[发明专利]一种桥梁涡振控制与发电一体化的装置

说明书

本发明公开了一种桥梁涡振控制与发电一体化的装置。本发明实施例中的桥梁涡振控制与发电一体化的装置包括第一箱体，第二箱体，连接所述第一箱体和所述第二箱体横梁，设置于所述第一箱体内侧的第一压电片，设置于所述第二箱体内侧的第二压电片。本发明实施例的桥梁涡振控制与发电一体化的装置通过采用分体式双箱梁并在分体箱的内侧设置压电片，从而在有涡振现象时能有效地抑制涡振现象；且通过两个分体箱的内侧设置的压电片，能够有效地回收利用分体箱梁空隙产生巨大风能而时刻进行发电。

技术领域

本发明涉及桥梁设计技术领域，特别是涉及一种桥梁涡振控制与发电一体化的装置。

背景技术

在风的作用下，大跨度桥梁会产生风致振动现象，包括主梁颤振、涡振(涡激振动)、抖振以及其他局部构件振动。其中，大跨度桥梁设计的主要关键的控制因素为颤振和涡振(涡激振动)。颤振是一种具有自激性质的发散性振动，能够引起结构毁坏。涡振(涡激振动)是大跨度桥梁在低风速易发的具有强迫和自激双重性质的自限幅风致振动现象。尽管涡振(涡激振动)不像颤振那样导致发散性振动，但涡振也会影响行车安全，甚至诱发拉索参数共振等其他类型致命的气动不稳定问题。

主梁的气动外形是影响大跨度桥梁颤振稳定性和涡振性能的重要因素。主梁的气动外形决定了气流遇到断面后，气流流动的分离和形成旋涡的特点，对涡振和颤振的发生至关重要。相对于传统的流线闭口箱梁断面，分离式双箱梁断面具有更加优越的气动稳定性，可以有效地提高颤振临界风速，从而满足不断增长的桥梁跨径要求。如图1所示，分体式双箱梁由两个沿中线对称的带风嘴的多边形箱形结构组成，两个多边形箱形结构之间存在间距，两个多边形箱形结构通过横向结构连接。分体式双箱梁作为一种重要的缆索承重桥梁颤振控制措施，从而得到了广泛应用。

虽然分体式双箱梁断面具有较好的颤振稳定性，但由于两个箱梁间空隙的存在，使得箱梁周围的流场结构异常复杂，旋涡脱落特性显著增强，从而加剧了主梁涡振(涡激振动)。当主梁发生涡振(涡激振动)时，分体式双箱梁的空隙内会出现运动引起的脱落旋涡，随着涡激振动幅度增加，旋涡强度越来越强，尾流宽度也变得越来越宽；当上下边界层形成的旋涡足够强时，上下边界层发生相互作用，形成上下交替脱落旋涡。在分体式双箱梁的空隙内生成的旋涡的影响下，随着振动幅值的增加，分离泡的尺寸也不断变大，下游箱梁周围流体的流动状态逐渐被空隙内的旋涡脱落控制。

目前，针对分体箱梁结构主梁断面涡激振动的控制措施大致分为两种。一种是固定气动措施，通过改变主梁的气动外形改变其所承受的风荷载，可应用于大跨度桥梁的附加构件形式的气动措施通常包括：纵向格栅、改变槽宽、导流板和抑流板等。另一种是调谐质量阻尼器(TMD)。调谐质量阻尼器(TMD)的工作原理是通过调节调谐质量阻尼器(TMD)自身的质量、刚度和阻尼系统将结构振动的能量传递到调谐质量阻尼器(TMD)上，从而达到减弱结构振动的目的。对于大跨度悬索桥梁而言，经常发生不同模态下的涡激振动，而调谐质量阻尼器(TMD)-般只能控制某一阶振型的响应，这一特征将严重限制调谐质量阻尼器(TMD)在大跨度悬索桥梁涡振控制中的运用。此外调谐质量阻尼器(TMD)自身质量较重，会极大增加桥梁竖向荷载。进一步地，上述抑制涡振的方式都未对分体式双箱梁的两个空隙内部旋涡有规律脱落而产生的巨大风能进行回收再利用，从而造成极大的能源浪费。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种既能够有效地抑制桥梁的涡振现象又能够很好地回收利用分体箱梁空隙产生巨大风能的桥梁装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种既能够有效地抑制桥梁的涡振现象又能够很好地回收利用分体箱梁空隙产生巨大风能的桥梁装置。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：一种桥梁涡振控制与发电一体化的装置，包括：主梁，所述主梁包括第一箱体，第二箱体和横梁，所述横梁用于连接所述第一箱体和所述第二箱体；第一压电片，设置于所述第一箱体的内侧；第二压电片，设置于所述第二箱体的内侧。