[发明专利]一种主动型气动翼栅栏杆结构及其控制方法

说明书

本发明提供了一种主动型气动翼栅栏杆结构及其控制方法，涉及大跨桥梁风振性能技术领域。该主动型气动翼栅栏杆结构包括主梁、侧栏杆、气动翼板和驱动机构。侧栏杆设置于主梁的边缘处，任意相邻两个侧栏杆之间均设置有多个气动翼板。气动翼板能够随着桥梁所处风环境和主梁振动状态的改变而实时调整姿态，以减小桥梁的气动升力矩，提高桥梁结构的风振性能。该控制方法，包括如下步骤：设定主梁的扭转运动的函数；根据主梁的扭转运动的函数导出主梁的扭转加速度的函数；选择气动翼板与主梁之间运动的相位差和从主梁振幅到气动翼板振幅的放大系数为控制参数；导出气动翼板的扭转运动函数形式；及根据气动翼板的扭转运动函数形式控制气动翼板的转动。

技术领域

本发明涉及大跨桥梁风振性能技术领域，尤其是涉及一种主动型气动翼栅栏杆结构及其控制方法。

背景技术

大跨桥梁的气动性能主要依赖于主梁所受的表面气动力，而主梁的气动力与主梁周围流场的流动形态密切相关，主梁的外形是决定其表面流场形态的关键因素。

为提高桥梁结构的风振性能，如提高颤振临界风速、降低涡振和抖振振动幅值，通常采用在表面增设气动控制措施，常见的有导流板、抑流板、中央开槽、裙板、分流板、风嘴和稳定板等。它们通常固定在桥梁结构上，也可统称为固定或被动型气动措施。被动气动措施的造价低、鲁棒性强，已在桥梁结构中得到了广泛应用。

但随着桥梁跨径的增大，被动型气动措施所能提供的改善效果正在接近极限，且多数被动气动措施无法兼顾多种不利的风振效应，部分措施在提升某一种风振性能的同时甚至会降低其他风振性能，单纯使用传统的被动气动措施已不能满足大跨桥梁对风振性能的要求。

因此，为弥补传统的被动型气动措施在大跨桥梁风振控制方面的不足，本发明提出了一种主动型气动翼栅栏杆结构及其控制方法，以大幅提升大跨桥梁结构的风振性能。

发明内容

针对上述情况，本发明提供一种主动型气动翼栅栏杆结构，其能够大幅提升大跨桥梁结构的风振性能。

本发明还提供一种控制方法，其能够用于控制主动型气动翼栅栏杆结构的运动。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种主动型气动翼栅栏杆结构，主要可以包括：

主梁；

侧栏杆，设置于主梁的边缘处，侧栏杆至少有两个；

气动翼板，任意相邻两个侧栏杆之间均设置有多个气动翼板；及

驱动机构，用于驱动气动翼板转动。

侧栏杆至少有两个，使得侧栏杆和气动翼板能够分段运输后，再现场安装。主动型气动翼栅栏杆结构将多个气动翼板形成翼栅结构，若干气动翼板与桥梁外侧栏杆形成有机整体，无需增设体积庞大的附加的连接构件。该主动型气动翼栅栏杆结构能够随着桥梁所处风环境和主梁振动状态的改变而实时调整姿态，以减小桥梁的气动升力矩，提高桥梁结构的风振性能。当桥梁在较低风速下发生涡激振动或在较高风速下发生颤振失稳时，主动控制栏杆上的气动翼栅能够根据桥梁主梁的振动按预设的参数发生相应振动，实时地改变桥梁气动性能，提高桥梁结构的风振性能，保障结构安全和行车安全。

在本发明的一些实施例中，上述驱动机构包括伺服电机，伺服电机的输出轴与气动翼板的侧面的中部相连。以更好地通过伺服电机控制气动翼板的转动。

在本发明的一些实施例中，上述任意相邻两个侧栏杆之间设置有三个气动翼板。

在本发明的一些实施例中，上述每个气动翼板均连接有一驱动机构，以使每个气动翼板均能被单独控制。

在本发明的一些实施例中，上述气动翼板与侧栏杆通过固定铰相连。