[实用新型]一种抑制桥梁颤振及涡振的翼板系统

说明书

本实用新型公开了一种抑制桥梁颤振及涡振的翼板系统。包括一个以上主梁节段，主梁节段设置有运动信号采集模块，两侧分别设置有翼板和控制翼板扭转的扭转装置；还包括风速采集装置和主机。运动信号采集模块、扭转装置和风速采集装置分别连接到主机，主机根据运动信号采集模块采集的振动数据以及风速采集装置采集的风速，通过扭转装置分别控制主梁节段两侧的翼板的扭转角度，以抑制桥梁颤振及涡振。本实用新型能根据桥梁的振动数据和风速实时调整翼板的迎风角度，使桥梁快速脱离涡振及颤振发散等不利桥梁健康的状态。

技术领域

本实用新型涉及大跨度桥梁抗风领域，具体为一种抑制桥梁颤振及涡振的翼板系统。

背景技术

桥梁断面从最初的桁架形式发展到了现在的流线型箱梁。流线型箱梁的使用使得大跨度桥梁既可以减小结构横载并减少后期维护，又能增加结构的扭转刚度并减小气动力。但随之而来的问题是，其颤振情况更易于产生耦合振动的发散，所以需要深入研究来抑振。早期，研究者采用放置在主梁两侧的调谐质量阻尼器(TMD)来调整桥梁颤振的频率，但是这种措施稳定性不好，抑振效果不突出。也有采用内置于主梁的水箱来改变结构重心，此举可显著增加颤振临界风速。采用流线型箱梁形式和被动措施都可以有效抑制颤振振动，但是研究表明其仅适用于主跨跨径不超过3000m的桥梁。而随着日益增加的跨海工程桥梁建设的需求，采用主动控制措施来抑制颤振是一值得深入研究的课题。

针对这一问题的现有技术如下：

一、分离式气动翼板

2002年，刘高基于前辈学者对于分离式气动翼板主动控制对颤振临界风速的研究。该作者基于非定常气动力理论，从增加系统扭转阻尼的角度进行了进一步的探索。根据系统气动力方程推导出了由翼板主动扭转为系统提供的气动阻尼的表达式，确定了翼板气动阻尼达到最大值对扭转幅值、相位角等参数的满足条件，从理论上深入地分析了各参数对气动阻尼的影响。其结果也与前人的试验结果基本吻合。文中给出了理论数据，选取适当的翼板主动扭转参数可以达到明显的抑振效果，且抑振效果大大优于固定翼板。

二、主动风嘴翼板

1998年，Hansen和Thoft-Christensen将主动控制翼板集成在主梁两侧，对于提高美观和抑振都有一定价值。该文从Theodorsen势能原理上进行发展，假设迎风侧翼板对流经气流的涡旋没有影响，所以推导出翼板的气动力分别是其转角一阶、二阶导数的线性表达式。

2001年，Wilde,Omenzetter和Yozo Fujino也做了对象是主动控制翼板集成在主梁风嘴处的研究，运用Theodorsen对于机翼-尾翼-腹板的方程式，通过有理函数逼近的方法得到气动力的时域表达式，以基于系统稳定鲁棒性的表现因子来计算出最优翼板的设置参数。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1.国内尚没有专门针对主动风嘴翼板抑制桥梁颤振、涡振的控制系统。

2.国外类似装置构件组成复杂且主动翼板不可移动，仅在风洞试验中能实现特定的试验，投入成本高。

3.国外大多数主动控制技术多处在理论验证阶段，尚未有试验验证。

实用新型内容

本实用新型提供了一种抑制桥梁颤振及涡振的翼板系统，用于桥梁主动抗风节段试验以及桥梁实际建设中对桥梁颤振发散、涡振进行主动控制。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种抑制桥梁颤振及涡振的翼板系统，所述桥梁包括一个以上主梁节段；

所述主梁节段设置有运动信号采集模块，位于主梁节段的形心处，用于采集主梁节段在风致振动作用下的振动数据；

所述主梁节段的两侧分别设置有翼板，翼板的一端活动连接到主梁节段的侧边；