[发明专利]一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法，包括能根据不同风攻角等风环境的变化而转动相应角度的导流板和中央稳定板，该系统通过风环境检测处理器检测风环境信号，信号传递至其内部的中央控制器，由中央控制器内嵌的角度换算程序换算得到液压数控伸缩杆需要伸缩的长度和导流板、中央稳定板需转动的角度，再将长度信号传递给液压数控伸缩杆，伸缩杆伸缩相应的长度来实现导流板和中央稳定板的转动角度。与现有技术相比，可转动导流板和中央稳定板能使气体沿桥梁结构更好的分流、绕流，可有效提高桥梁在不同风环境下的抗风性能，减小桥梁结构的风制振动振幅，改善桥梁的气动性能，提高大风天气下车辆在桥梁上行驶的舒适性。

技术领域

本发明涉及一种改善大跨径桥梁抗风性能的主动控制系统及控制方法，属于土木工程技术领域。

背景技术

随着人们交通需求的日益增长，使得桥梁建设向着大跨、轻质的方向发展，而与此同时其风致振动问题变得愈加突出。桥梁在大风环境下有较大的振幅从而使行驶车辆的舒适性大大降低，阻碍甚至中断了交通运输，严重影响了交通经济带的发展。桥梁一旦遭受风灾影响造成损坏，其后果将十分严重，加之桥梁的风害比震害发生的更加频繁，大跨径桥梁的抗风稳定性问题已经成为桥梁设计中不可忽略的控制因素之一。

目前，通常采用结构措施、机械措施和气动措施来提高大跨径桥梁的抗风稳定性，其关键在于采用合理的截面形式和结构体系来提高桥梁的整体刚度，通过隔振、耗能等控制手段来实现桥梁减振的目的，在此基础上再选择合理的气动措施来提高桥梁结构的气动性能。

不同的主梁断面外形使空气流经主梁时产生不同的分流、绕流形态，进而改变作用到桥梁结构上空气作用力的大小。主梁气动措施就是在主梁上添加构件改变主梁断面形状，从而改变气流流经主梁断面时的形态，以达到抑制桥梁风致振动的目的。通常采用的气动措施有：主梁开槽、加装风嘴、导流板、中央稳定板、在拉索表面刻痕等等。

导流板通常设置在风嘴前方，可使主梁断面整体变得更具流线形，能改善主梁的气动绕流状态。同时，在主梁振动时产生附加气动阻尼，可降低主梁振动幅度；在主梁上部、下部中间位置设置中央稳定板，可改善主梁周围的绕流状态，使旋涡沿主梁表面的漂移受到阻碍，提高主梁的抗风性能。

虽然通过设置导流板和上下中央稳定板可以改善桥梁的抗风稳定性，但由于风环境的风向、风速等不确定因素较多，桥梁的风致振动形式多种多样，各种风致振动机理也不相同，有时，某种措施能抑制一种风致振动，而对另一种风致振动的效果不大，甚至可能引起相反的效果。

若采用一种能根据实时监测的风攻角、风速等环境的变化而转动相应角度的导流板和中央稳定板，则可以让气体沿桥梁结构的分流、绕流随着风环境的变化而能调整到最佳状态，有效应对风致振动变化的多样性问题，并能保证在大风环境下交通的顺利通行。本发明采用的主动控制系统根据风环境检测处理器测定的风环境，由中央控制器传递信号并由其内嵌的角度换算程序计算得出液压数控伸缩杆需要伸长或缩短的长度和导流板、中央稳定板需要转动的角度，根据需要实时启动装置，通过液压数控伸缩杆接收信号并伸长或缩短相应的长度来实现导流板和中央稳定板的转动，最后通过安装在导流板和中央稳定板上的角度传感器进行实时检测，与中央控制器实现信号对接，形成完整的信号回路，以保证装置能稳定应对不同风环境的变化，从而提高大跨径桥梁在不同风环境下的抗风稳定性。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以根据实时测定的不同风环境而转动相应角度的导流板和中央稳定板，不同风攻角等环境下不同转动角度的导流板和中央稳定板可以有效改善桥梁等建筑物的迎风效果，使气体有效分流、绕流，从而提高其抗风性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：