一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造的製作方法
2023-07-01 17:01:01
一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造的製作方法
【專利摘要】一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造，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流翼板（20），導流翼板（20）垂直於倒角面（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造
【技術領域】
[0001]本發明橋梁，特別涉及一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造。
【背景技術】
[0002]橋塔是橋梁結構體系的重要組成部分，高度會隨著橋跨的增加而顯著增大。對於大跨橋梁中的橋塔結構，當其截面形式較鈍，結構較柔，質量輕，阻尼低時，在自然風作用下將容易出現馳振問題。馳振是橋梁的4種主要形態的風振振動之一，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散性的自激振動，而馳振主要發生在細長的柔性結構(例如橋塔)上，是因氣流自激作用而產生的一種橫風向大幅振動，這種振動最先發現於結冰的電線，振動激發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，振動都具有發射性，破壞作用大，所以一旦發生將會造成嚴重的災難性後果。例如1940年發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定引發的全橋破壞災害，同樣地，橋塔若發生馳振，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計中，有必要對其橋塔的馳振問題加以重視和研究，且對於馳振穩定性能較差的橋塔結構，找出有效、經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構阻尼，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、費用低的優點，在實橋的風振控制中應用非常廣泛。
[0004]風洞試驗是研究大跨、高聳結構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(對於橋塔就是全塔氣彈模型試驗)、節段模型試驗和拉條模型試驗。相對而言，氣彈模型試驗和節段模型試驗發展較成熟、研究較多、應用也較廣。
[0005]對於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情況，便可以容易地直接判斷出該橋塔的馳振穩定性:若觀察不到橋塔振動發散現象，則說明該橋塔在試驗風速範圍內處於馳振穩定狀態，即不會發生馳振；若明顯觀察到橋塔的橫風向大幅振動現象，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散狀態，即發生了馳振，並可以直接確定出橋塔進入發散狀態的臨界風速，即馳振臨界風速。但有一點值得注意，為保證橋塔模型結構靜動力行為與原型(即實際橋塔)的相似，在全塔氣彈模型的設計中，除需滿足幾何外形的相似外，還應滿足彈性參數、慣性參數、重力參數、粘性參數和阻尼參數與實際橋塔的一致性。
[0006]通過節段模型的靜力試驗，並利用經典的Den Hartog (鄧哈託)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，但節段模型在設計中必須滿足外形與原型的相似，且模型幾何縮尺比不應小於1:100，才能保證節段模型靜力試驗結果和原型的一致。根據風洞中的測力天平裝置可以測得橋塔節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便可以根據以下公式計算出橋塔在風軸坐標系下的阻力係數Q3和升力係數Cl:
【權利要求】
1.一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造，包括具有四個角部倒角面(11)的倒角方形橋塔(10)，特徵是:所述倒角面(11)固定安裝有橫截面呈矩形的導流翼板(20)，導流翼板(20)垂直於倒角面(11),且沿倒角面(11)的豎向中心線延伸。
2.如權利要求1所述的一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造，其特徵是:所述導流翼板(20)的板面上均布有通孔(21a)。
3.如權利要求2所述的一種倒角方形橋塔風致振動抑制構造，其特徵是:所述各通孔(21a)的總面積與導流翼板(20)的板面總面積之比為40%?60%。
4.如權利要求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造，其特徵是:所述導流翼板(20)的寬度(h)與倒角面(11)的寬度(L)相等，導流翼板(20)的厚度(b)為倒角面(11)寬度(L)的1/10。
【文檔編號】E01D19/14GK203684092SQ201320773880
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2013年11月29日
【發明者】劉仰昭, 馬存明, 廖海黎 申請人:西南交通大學