the generation of vortexes or blow large vortexes away by incoming flow, and eliminate vortex-induced vibration of the main beam, thereby improving the driving comfort and safety and being beneficial to prolonging the service life of the bridge.)

用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程和防灾工程领域，具体涉及到一种用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置及其使用方法。

背景技术

工字型叠合梁因自重轻、施工便利、受力性能优越等特点被广泛应用于现代斜拉桥设计中，但由于其敞开的钝体外形绕流旋涡脱落较全封闭箱梁更明显、更复杂，使此类桥梁的涡激振动响应亦较显著。涡激振动虽不会像颤振、驰振一样使桥梁出现毁灭性的破坏，但会影响行车舒适性，并且加速桥梁构件的疲劳从而影响桥梁的运营安全。因此采取有效措施控制桥梁的涡振振幅具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决工字型叠合梁桥梁易发生涡激振动的问题，本发明公开了一种用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置。该气动装置包括导流板、连接件和导流板加劲板；导流板的宽度方向上的一端与连接件的第一端部连接；连接件的第二端部用于与工字型叠合梁的工字型纵梁底板的外侧边缘连接，使得导流板与工字型纵梁底板之间形成斜向下的小于90°的夹角；导流板加劲板的第一端部与导流板的板面连接；与导流板加劲板的第一端部相对的导流板加劲板的第二端部用于与工字型纵梁底板的板面连接。

进一步地，导流板位于工字型纵梁底板和检修车轨道之间。检修车轨道包括检修车桁架和检修车悬挂架。导流板的下缘的水平高度高于检修车桁架的顶面的水平高度。导流板位于检修车悬挂架的外侧，两者之间存在一定的距离，确保检修车悬挂架不会与导流板冲突。

具体地，上述连接均为焊接。

进一步地，导流板的长度与工字型纵梁底板在桥梁轴线方向上的长度相同。

具体地，夹角为10°到30°，优选为15°到30°。具体地，导流板的竖直高度为24-32cm，优选为28cm；宽度为140-160cm，优选为150cm。

进一步地，导流板加劲板的第二端部的长度是工字型纵梁底板的宽度的1/2。

进一步地，导流板加劲板的数量为n块，且在导流板上排列成1列，n大于1。

进一步地，n等于工字型叠合梁的钢横梁的数量，且导流板加劲板对应于钢横梁的位置布置。

进一步地，连接件为半椭圆形连接板，且连接件的第一端部和连接件的第二端部均位于半椭圆形的短轴上。

进一步地，半椭圆形连接板的短轴半径与长轴半径的比为1∶2。具体地，半椭圆形连接板的短轴半径为7.5cm，长轴半径为15cm。

另一方面，本发明还公开了一种如上所述的用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置的使用方法。该使用方法为：将连接件的第二端部与工字型纵梁底板的外侧边缘连接，使得夹角斜向下且小于90°；将导流板加劲板的第二端部与工字型纵梁底板的板面连接。

进一步地，将两个气动装置分别安装在工字型叠合梁两侧的工字型纵梁底板下方。具体地，将导流板沿桥梁轴线方向通长对称布置于两侧的工字型纵梁底板的下方。

进一步地，在导流板加劲板的第二端部的长度是工字型纵梁底板的宽度的1/2的情况下，将导流板加劲板的第二端部与工字型纵梁底板的板面连接时，使得导流板加劲板的第三端部和第四端部距工字型纵梁底板的中心线的距离均是工字型纵梁底板的宽度的1/4。具体地，工字型纵梁底板的宽度为150cm，导流板加劲板的第三端部和第四端部位于距工字型纵梁底板的中心线的距离是37.5cm。

进一步地，当检修车桁架与工字型纵梁底板的间距增大时，允许调整的导流板与工字型纵梁底板的夹角的角度范围越大。具体地，当间距为60cm时，夹角为10°，导流板宽度为150cm，半椭圆形连接板的短轴半径为7.5cm，长轴半径为15cm。检修车桁架与工字型纵梁底板的间距至少为60cm。

本发明的有效益果是：本发明在传统工字型叠合梁的基础上，在其两侧的工字型纵梁底板上各增加了一道向内向下倾斜连接的导流板。这样的结构可以改变工字型叠合梁底部和内侧的流场特性，抑制漩涡的产生或使大漩涡被来流吹散。该气动装置可以改变工字型叠合梁底部和内侧的流场特性，抑制漩涡的产生，消除了主梁的涡激振动，从而提高了行车舒适性和安全性，并且有利于延长桥梁的使用寿命。

以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1是设置有气动装置的工字型叠合梁横断面的结构示意图；

图2是图1中A部的放大结构示意图；

图3是图2的B-B方向剖视局部图展现导流板加劲板、工字型纵梁底板和钢横梁的位置关系；

图4是图2的C部的放大结构示意图；

图5是未设置气动装置的桥梁主梁在各个攻角下发生竖向涡激振动的曲线图；

图6是设置有气动装置的桥梁主梁在各个攻角下发生竖向涡激振动的曲线图。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

图1到4示出了本发明的一个具体实施例。在该实施例中，用于工字型叠合梁桥梁涡振控制的气动装置包括导流板1、连接件3和导流板加劲板2。导流板1的宽度方向上的一端与连接件3的第一端部连接；导流板加劲板2的第一端部连接在导流板1的板面上。在一个具体实施例中，连接件3与导流板1的连接，导流板加劲板2与导流板1的连接，均为焊接。

连接件3为半椭圆形连接板，且连接件3的第一端部和第二端部均位于半椭圆形的短轴上。连接件3的第二端部用于与工字型叠合梁的工字型纵梁底板4的外侧边缘连接。半椭圆形连接板的短轴半径与长轴半径的比为1∶2。在一个具体实施例中，半椭圆形连接板的短轴半径为7.5cm，长轴半径为15cm。

当连接件3的第二端部与工字型叠合梁的工字型纵梁底板4的外侧边缘连接后，导流板1与工字型纵梁底板4之间形成斜向下的夹角，夹角小于90°，优选为10°到30°。在一个具体实施例中，导流板1的竖直高度H为27cm，宽度W为150cm。导流板1的长度与工字型纵梁底板4在桥梁轴线DE方向上的长度相同。

导流板加劲板2的第二端部与导流板加劲板2的第一端部相对，其长度S是工字型纵梁底板4的宽度的1/2。导流板加劲板2的数量为n块，且在导流板1上排列成1列，n大于1。n等于工字型叠合梁的钢横梁6的数量，且导流板加劲板2对应于钢横梁6的位置布置(如图3和4所示)。

使用时，将连接件3的第二端部与工字型纵梁底板4的外侧边缘连接，使得夹角斜向下且小于90°；将导流板加劲板2的第二端部与工字型纵梁底板4的板面连接。在一个具体实施方式中这两处连接均为焊接。将两个气动装置分别安装在工字型叠合梁两侧的工字型纵梁底板下方，优选地是两个气动装置呈轴对称安装。

气动装置各部件与工字型叠合梁的位置关系是：导流板1位于工字型叠合梁的工字型纵梁底板4和检修车轨道之间。两条导流板1沿桥梁轴线DE方向通长对称布置于桥梁两侧的工字型纵梁底板4的下方。检修车轨道包括检修车桁架5和检修车悬挂架7。导流板1位于检修车悬挂架7的外侧，两者之间存在一定的距离，确保检修车悬挂架7不会与导流板1冲突。导流板1的下缘的水平高度高于检修车桁架5的顶面的水平高度。当检修车桁架5与工字型纵梁底板4的间距增大时，允许调整的导流板1与工字型纵梁底板4的夹角的角度范围越大。在一个具体实施例中，检修车桁架5与工字型纵梁底板4的间距为60cm，夹角为10°，导流板1宽度为150cm，半椭圆形连接板的短轴半径为7.5cm，长轴半径为15cm。检修车桁架5与工字型纵梁底板4的间距至少为60cm。

导流板加劲板2设置在导流板1和工字型纵梁底板4之间。在一个具体的实施例中，导流板加劲板2的第三端部21和第四端部22距工字型纵梁底板4的中心线FG的距离均是工字型纵梁底板4的宽度的1/4。比如，导流板加劲板2的第三端部21和第四端部22位于距工字型纵梁底板4的中心线FG的距离是37.5cm，工字型纵梁底板4的宽度是150cm。

涡振试验

该工字型叠合梁桥梁的主梁节段模型的涡激振动试验的结果显示，不加任何气动措施的主梁在各个攻角下均发生了明显的竖向涡激振动(图5所示)，其中+5°攻角下主梁的竖向最大振幅在容许振幅附近，其余攻角的竖向振幅均已明显超过容许振幅，且都存在两个竖向涡激振动区。

在主梁上安装气动装置后的试验结果如图6所示，从图6中可知，节段模型的涡激振动竖向振幅显著减少，最大竖向振幅为17mm，满足规范容许值要求。图6中对应的气动装置具体参数为：导流板1与工字型纵梁底板4的夹角为10°，导流板1宽度为150cm，半椭圆形连接板的短轴半径为7.5cm(方便内部检修)，长轴半径为15cm。事实上，只要满足导流板1的下缘的水平高度高于检修车桁架5的顶面的水平高度，且导流板1与工字型纵梁底板4的夹角范围在10°到30°之间即可大体上达到如图6所显示的效果。

试验结论：根据该工字型叠合梁主梁节段模型的涡激振动试验结果，在工字梁底部设置导流板可以有效降低涡激振动的竖向振幅，抑制涡激振动响应的发生。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。