專利名稱：組合型橋梁風(fēng)屏障的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合型橋梁風(fēng)屏障。
背景技術(shù)：
大跨度橋梁，特別是跨海的千米及千米以上大跨度橋梁受風(fēng)荷載的影響較大，較大的風(fēng)荷載對橋上行車及橋梁結(jié)構(gòu)安全都是一種威脅。利用安裝在橋梁上的風(fēng)屏障，調(diào)整橋梁氣動特性，改善橋上行車條件，提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。常規(guī)橋梁的風(fēng)屏障通常為平板型或板條型。為減小風(fēng)荷載對橋梁結(jié)構(gòu)的影響，常規(guī)平板型風(fēng)屏障開有不同形狀的透風(fēng)孔，常規(guī)板條型風(fēng)屏障上各板條間留有一定間距。在危及橋梁安全的風(fēng)荷載作用下，常規(guī)風(fēng)屏障可平臥于橋梁表面，降低橋梁風(fēng)阻，提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。工程實例表明，常規(guī)風(fēng)屏障對中、小跨度的橋梁是有效且安全的。隨著橋梁跨度的加大，加上近海區(qū)域氣流變化劇烈，常規(guī)風(fēng)屏障存在明顯的局限性。對于大跨度橋梁，特別是千米及千米以上的大跨度橋梁，有必要利用空氣動力學(xué)原理，開發(fā)研制出能有效改善橋上行車條件、風(fēng)阻較低，透風(fēng)率變換簡便的新型風(fēng)屏障，在改善橋上行車條件的同時，降低風(fēng)屏障的風(fēng)阻，提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。隨著橋梁技術(shù)的進(jìn)步，橋梁的跨越能力不斷提高，可建橋區(qū)域不斷擴(kuò)展，橋梁氣動穩(wěn)定問題日顯突出。為提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力，保證結(jié)構(gòu)安全，滿足行車安全要求，利用空氣動力學(xué)原理，開發(fā)研制出能有效改善橋上行車條件、風(fēng)阻較低，透風(fēng)率變換簡便的新型風(fēng)屏障。在改善橋上行車條件的同時，降低風(fēng)屏障的風(fēng)阻，提高橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力，透風(fēng)率變換簡便的新型風(fēng)屏障，應(yīng)對橋址區(qū)復(fù)雜多變的氣流變化。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供一種能有效改善橋上行車條件、風(fēng)阻較低，透風(fēng)率變換簡便的組合型橋梁風(fēng)屏障。本發(fā)明的目的的實現(xiàn)方式為，組合型橋梁風(fēng)屏障，由若干基本單元的組合型橋梁風(fēng)屏障構(gòu)成，每一單元的組合型橋梁風(fēng)屏障的風(fēng)屏障支架由邊立柱、中立柱及中間的上橫梁、中橫梁和下橫梁構(gòu)成；在兩橫梁之間，布置有多行風(fēng)屏障板；在兩立柱之間，布置有若干列風(fēng)屏障板。本發(fā)明有以下優(yōu)點I、可允許部分氣流通過風(fēng)屏障板，利用過流截面尺寸逐步擴(kuò)大的構(gòu)造措施，減少氣流對行車的影響；2、I型風(fēng)屏障板利用小尺寸的三棱條構(gòu)成細(xì)密擋風(fēng)格柵，使氣流通過后，流速降低明顯，流場均勻，氣動阻力下降。3、利用多層布置的I型風(fēng)屏障板，靈活調(diào)整風(fēng)屏障的透風(fēng)率，以保障行車與橋梁安全。4、I型風(fēng)屏障板一方面起風(fēng)屏障的作用，另一方面能起到防眩板的作用。
圖I為本發(fā)明的橫橋向布置示意圖，
圖2為本發(fā)明的基本單元正立面圖，
圖3a、b為本發(fā)明的邊、中立柱橫斷面圖，
圖4a、b、c為本發(fā)明的上、中、下橫梁橫斷面圖，
圖5為I型風(fēng)屏障板正立面圖，
圖6為I型風(fēng)屏障板橫斷面圖，
圖7為II型風(fēng)屏障板正立面圖，
圖8為II型風(fēng)屏障板橫斷面圖，
圖9為多層I型風(fēng)屏障板組合正立面圖，
圖10為多層I型風(fēng)屏障板組合A-A斷面圖，
圖11為多層I型風(fēng)屏障板組合B-B斷面圖，
圖12為多層I型風(fēng)屏障板組合C-C斷面圖，
圖13為布置在中央分隔帶上的多層I型風(fēng)屏障板組合正立面圖，
圖14為布置在中央分隔帶上的多層I型風(fēng)屏障板組合D-D斷面圖，
圖15為布置在中央分隔帶上的多層I型風(fēng)屏障板組合E-E斷面圖，
圖16為布置在中央分隔帶上的多層I型風(fēng)屏障板組合F-F斷面圖，
圖17為布置在中央分隔帶上的多層I型風(fēng)屏障板組合G-G斷面圖，
圖18-25為仿真計算方案圖，
圖26-33為各仿真計算方案風(fēng)剖面圖。
具體實施例方式參照圖I、圖2，由若干基本單元的組合型橋梁風(fēng)屏障I構(gòu)成，每一單元的組合型橋梁風(fēng)屏障I的風(fēng)屏障支架由邊立柱2或中立柱3、中立柱3及中間的上橫梁4、中橫梁5和下橫梁6構(gòu)成。在兩橫梁之間，布置有多行風(fēng)屏障板7 ;在兩立柱之間，布置有若干列風(fēng)屏障板7。立柱和橫梁的材料宜用高強(qiáng)、輕質(zhì)的金屬材料，減輕結(jié)構(gòu)自重。邊立柱2、中立柱3、上橫梁4、中橫梁5和下橫梁6的橫截面為多槽截面，風(fēng)屏障板 7布置在槽中。圖2即為有兩行三列風(fēng)屏障板7的基本單元。立柱和橫梁的橫斷面均采用多槽型式。圖3a、b即為有四槽的邊立柱2、中立柱3 的橫斷面圖，圖4a、b、c即為有四槽的上橫梁4、中橫梁5和下橫梁6的橫斷面圖。風(fēng)屏障板7有I型風(fēng)屏障板8和II型風(fēng)屏障板11兩種構(gòu)造型式。參照圖5、圖6，I型風(fēng)屏障板8的矩形邊框9間有數(shù)條三棱條10。根據(jù)I型風(fēng)屏障板8布置高度的不同，三棱條10的截面型式為等邊三角形、等腰三角形、直角三角形或鈍角三角形。三棱條10的間距根據(jù)橋址區(qū)氣象條件及橋梁受力條件，按照不同透風(fēng)率的要求確定。利用小尺寸三棱條10構(gòu)成細(xì)密擋風(fēng)格柵，使氣流通過I型風(fēng)屏障板8后，流速降低明顯，流場均勻。以適當(dāng)間距布置多層三棱條10間距不同的I型風(fēng)屏障板8，使氣流通過風(fēng)屏障后，流場更加均勻，氣動阻力下降。為適應(yīng)不同時間段風(fēng)場條件的變化，本發(fā)明利用如圖9、10、11及圖12所示的多層布置的I型風(fēng)屏障板8，靈活調(diào)整風(fēng)屏障的透風(fēng)率，以保障行車與橋梁安全。參照圖7、圖8，11型風(fēng)屏障板11由有一定厚度的矩形平板制成，板上開有通透的過風(fēng)孔，迎風(fēng)面過風(fēng)孔面積小于背風(fēng)面過風(fēng)孔面積。過風(fēng)孔截面為圓形、橢圓或矩形等幾何形狀，按行列式或梅花形布置。其間距根據(jù)橋址區(qū)氣象條件及橋梁受力條件，按照不同透風(fēng)率的要求確定。II型風(fēng)屏障板11宜選用高強(qiáng)、輕質(zhì)透明的材料制造，減輕結(jié)構(gòu)自重，增加通透感。利用迎風(fēng)面過風(fēng)孔面積小于背風(fēng)面過風(fēng)孔面積的措施，使氣流通過II型風(fēng)屏障板11后，流速降低，流場較均勻，氣動阻力下降。參照圖I、13、14、15、16及圖17，當(dāng)車行道較寬時，為改善行車條件，可將組合型橋梁風(fēng)屏障I布置在中央分隔帶內(nèi)。布置在中央分隔帶內(nèi)的組合型橋梁風(fēng)屏障I的I型風(fēng)屏障板8的三棱條10豎向布置?？紤]到兩側(cè)進(jìn)風(fēng)的情況，三棱條10間距相同的I型風(fēng)屏障板8宜對稱布置，見圖13、圖17。I型風(fēng)屏障板8—方面起到風(fēng)屏障的作用，另一方面能起到防眩板的作用。參照圖1，組合型橋梁風(fēng)屏障I可沿橋梁縱向布置在車行道的外側(cè)；必要時，也可布置在中央分隔帶中間。為不額外增加橋梁寬度，組合型橋梁風(fēng)屏障I可安裝在金屬梁柱式護(hù)欄的立柱之間；也可安裝在鋼筋混凝土墻式護(hù)欄的頂部，此時，可在混凝土墻式護(hù)欄上開與II型風(fēng)屏障板11相似的通透過風(fēng)孔。在數(shù)字仿真計算中，按照不同類型的風(fēng)屏障板及其不同組合，進(jìn)行了八個方案的數(shù)值仿真計算。各計算方案的分析模型見圖18、19、20、21、22、23、24和圖25，圖中箭頭方向為氣流方向。其中圖18為計算方案一在行車道面12上安常規(guī)板條風(fēng)屏障13 ；圖19為計算方案二 在行車道面12上安單層I型風(fēng)屏障板8 ；圖20為計算方案三在行車道面12上安雙層I型風(fēng)屏障板8、兩層I型風(fēng)屏障板 8的三棱條10的間距不同；圖21為計算方案四在行車道面12上安雙層I型風(fēng)屏障板8、兩層I型風(fēng)屏障板的三棱條10的間距不同，且兩層間保持有一定距離圖22為計算方案五在行車道面12上安雙層I型風(fēng)屏障板8、各層I型風(fēng)屏障板的三棱條10的間距相同圖23為計算方案六在行車道面12上安四層I型風(fēng)屏障板8、各層I型風(fēng)屏障板的三棱條10的間距兩兩相同，且各組間保持有一定距離圖24為計算方案七在行車道面12上安兩層I型風(fēng)屏障板8、兩層I型風(fēng)屏障板的三棱條10的間距不同，上部三棱條的截面型式采用直角三角形；圖25為計算方案八在行車道面12上安單層II型風(fēng)屏障板11。據(jù)圖18、19、20、21、22、23、24和圖25的條件進(jìn)行數(shù)值仿真計算時，按風(fēng)屏障距第一條行車道外邊線2. 50m，各行車道寬度均為3. 75m考慮。各行車道外側(cè)處風(fēng)剖面圖，詳見圖26、27、28、29、30、31、32和圖33。圖中橫坐標(biāo)V為風(fēng)速，單位m/s ;豎坐標(biāo)H為距行車道面的高度，單位m ;曲線14、15、16、17分別為距聲屏障13. 75m、10. 00m、6. 25m、2. 5m處，隨距行車道面高度變化所對應(yīng)的風(fēng)速曲線。在來流風(fēng)速V = 30m/s,全高3m的條件下,風(fēng)屏障效應(yīng)的具體分析結(jié)果見下表。
權(quán)利要求
1.組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于由若干基本單元的組合型橋梁風(fēng)屏障構(gòu)成，每一單元的組合型橋梁風(fēng)屏障的風(fēng)屏障支架由邊立柱或中立柱、中立柱及中間的上橫梁、中橫梁和下橫梁構(gòu)成；在兩橫梁之間，布置有多行風(fēng)屏障板；在兩立柱之間，布置有若干列風(fēng)屏障板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于風(fēng)屏障板(7)有I型風(fēng)屏障板⑶和II型風(fēng)屏障板(11)兩種構(gòu)造型式。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于I型風(fēng)屏障板(8)的矩形邊框(9)間有數(shù)條三棱條(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于I型風(fēng)屏障板(8)的三棱條 (10)截面型式為等邊三角形、等腰三角形、直角三角形或鈍角三角形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于II型風(fēng)屏障板(11)由有一定厚度的矩形平板制成，板上開有通透的過風(fēng)孔，迎風(fēng)面過風(fēng)孔面積小于背風(fēng)面過風(fēng)孔面積，過風(fēng)孔截面面積隨板厚變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于過風(fēng)孔截面為圓形、橢圓或矩形，過風(fēng)孔按行列式或梅花形布置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合型橋梁風(fēng)屏障，其特征在于邊立柱、中立柱、上橫梁、中橫梁和下橫梁的內(nèi)截面為多槽截面，風(fēng)屏障板(7)布置在槽中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合型橋梁風(fēng)屏障，由若干基本單元的組合型橋梁風(fēng)屏障構(gòu)成，每一單元的組合型橋梁風(fēng)屏障的風(fēng)屏障支架由邊立柱或中立柱、中立柱及中間的上橫梁、中橫梁和下橫梁構(gòu)成；在兩橫梁之間，布置有多行風(fēng)屏障板；在兩立柱之間，布置有若干列風(fēng)屏障板。采用本發(fā)明，可允許部分氣流通過風(fēng)屏障板，利用過流截面尺寸逐步擴(kuò)大的構(gòu)造措施，減少氣流對行車的影響；I型風(fēng)屏障板利用三棱條構(gòu)成擋風(fēng)格柵，降低氣流流速和氣動阻力；II型風(fēng)屏障板11利用過風(fēng)孔，降低氣流流速和氣動阻力。利用多層布置的風(fēng)屏障板，靈活調(diào)整風(fēng)屏障的透風(fēng)率，以保障行車與橋梁安全；I型風(fēng)屏障板一方面起風(fēng)屏障的作用，另一方面能起到防眩板的作用。
文檔編號E01F7/06GK102587269SQ20121002819
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者劉俊峰, 劉銳, 寧伯偉, 梅新詠, 潘曉民, 胡勇, 詹昊, 高宗余, 黃燕慶 申請人:中鐵大橋勘測設(shè)計院集團(tuán)有限公司