[发明专利]钢箱梁抑涡除湿一体流动智能控制系统及使用方法

说明书

本发明涉及一种钢箱梁抑涡除湿一体流动智能控制系统及使用方法，本发明钢箱梁抑涡除湿一体流动智能控制系统包括风洞试验模块，数值模拟模块，代理模型参数优化模块，监测除湿抑涡集成装置模块；针对本发明使用方法来说，S1：根据风洞试验模块主梁节段模型的几何参数建立三维的建模；S2：根据风洞试验模块中主梁节段模型的动力特性参数以及振动系统运动方程的求解理论编译UDF二次开发程序；S3：求解得到主梁的响应数据以及流场数据；S4：得到涡量图、速度云图和压力云图；S5：最终生成最优数据库；S6：向监测除湿抑涡集成装置模块输入最优数据库。本发明能同时较好地解决大跨度钢箱梁桥主梁多阶的涡振控制问题和除湿问题。

技术领域

本发明涉及一种钢箱梁抑涡除湿一体流动智能控制系统。

本发明还涉及上述钢箱梁抑涡除湿一体流动智能控制系统的使用方法。

背景技术

随着桥梁跨度不断增长，风致振动逐渐成为制约大跨桥梁进一步发展的主要因素。涡振是一种具有强迫和自激双重特性的自限幅风致振动现象，由气流流经结构表面时产生的有规律旋涡脱落所引起。桥梁主梁涡振现象在实际工程中屡见不鲜，例如巴西的尼特罗伊跨海大桥(Rio-Niteroi Bridge)、日本的东京湾大桥(Trans-Tokyo Bay Bridge)、丹麦的大贝尔特大桥(Great East Belt Bridge)、俄罗斯的伏尔加河大桥(VolgaBridge)、美国的韦拉扎诺海峡大桥(Verrazzano-Narrows Bridge)、中国的西堠门大桥、虎门大桥和鹦鹉洲大桥等均在运营过程中出现了程度不一的涡激振动现象。虽然涡振不会直接引起桥梁动力失稳破坏，但是较大振幅的涡振会对桥梁结构的安全和行车舒适性产生较大的危害。

目前，涡振的控制主要有气动措施和阻尼措施。气动措施主要是针对涡激振动对主梁的气动外形特别敏感的特点，在不改变桥梁结构与使用功能的前提下，适当改变桥梁的外形布置或附加一些装置(如导流板、抑流板、隔涡网等)，从而得到具有良好抗风能力的桥梁断面绕流特征，但同时会对桥梁的美观性造成一定影响。由于桥梁断面绕流复杂性，各类气动外形优化措施均不具备涡振控制的普适性，主要是通过风洞试验和经验来确定，耗时耗力。另外，由于涡振对阻尼较为敏感，增大阻尼可以缩小涡激振动的锁定风速区间，显著降低涡振的振幅，通过增大桥梁结构的阻尼也能控制桥梁的涡振。但阻尼器一般安装至主梁内部，在实际应用过程中受到梁高和内部安装空间的制约，存在安装和维修养护困难问题，其造价昂贵且无法适应多阶涡振。与前两种控制措施相比，主动流动控制具有直接、简单、经济等优势。通过在流场中注入合适的扰动，使之与流动的内在模式相互耦合达到控制涡振的目的。主动流动控制的气动措施包括结构表面运动、吹/吸气流动控制等，其目标是形成具有优良品质的桥梁断面绕流特征，进而提高桥梁的涡振性能。但当前主动吸气控制方法只是基于有限的风洞试验或数值模拟结果得到相对合理的吸/吹气控制参数，如果要得到流动最优控制参数，需要对所有变量参数进行组合研究，工作量巨大，风洞试验或者数值模拟计算都难以承受。

钢箱梁在抗风性能以及跨越能力方面较其它断面形式具有很大的优越性，正成为跨越长江、大海的大跨度桥梁加劲梁的主要结构形式。由于受海上高湿度、高温差的环境影响，钢箱梁锈蚀问题严重，钢箱梁内部往往需要配置良好的除湿系统。一般除湿机的再生空气取自箱外，再排至箱外，利用干燥转轮，空气不断除湿、不断再生，周而复始，从而达到除湿效果。由除湿系统的工作原理可知，其与主动流动控制系统具有相似特点，均需要吸气、吹气。

发明内容

本发明的目的是提供一种钢箱梁除湿抑涡一体流动智能控制系统，本发明采用了代理模型可以很好地解决上述问题。代理模型是机器学习的一种，可以在不降低计算精度的基础上通过少量信息构造一个数学模型，使该构造模型的响应预测结果与试验或数值计算结果相近并满足工程精度要求。