[发明专利]一种超大跨度悬索桥颤振翼板主动控制实验模型

说明书

本发明公开了一种超大跨度悬索桥颤振翼板主动控制实验模型，包括主梁、翼板和传动装置，所述的主梁内部横向间隔设置有若干内骨架，沿主梁节段模型的延伸方向设置有加劲轴，所述的主梁两侧空间内纵向设置有传动轴，所述的传动轴一端连接有舵机，所述的舵机设置在主梁的一端内，在主梁的两侧设置有若干支撑柱，所述的支撑柱的顶端固定有翼板，所述的翼板内侧还设置有连杆，所述的连杆另一端与内骨架连接。该结构通过翼板不断变换姿态而振动，将振动所产生的气动自激力通过支撑传递给主梁，实现对主梁振动的抑制，并由此提高大跨度悬索桥的颤振临界风速。

技术领域

本发明属于悬索桥颤振控制技术领域，具体涉及一种超大跨度悬 索桥颤振翼板主动控制实验模型。

背景技术

世界经济的快速发展，新材料的陆续研发，设计理念、施工技术 和计算能力的不断进步，使得人类有能力建造更大跨度的桥梁，连接 以往不能连接的通途。悬索桥作为拥有最强跨越能力的桥梁形式，被 广泛地应用于跨越天堑。由于其卓越的跨越能力，这种桥型在世界范 围内一直处于蓬勃发展的阶段，其跨径增加非常迅速。然而，超大跨 度悬索桥自身刚度低，且常处于海上高风速区域，如何避免桥梁在其 生命周期内因颤振而破坏成为了设计的重点和难点。颤振控制主要通 过改变结构强度、附属机械能耗和气动调节的方式进行，研究可知， 气动措施在三类颤振控制方法中最具吸引力，一方面，气动措施不需 要对桥梁结构进行大刀阔斧的修改，仅以附属构件的方式存在，拥有 良好的经济性；另一方面，气动措施从根本上改变了气动力对主梁的 作用过程，从根本上减少了颤振能量的来源，拥有良好的有效性。

气动控制措施方面主要可以分为固定气动装置、可动气动装置以 及主动气动装置三种。固定式气动装置一般是在不改变桥梁主体结构 与使用性能的前提下，适当改变桥梁的外形布置或者附加一些导流装 置，也被称为被动气动装置。常见的用于颤振抑制的被动气动装置有 风嘴、稳定板等。这类装置需要经过风洞试验比选，以找出有效的外 形方案，能在一定范围内提高颤振临界风速，被广泛地应用于桥梁颤 振控制。它的优点是无条件稳定且技术成熟，缺点是抑振效果有限且 比选过程较为繁琐。可动式气动装置通过设置巧妙的机械构造，使气 动装置能随加劲梁的振动做出相应的姿态调整。现有的一部分可动气 动装置包括可动稳定板、可动翼板以及可动风嘴等。这类装置能在固 定气动装置的基础上进一步提高颤振临界风速。其缺点是控制装置的 设计较为复杂，有一定的实施难度，难以用最优的方式实现抑振。另 外，有的装置可能会破坏加劲梁的完整性。主动气动措施方面则主要 包含主动风嘴和主动翼板两类。他们与主动机械控制措施一样，都需 要建立完整精确的数学物理模型，在一定的性能目标下完成对系统的 最优控制。与主动机械式抑振措施相比，这类措施耗能较低。缺点方 面主要包括有条件稳定和需要能源方面。相关研究还有待进一步进行。

通过上述研究现状的探讨可知，气动措施在三类颤振控制方法中 最具吸引力。一方面，气动措施不需要对桥梁结构进行大刀阔斧的修 改，仅以附属构件的方式存在，拥有良好的经济性；另一方面，气动 措施从根本上改变了气动力对主梁的作用过程，从根本上减少了颤振 能量的来源，拥有良好的有效性。随着桥梁跨度的不断增加，针对气 动措施的研究也层层深入。悬索桥作为拥有最大跨度能力的桥梁形式， 其颤振控制问题的难度与跨度密切相关。当桥梁跨度低于1500m时， 仅对主梁气动外形进行合理优化通常即可避免颤振的发生；当桥梁跨 度介于1500m至2000m时，可能需要诸如稳定板、箱梁开槽等被动气 动措施进一步提高桥梁颤振稳定性；当桥梁跨度进一步提升，以迎合 跨海工程的需求时，单纯的外形优化和被动控制措施的组合开始显得 力不从心，经济性和可行性大打折扣。相比之下，可动气动措施和主 动气动措施是解决这类超大跨度桥梁颤振问题的合理方法。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种超大跨度悬索桥颤振翼板结构，形成 基于翼板的大跨度悬索桥颤振主动控制理论框架，作为通用模板指导 大跨度悬索桥的颤振控制的研究基础。