一种箱梁桥涡振抑制机构的制作方法

1.本发明涉及一种箱梁桥涡振抑制机构，属于桥梁工程及安全技术领域。


背景技术：

[0002] 桥梁涡振是指桥梁在流体中发生的涡振现象，当流体流过桥梁时，可能会在某些条件下引发涡振，导致桥梁结构受到振动和损害。特别是对于箱梁桥，由于箱梁桥的特殊形状，如横截面的翼缘、侧墙等，容易导致空气流动的分离和涡流的产生，当空气流动速度较大时，这些特殊形状都可能引发涡振现象。并且箱梁桥的箱梁中空，这种结构固然减小了桥梁自重，但较轻的桥梁结构在受到风荷载时也容易产生涡振现象。为了消除箱梁桥的涡振，目前一般以下几种方法：1. 调整桥梁几何形状：通过调整桥梁的几何形状，例如改变梁段宽度、倾角、翼缘形状等，可以改变流体流过桥梁时的流动特性，从而减小涡振的产生；2. 安装阻尼装置：在桥梁结构上安装阻尼装置，例如涡振阻尼器、涡振能量吸收器等，可以通过消耗涡振能量来减小涡振的幅值和频率，从而达到消除涡振的目的；3. 加装质量：通过在桥梁结构上增加质量，例如在桥梁上加装附加物或增加桥梁自身的质量，可以改变桥梁的动力特性，从而减小涡振的产生；4. 控制流体流速：通过控制流体流过桥梁的速度，例如调整河道断面、航道疏浚等措施，可以减小涡振的产生。
[0003]
但目前采用的以上几种方法，调整的都是桥梁的固有涡振频率，在流体速度超过了桥梁结构特定的临界流速时，遇到与桥梁结构的固有频率接近的涡振激励频率，桥梁仍会发生涡振。因此以上几种措施只能做到降低桥梁发生涡振的概率，无法完全避免涡振的发生。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于：提供一种箱梁桥涡振抑制机构，可以动态调整桥梁的固有涡振频率，防止涡振的发生。
[0005]
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：一种箱梁桥涡振抑制机构，用于由多节中空的箱梁连接而成的箱梁桥，该箱梁桥涡振抑制机构包括泵站、设置在箱梁桥上的涡振检测装置以及灌注水箱，所述泵站从箱梁桥下方的河道取水，所述灌注水箱设置在箱梁的内部空腔中，灌注水箱上设置有进水口及出水口，灌注水箱的进水口与泵站的出水管道连接，出水口设置在灌注水箱底部，出水口设置有通往箱梁外部的排水管道，排水管道上设置有电动排水阀；所述泵站、涡振检测装置以及电动排水阀均与中央控制器电性连接。
[0006]
本发明中，当箱梁桥遭遇强气流，涡振传感器检测到桥梁发生振动时，中央控制器启动泵站向灌注水箱内泵入河水以提高箱梁的自重。箱梁桥涡振频率与单个箱梁的重量之间的关系公式可以使用以下经验公式来估算：f=(k
×
√w/m))/2π，式中：f ：涡振频率，单位为hzk：经验系数，取决于桥梁的几何形状、材料性质等因素，对于箱梁桥，k的取值在
0.1-1.0之间；w：单个箱梁的重量，单位为n或kgm：单个箱梁的等效质量，单位为kg，在计算涡振效应时引入的涡振质量修正项，用于考虑涡振对桥梁的附加质量效应，这种质量效应可以理解为涡振作用引起的额外质量，它会对涡振频率产生影响。涡振质量修正项m可以通过涡振试验、实测数据或者经验公式等方式得到，对于箱梁桥，m取值范围在0.1-1.0之间。
[0007]
从上式可以看出，对于确定的箱梁桥，k以及m值均是确定值，因此当发生涡振时，本发明通过泵站向灌注水箱注水以改变箱梁的重量w，即可改变箱梁的涡振频率以避开当前流体的涡振激励频率，并且随着注水量的改变，涡振频率是动态变化的，使得采用本发明的箱梁桥可以在一个很大的数据范围避免了涡振的发生；并且加重的箱梁也可以减小桥梁的振动幅度，保护桥梁结构不受振动的影响。
[0008]
进一步的，所述泵站的出水管道上设置有进水流量计，所述箱梁上设置的排水管道上设置有排水流量计，进水流量计及排水流量计分别向中央控制器输出进水及排水流量信号；进水流量计及排水流量计可以采用电磁流量计、超声波流量计、热式流量计等可以通过数字或模拟信号输出流量数据，并且可以与中央控制器通过rs485、modbus、hart等通信协议进行通讯，从而实现流量数据的传输，中央控制器通过进出流量数据判断灌注水箱中进水及出水量是否平衡，以判断是否有管路堵塞并在适当的时候发出报警信号。
[0009]
进一步的，所述灌注水箱的横截面为两边高中间低的凹槽形，灌注水箱凹槽底部的中间部位设置有收缩的喉部通道；在桥梁摆动时，灌注水箱中的水体也随之摆动，流动的水体在流经喉部通道时产生涡流加强水流与灌注水箱侧壁的作用力，起到消耗摆动能量的作用；进一步的，所述灌注水箱内部设置有扰流板，扰流板与箱梁桥的水平中轴线平行设置，所述扰流板顶部与灌注水箱的箱顶连接，扰流板底部与灌注水箱底板之间设置有水流通道；在桥梁摆动时，灌注水箱中的水体也随之摆动，此时扰流板对水产生的阻碍作用，使得水流因改变流动方向而对扰流板及水箱壁产生的水平向作用力和垂直向作用力，这个力量是与桥梁的摆动方向是相反的，因此可以起到减缓桥梁摆动的作用。
[0010]
进一步的，多节箱梁内部分别设置有独立的灌注水箱，各个灌注水箱之间通过注水管连接，各个灌注水箱上均设置有排水管道，各个排水管道上均设置有电动排水阀，各个灌注水箱上的电动排水阀均与中央控制器电性连接；进一步的，泵站从河道取水的进水管路及向灌注水箱供水的出水管路上均设置有过滤装置；过滤装置可以为砂滤器及各种水预处理过滤器，只需滤去水中较大的悬浮杂质防止管路堵塞即可；进一步的，所述涡振检测装置为加速度传感器、光纤光栅传感器、声学传感器或振动传感器中的一种或多种。当涡振现象发生时，桥梁结构会发生较大的振动，加速度传感器可以通过检测桥梁结构的加速度变化来判断是否存在涡振现象；光纤光栅传感器可以测量光纤中的光信号的散射和反射，从而实时获取结构的振动信息，包括振幅、频率等，从而判断是否存在涡振现象；涡振现象通常伴随着较大的噪音产生，声学传感器可以通过检测结构上的声音信号的强度和频率等参数来判断是否存在涡振现象；振动传感器可以安装在桥梁结构的关键位置，通过测量结构的振动频率、振幅等参数来判断是否存在涡振现象。
[0011]
本发明的积极有益技术效果在于：本发明通过在箱梁内部设置灌注水箱通过泵站向灌注水箱注水以改变箱梁的固有涡振频率，可以避免长时间的涡激振动对桥梁结构造成的潜在影响；在桥梁涡振时通过增加箱梁重量也可以降低桥梁的振动幅度；灌注水箱内部横截面采用凹槽形、收缩的喉部以及扰流板配合，可以消耗桥梁摆动的能量，降低桥梁摆动幅度；并且本发明对桥梁的安全保护还体现在对桥梁颤振和驰振等发散性振动也可以起到很好的抑制效果，或者在桥梁遭遇洪水时，向灌注水箱注水也可以起到传统的重车压梁效果，保护桥梁不被洪水冲垮。
附图说明
[0012]
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
[0013]
图2为本发明一个实施例箱梁的横截面示意图。
实施方式
[0014]
为了更充分的解释本发明的实施，以下提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。
[0015] 结合附图对本发明进一步详细的解释，附图中标记为：1. 箱梁；2. 灌注水箱；3. 泵站；4. 河道；5. 扰流板；6. 喉部通道；8. 进水管道；9. 排水管道；10. 电动排水阀。
[0016]
如图所示：一种箱梁桥涡振抑制机构，用于由多节中空的箱梁1连接而成的箱梁桥，包括泵站3、设置在箱梁桥上的涡振检测装置以及灌注水箱2，泵站从箱梁桥下方的河道4取水，灌注水箱设置在箱梁的内部空腔中，灌注水箱上设置有进水口及出水口，灌注水箱的进水口与泵站的出水管道连接，出水口设置在灌注水箱底部，出水口设置有通往箱梁外部的排水管道9，排水管道上设置有电动排水阀10；泵站的出水管道上设置有进水流量计，箱梁上设置的排水管道上设置有排水流量计，进水流量计及排水流量计分别向中央控制器输出进水及排水流量信号；进水、排水流量计及涡振检测装置在图中未示出，泵站、涡振检测装置以及电动排水阀10均与中央控制器电性连接。
[0017]
本实施例中，灌注水箱的横截面为两边高中间低的凹槽形，灌注水箱凹槽底部的中间部位设置有收缩的喉部通道6，灌注水箱内部设置有扰流板5，扰流板与箱梁桥的水平中轴线平行设置，即扰流板是与桥体平行设置的，因此扰流板主要应对的是桥体横向的摆动，扰流板顶部与灌注水箱的箱顶连接，扰流板底部与灌注水箱底板之间设置有水流通道。本实施例中，在多节箱梁内部分别设置有独立的灌注水箱，各个灌注水箱之间通过注水管连接，各个灌注水箱上均设置有排水管道，各个排水管道上均设置有电动排水阀，各个灌注水箱上的电动排水阀均与中央控制器电性连接；多个电动排水阀可以在涡振外因如大风等因素终结后迅速排出灌注水箱中的水，恢复桥梁的正常运作。本实施例中，泵站从河道取水的进水管路及向灌注水箱供水的出水管路上均设置有过滤装置，过滤装置可以防止管路堵塞即可，过滤装置在图中未示出。
[0018]
在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

技术特征：
1.一种箱梁桥涡振抑制机构，所述箱梁桥由多节中空的箱梁连接而成，其特征在于：该箱梁桥涡振抑制机构包括泵站、设置在箱梁桥上的涡振检测装置以及灌注水箱，所述泵站从箱梁桥下方的河道取水，所述灌注水箱设置在箱梁的内部空腔中，灌注水箱上设置有进水口及出水口，灌注水箱的进水口与泵站的出水管道连接，出水口设置在灌注水箱底部，出水口设置有通往箱梁外部的排水管道，排水管道上设置有电动排水阀；所述泵站、涡振检测装置以及电动排水阀均与中央控制器电性连接。2.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：所述泵站的出水管道上设置有进水流量计，所述箱梁上设置的排水管道上设置有排水流量计，进水流量计及排水流量计分别向中央控制器输出进水及排水流量信号。3.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：所述灌注水箱的横截面为两边高中间低的凹槽形，灌注水箱凹槽底部的中间部位设置有收缩的喉部通道。4.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：所述灌注水箱内部设置有扰流板，扰流板与箱梁桥的水平中轴线平行设置，所述扰流板顶部与灌注水箱的箱顶连接，扰流板底部与灌注水箱底板之间设置有水流通道。5.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：多节箱梁内部分别设置有独立的灌注水箱，各个灌注水箱之间通过注水管连接，各个灌注水箱上均设置有排水管道，各个排水管道上均设置有电动排水阀，各个灌注水箱上的电动排水阀均与中央控制器电性连接。6.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：泵站从河道取水的进水管路及向灌注水箱供水的出水管路上均设置有过滤装置。7.根据权利要求1所述的一种箱梁桥涡振抑制机构，其特征在于：所述涡振检测装置为加速度传感器、光纤光栅传感器、声学传感器或振动传感器中的一种或多种。

技术总结
一种箱梁桥涡振抑制机构，用于由多节中空的箱梁连接而成的箱梁桥，该箱梁桥涡振抑制机构包括泵站、设置在箱梁桥上的涡振检测装置以及灌注水箱，所述泵站从箱梁桥下方的河道取水，所述灌注水箱设置在箱梁的内部空腔中，灌注水箱上设置有进水口及出水口，灌注水箱的进水口与泵站的出水管道连接，出水口设置在灌注水箱底部，出水口设置有通往箱梁外部的排水管道，排水管道上设置有电动排水阀；所述泵站、涡振检测装置以及电动排水阀均与中央控制器电性连接。本发明提供了一种箱梁桥涡振抑制机构，可以动态调整桥梁的固有涡振频率，防止涡振的发生。振的发生。振的发生。


技术研发人员：贾富强 阮元勋 贺丰年 侯亚伟 任娟娟 秦华川 吴钇锋 周婧 冯旭 杨彩庆 韩东阳
受保护的技术使用者：韩东阳
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/12