[发明专利]一种抑制跨海桥梁颤振的垂荡板主动控制装置

说明书

本发明属于桥梁风致振动控制技术领域，提供了一种抑制跨海桥梁颤振的垂荡板主动控制装置。跨海桥梁在强风作用下可能发生大幅颤振，通过安装在桥梁上的感应系统实时识别桥梁向上振动时，主动控制伺服电机转动快速提升悬挂于桥梁下方、浸没于水中的垂荡板，水体对垂荡板产生阻力，消耗桥梁动能，进而控制振动。相对于没有主动控制驱动系统，本发明可以人为主动控制增大垂荡板的运动位移、速度和加速度参数，进而可以数倍甚至数十倍增加桥梁振动系统的能量消耗，从而实现高效抑制桥梁颤振的目标。本发明的优势：实用便捷、参数可调、经济高效。

技术领域

本发明属于桥梁风致振动控制技术领域，涉及一种抑制跨海桥梁颤振的垂荡板主动控制装置。

背景技术

世界范围内已经修建了大量大跨桥梁，未来还将修建更多、更大跨度的跨海桥梁。大跨桥梁对风荷载作用较为敏感，主跨跨径大于2000m的超大跨度桥梁一般都会面临颤振的严峻挑战。桥梁颤振控制措施主要包括气动措施、结构措施及机械措施三类。气动措施主要是通过添加导流装置或改善桥梁断面外形来改善气流绕流形态，以改善桥梁抗风性能。随着桥梁跨度的增加，仅仅通过气动措施可能难以满足颤振需求。结构措施主要通过提高结构整体刚度、增大桥面宽度、质量和质量惯矩等措施，来提高桥梁气动稳定性。但结构措施会带来材料用量的明显增加，工程造价一般相对铰高，因此不是优选措施。机械措施主要是通过设置TMD、MTMD等阻尼器增加桥梁系统的阻尼来提高颤振临界风速或降低颤振振幅，但阻尼比提高较为有限，一般难以达到2％。传统机械措施对于控制极限环软颤振效果相对较好，但对于发散性硬颤振基本没有效果，且工程造价较高，因此没有采用机械措施控制大跨桥梁颤振的案例。针对大跨桥梁传统的控制颤振措施存在的不足，提出一种适用于抑制深水(一般是跨海、跨江或部分深水湖)大跨度桥梁颤振的垂荡板主动控制装置，相对于仅有垂荡板的被动控制装置，控制效率更高，费用更低，而且控制参数可调，因此具有其相对优势和特色。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对大跨度跨海(跨江或部分深水湖)桥梁颤振控制的需要，在主梁下方若干位置安装伺服电机驱动系统，通过绳索连接浸没于水中足够深度的垂荡板。在强风作用下，大跨桥梁可能发生大幅振动，悬挂于桥梁下方水中垂荡板向上运动受到水的阻力，可以消耗桥梁动能，抑制振动。垂荡板受到水的阻尼力与垂荡板的面积和运动速度的平方成正比，水的附加质量产生的阻力与垂荡板尺寸的立方和运动加速度成正比。垂荡板上水的阻力越大、运动行程越长，则其耗能越多。因此，对于某特定垂荡板，应采取措施尽可能增大其位移、速度和加速度。本发明提出采用伺服电机主动控制系统来实现以上目标。当主梁向上振动时，伺服电机快速旋转，驱动垂荡板在水中产生比主梁振动更大的位移、速度和加速度，作用在垂荡板的水阻力和能量消耗也会大大高于仅随主梁同步运动的垂荡板工况，因此对颤振的控制效率更高。在相同的控制效果条件下，垂荡板的尺寸可以大幅减小，进而明显降低工程造价。伺服电机驱动系统功率越大，越有利于桥梁振动的控制。

本发明的技术方案：