一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置製造方法

2023-05-23 16:22:41

一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，鋼塔柱的每個橫橋向鋼板上分別焊接有兩個抑流箱，抑流箱沿整個鋼塔柱的高度布置，每個抑流箱包括兩塊相互平行並且垂直焊接於橫橋向鋼板的側板，兩塊側板之間連接有與橫橋向鋼板平行的邊板，側板、邊板和橫橋向鋼板所構成的箱形結構內部焊接有多個隔板，多個隔板沿鋼塔柱的高度方向間隔布置，側板和/或邊板上設置有加勁肋。本發明通過改變箱形截面鋼塔柱的氣動外形，有效控制鋼塔柱渦振振幅，並防止馳振失穩，為結構安全性、行車安全性和舒適性提供保障，同時構造措施簡單、經濟實用、對提升橋梁的景觀效果也有積極的作用，主要應用於斜拉橋或懸索橋箱形截面鋼塔柱。
【專利說明】—種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於橋梁工程和防災工程領域，具體的說，是涉及一種橋梁抗風結構。
【背景技術】
[0002]箱形截面鋼塔柱在國內外的橋梁領域均有廣泛的應用，其外形簡潔、施工便捷、受力性能良好，適用於各種跨徑斜拉橋和懸索橋。
[0003]渦振是在低風速下橋梁鋼塔柱很容易出現的一種帶有自激性質的風致限幅振動，主要由截面尾部脫落的氣流漩渦產生，帶有一定的自激特性，同時結構振動又會對漩渦脫落造成一定的影響。雖然渦振是一種限幅振動，但當振幅較大時也會影響行車安全，不容忽視。
[0004]目前，由於渦振是一種限幅振動，不會出現災難性的後果，現有鋼塔柱的設計基本沒有考慮它的影響，但實踐經驗證明，箱形截面鋼塔柱的渦振也會產生較大振幅的持續振動，降低了鋼塔柱的疲勞性能，同樣會對行車造成不利影響，需要對其進行控制。
[0005]箱形截面橋梁鋼塔柱另一個顯著的風致振動現象是馳振，馳振是一種發散性的自激振動。而對於箱形截面鋼塔柱，由於其升力係數的斜率為負值，屬於馳振不穩定截面，特別容易出現馳振失穩。經試驗及實踐經驗發現，箱形截面鋼橋塔的馳振對橋梁結構危害巨大，會使鋼塔柱發生過大振幅的振動，甚至垮塌，因此必須對其進行控制，防止災難發生。
[0006]目前，鋼塔柱馳振控制多採用馳振穩定性較好的八邊形截面，但這種截面形式鋼塔柱的鋼板構造較箱形複雜，特別是連接節點處構造十分繁瑣，施工不如箱形截面方便。另外一種馳振控制方法是在箱形截面鋼塔柱四個角點分別做一個小抹角，並在抹角處設置導流板來提高馳振穩定性，但導流板安裝不方便，並且會在一定程度上影響橋塔外觀，抹角的處理也使得鋼塔柱的構造變得複雜，施工不便。
[0007]綜上，設計一種構造簡單、外形美觀、效果良好的箱型截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置十分有必要。

【發明內容】

[0008]本發明要解決的是箱形截面橋梁鋼塔柱受渦振和馳振影響的技術問題，提供了一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，通過改變箱形截面鋼塔柱的氣動外形，有效控制鋼塔柱渦振振幅，並防止馳振失穩，為結構安全性、行車安全性和舒適性提供保障，同時構造措施簡單、經濟實用、對提升橋梁的景觀效果也有積極的作用，主要應用於斜拉橋或懸索橋箱形截面鋼塔柱。
[0009]為了解決上述技術問題，本發明通過以下的技術方案予以實現:
[0010]一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，鋼塔柱的每個橫橋向鋼板上分別焊接有兩個抑流箱，所述抑流箱沿整個鋼塔柱的高度布置，每個所述抑流箱包括兩塊相互平行並且垂直焊接於所述橫橋向鋼板的側板，兩塊所述側板之間連接有與所述橫橋向鋼板平行的邊板，所述側板、所述邊板和所述橫橋向鋼板所構成的箱形結構內部焊接有多個隔板，多個所述隔板沿鋼塔柱的高度方向間隔布置，所述側板和/或所述邊板上設置有加勁肋。
[0011]每個所述抑流箱外側側板與所述橫橋向鋼板邊緣的距離為所述橫橋向鋼板寬度的 0.085 ?0.17 倍。
[0012]每個所述抑流箱的所述邊板寬度為所述橫橋向鋼板寬度的0.18?0.22倍。
[0013]每個所述抑流箱的所述側板寬度為所述邊板寬度的0.7倍。
[0014]所述側板、所述邊板、所述隔板和所述加勁肋的厚度均為6?8mm。
[0015]本發明的有益效果是:
[0016](一)本發明在傳統箱形截面鋼塔柱構造的基礎上，在鋼塔柱橫橋向兩個外邊側迎風面分別增加兩個抑流箱。一方面，抑流箱改變了鋼塔柱尾流漩渦脫落特性，避免了大型漩渦的形成，有效降低了渦振振幅；另一方面，抑流箱改變了箱形截面的氣動外形，升力係數斜率由負值變為正值，提高了馳振穩定性，防止馳振失穩。從而提高行車的安全性和舒適性，並有利於延長橋梁的使用壽命。
[0017](二)本發明採用合適比例的抑流箱，能夠改善箱形截面鋼塔柱單調的截面外形，有效提高斜拉橋或懸索橋的景觀效果。
[0018](三)本發明的抑流箱在施工時首先在地面上焊接成節段，待鋼塔柱主體結構施工完成後，吊裝各節段與鋼塔柱組裝形成整體，不僅施工便捷，並且利於保證施工質量，經濟實用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明所提供的渦振和馳振控制裝置的斷面結構示意圖；
[0020]圖2是本發明所提供的渦振和馳振控制裝置的立面結構示意圖。
[0021]圖中:1:側板；2:邊板；3:加勁肋；4:隔板；5:橫橋向鋼板。
【具體實施方式】
[0022]如圖1和圖2所示，本實施例披露了一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，包括側板1、邊板2、加勁肋3和隔板4拼接構成的抑流箱。
[0023]鋼塔柱包括兩個橫橋向鋼板5，抑流箱沿整個鋼塔柱的高度在每個橫橋向鋼板5外側分別布置有兩個，兩個抑流箱的間距隨橫橋向鋼板5寬度變化而調整。
[0024]每個抑流箱主要由兩塊側板I和一塊邊板2構成箱形結構。兩塊側板I相互平行，垂直的焊接於橫橋向鋼板5上。兩塊側板I與邊板2相互連接，同時邊板2與橫橋向鋼板5平行設置。
[0025]側板I和邊板2內部通過加勁肋3和隔板4加強，以提高抑流箱剛度和局部穩定性。側板1、邊板2和橫橋向鋼板5所圍成的箱形結構內部空間設置有多個隔板4，隔板4沿鋼塔柱的高度方向呈直線依次間隔布置。每塊隔板4四周分別與兩塊側板1、一塊邊板2以及橫橋向鋼板5採用四面圍焊緊密的焊接在一起。側板I和邊板2的內側可以根據實際尺寸酌情焊接加勁肋3，以保證側板I和邊板2的局部穩定性。本領域技術人員可根據實際受力及構造要求合理地選取加勁肋3的間距和尺寸。
[0026]本發明的抑流箱不僅改變了鋼塔柱尾流漩渦脫落特性，避免了大型漩渦的形成，有效控制了渦振振幅；同時也改變了箱形截面的氣動外形，升力係數斜率由負變正，提高了馳振穩定性，防止馳振失穩。
[0027]側板1、邊板2、加勁肋3和隔板4的厚度均為6?8mm，並且它們相互之間的焊接均採用角焊縫。
[0028]抑流箱的外側側板I距離橫橋向鋼板5邊緣的距離為橫橋向鋼板5寬度的
0.085?0.17倍。抑流箱的邊板2長度與鋼塔柱的高度相同，寬度為橫橋向鋼板5寬度的
0.18?0.22倍。抑流箱的側板I長度與鋼塔柱的高度相同，寬度為邊板2寬度的0.7倍。以上側板I和邊板2所構成抑流箱的尺寸，能夠有效的控制渦振振幅，並防止馳振的產生。
[0029]為了方便施工，保證施工質量，在地面裁剪出側板1、邊板2、加勁肋3和隔板4，然後將側板1、邊板2、加勁肋3和隔板4在地面上分節焊接成抑流箱節段，待鋼塔柱主體結構施工完成後，吊裝抑流箱節段與鋼塔柱組裝成整體。
[0030]儘管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，並不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可以作出很多形式的具體變換，這些均屬於本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，其特徵在於，鋼塔柱的每個橫橋向鋼板上分別焊接有兩個抑流箱，所述抑流箱沿整個鋼塔柱的高度布置，每個所述抑流箱包括兩塊相互平行並且垂直焊接於所述橫橋向鋼板的側板，兩塊所述側板之間連接有與所述橫橋向鋼板平行的邊板，所述側板、所述邊板和所述橫橋向鋼板所構成的箱形結構內部焊接有多個隔板，多個所述隔板沿鋼塔柱的高度方向間隔布置，所述側板和/或所述邊板上設置有加勁肋。
2.根據權利要求1所述的一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，其特徵在於，每個所述抑流箱外側側板與所述橫橋向鋼板邊緣的距離為所述橫橋向鋼板寬度的0.085 ?0.17 倍。
3.根據權利要求1所述的一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，其特徵在於，每個所述抑流箱的所述邊板寬度為所述橫橋向鋼板寬度的0.18?0.22倍。
4.根據權利要求1所述的一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，其特徵在於，每個所述抑流箱的所述側板寬度為所述邊板寬度的0.7倍。
5.根據權利要求1所述的一種用於箱形截面鋼塔柱的渦振和馳振控制裝置，其特徵在於，所述側板、所述邊板、所述隔板和所述加勁肋的厚度均為6?8mm。
【文檔編號】E01D19/00GK103821081SQ201410100199
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】曹景, 劉旭鍇, 張強, 謝斌, 戴少雄, 趙傳亮, 何玉寶 申請人:天津市市政工程設計研究院