一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造的制作方法
【專利摘要】一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造,以有效改善倒角方形橋塔的馳振安全性。它包括具有四個角部倒角面(11)的倒角方形橋塔(10),所述倒角面(11)固定安裝有橫截面呈矩形的導(dǎo)流翼板(20),導(dǎo)流翼板(20)垂直于倒角面(11),且沿倒角面(11)的豎向中心線延伸。
【專利說明】一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明橋梁,特別涉及一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造。
【背景技術(shù)】
[0002]橋塔是橋梁結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分,高度會隨著橋跨的增加而顯著增大。對于大跨橋梁中的橋塔結(jié)構(gòu),當其截面形式較鈍,結(jié)構(gòu)較柔,質(zhì)量輕,阻尼低時,在自然風作用下將容易出現(xiàn)馳振問題。馳振是橋梁的4種主要形態(tài)的風振振動之一,其它3種分別為顫振、抖振和渦激振動。其中馳振和顫振都是具有發(fā)散性的自激振動,而馳振主要發(fā)生在細長的柔性結(jié)構(gòu)(例如橋塔)上,是因氣流自激作用而產(chǎn)生的一種橫風向大幅振動,這種振動最先發(fā)現(xiàn)于結(jié)冰的電線,振動激發(fā)的波在兩根電桿之間快速傳遞,振幅可達電線直徑的10倍,猶如快馬奔馳,因此稱為馳振。因為馳振和顫振類似,振動都具有發(fā)射性,破壞作用大,所以一旦發(fā)生將會造成嚴重的災(zāi)難性后果。例如1940年發(fā)生在美國的著名舊塔科馬懸索橋(Old Tacoma Narrows Bridge)風毀事故,就是一種典型的由顫振不穩(wěn)定引發(fā)的全橋破壞災(zāi)害,同樣地,橋塔若發(fā)生馳振,也有可能造成全塔的破壞,進而影響整個橋梁的安全。因此在大跨度橋梁設(shè)計中,有必要對其橋塔的馳振問題加以重視和研究,且對于馳振穩(wěn)定性能較差的橋塔結(jié)構(gòu),找出有效、經(jīng)濟的制振措施具有非常重要的意義。
[0003]抑制橋梁風致振動(包括橋塔馳振)的工程措施可分為機械措施和空氣動力措施。機械措施主要是通過外加阻尼器來提高橋梁結(jié)構(gòu)阻尼,從而達到降低和抑制風致振動的目的,日本東京灣彩虹大橋在橋塔升模施工中就通過機械措施——HMD (Hybrid MassDamper)阻尼器,有效抑制了橋塔的風致振動,但機械措施的缺點是需要維護和增加額外工程費用;空氣動力措施則是通過適當改變橋梁的外形布置或者附加一些導(dǎo)流裝置來改善物體繞流,從而達到抑制風致振動的目的,空氣動力措施能夠消除激勵源,具有工作可靠、不需維護、費用低的優(yōu)點,在實橋的風振控制中應(yīng)用非常廣泛。
[0004]風洞試驗是研究大跨、高聳結(jié)構(gòu)空氣動力學性能的一個十分重要且不可替代的手段,風洞試驗主要包括全橋氣動彈性模型試驗(對于橋塔就是全塔氣彈模型試驗)、節(jié)段模型試驗和拉條模型試驗。相對而言,氣彈模型試驗和節(jié)段模型試驗發(fā)展較成熟、研究較多、應(yīng)用也較廣。
[0005]對于橋塔的馳振研究而言,進行全塔氣彈模型風洞試驗可以直接測得橋塔的風振振動響應(yīng)情況,便可以容易地直接判斷出該橋塔的馳振穩(wěn)定性:若觀察不到橋塔振動發(fā)散現(xiàn)象,則說明該橋塔在試驗風速范圍內(nèi)處于馳振穩(wěn)定狀態(tài),即不會發(fā)生馳振;若明顯觀察到橋塔的橫風向大幅振動現(xiàn)象,且振幅會隨風速增加而迅速增大,就可以認為該橋塔進入了振動發(fā)散狀態(tài),即發(fā)生了馳振,并可以直接確定出橋塔進入發(fā)散狀態(tài)的臨界風速,即馳振臨界風速。但有一點值得注意,為保證橋塔模型結(jié)構(gòu)靜動力行為與原型(即實際橋塔)的相似,在全塔氣彈模型的設(shè)計中,除需滿足幾何外形的相似外,還應(yīng)滿足彈性參數(shù)、慣性參數(shù)、重力參數(shù)、粘性參數(shù)和阻尼參數(shù)與實際橋塔的一致性。
[0006]通過節(jié)段模型的靜力試驗,并利用經(jīng)典的Den Hartog (鄧哈托)準定常馳振理論同樣可以對橋塔的馳振性能進行深入研究,但節(jié)段模型在設(shè)計中必須滿足外形與原型的相似,且模型幾何縮尺比不應(yīng)小于1:100,才能保證節(jié)段模型靜力試驗結(jié)果和原型的一致。根據(jù)風洞中的測力天平裝置可以測得橋塔節(jié)段模型在風軸坐標系下所受到的平均阻力Fd和平均升力Fy便可以根據(jù)以下公式計算出橋塔在風軸坐標系下的阻力系數(shù)Q3和升力系數(shù)Cl:
【權(quán)利要求】
1.一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造,包括具有四個角部倒角面(11)的倒角方形橋塔(10),特征是:所述倒角面(11)固定安裝有橫截面呈矩形的導(dǎo)流翼板(20),導(dǎo)流翼板(20)垂直于倒角面(11),且沿倒角面(11)的豎向中心線延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造,其特征是:所述導(dǎo)流翼板(20)的板面上均布有通孔(21a)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造,其特征是:所述各通孔(21a)的總面積與導(dǎo)流翼板(20)的板面總面積之比為40%?60%。
4.如權(quán)利要求1至3任意一項所述的一種倒角方形橋塔風致振動抑制構(gòu)造,其特征是:所述導(dǎo)流翼板(20)的寬度(h)與倒角面(11)的寬度(L)相等,導(dǎo)流翼板(20)的厚度(b)為倒角面(11)寬度(L)的1/10。
【文檔編號】E01D19/14GK103952974SQ201310632916
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】馬存明, 劉仰昭, 廖海黎, 李明水 申請人:西南交通大學