专利名称：钢箱梁自适应风嘴的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种能实时调整箱梁气动特性，提高桥梁结构抗风能力的钢箱梁自适应风嘴。
背景技术：
常规钢箱梁的风嘴为固定角度，不设导风管。工程实例表明，这种固定形态的风嘴对千米左右跨度的内陆桥梁是有效的，但随着桥梁技术的进步，桥梁的跨越能力不断提高， 可建桥区域不断扩展，随着跨度的加大，加上近海区域气流变化剧烈，桥梁气动稳定问题日显突出，固定形态的风嘴存在明显的局限性。为提高桥梁结构的抗风能力，保证结构安全， 满足行车舒适性要求，对千米及千米以上的大跨度桥梁，特别是跨海的千米及千米以上大跨度桥梁，有必要设计出能实时调整箱梁气动特性，应对桥址区复杂多变的气流变化，提高桥梁结构抗风能力的自适应风嘴。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种可改变箱梁顶、底面的风压差，改变旋涡脱落频率，提高箱梁颤振临界风速；能调整结构气动特性，提高桥梁结构抗风能力的钢箱梁自适应风嘴。本发明目的的实现方式为，钢箱梁自适应风嘴，支架安装在钢箱梁侧面，可动导风板的面板内装加劲板，加劲板上装有转动轴，可动导风板通过转动轴安装在支架端部，上固定导风板，下固定导风板分别安装在支架的上、下部，等截面或变截面导风管的中间管两端有进风口、出风口，多根中间管共用一个出风口，进风口外有导风管盖板，进风口、出风口分别固定在上固定导风板、下固定导风板上，可动导风板和导风管盖板分别接伺服系统、传感器系统，伺服系统、传感器系统接单片机。本发明可改变箱梁顶、底面的风压差，使升力系数和俯仰力矩系数发生变化，改变旋涡脱落频率，提高箱梁颤振临界风速；能调整结构气动特性，提高桥梁结构的抗风能力。
图1为本发明结构俯视图，图2为本发明结构仰视图，图3为图1的1-1向截面图，图4为图1的2-2向截面图，图5本发明结构示意图，图6为可动导风板结构示意图，图7为单根导风管结构示意图，图8为组合导风管结构示意图，
图9为本发明工作流程图，图10为计算网格划分图，图11为仿真计算方案图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明，参照图1-5，支架7安装在钢箱梁1侧面。上固定导风板3、下固定导风板4分别安装在支架7的上、下部。可动导风板2通过转动轴9安装在支架7端部。可动导风板2 与上固定导风板3、下固定导风板4的结合部处于可动导风板2的曲线段上。参照图6，可动导风板2钢质或高分子复合材料的面板8内装加劲板10，加劲板10 上装有转动轴9，可动导风板2通过转动轴9安装在支架7端部。参照图4、5和8，等截面或变截面导风管5的中间管12两端有进风口 11、出风口 13。多根中间管12共用一个出风口 13，进风口 11外有导风管盖板6。进风口 11、出风口 13分别固定在固定导风板3、下固定导风板4上。参照图7，各等截面或变截面导风管5可根据需要，采用独立的出风口 13。可动导风板2和导风管盖板6分别接伺服系统、传感器系统，伺服系统、传感器系统接单片机。伺服系统可采用常规的机械、液压或电磁传动机构；传感器系统可选用常规的微型数字气象站、加速度计、位移传感器、索力传感器及应力传感器等器件组合而成。千米及千米以上的大跨度桥梁安装本发明，因所处的风环境存在不均勻性，需沿桥梁长度方向分段设置。分段原则应结合桥址区气象条件、桥梁挠曲线、梁段吊装能力，经计算流体动力学分析及风洞试验结果确定。为便于自适应风嘴的安装、调试，原则上分段长度不宜超过钢箱梁吊装长度。本发明的可动导风板2可绕转动轴9上、下摆动，以适应自然风的流向，降低箱梁风阻，调整流过箱梁上下表面气流的流体动力学特性，起到调整梁段的升力系数和俯仰力矩系数的作用，也可提高桥梁结构颤振临界风速。两侧可动导风板2可同步动作，也可差动动作。导风管盖板6可部分开启、全开启和全闭合。等截面或变截面导风管5 —方面起到调整箱梁顶、底面的风压差作用；另一方面将自然流向的风，通过等截面或变截面导风管后吹向箱梁表面，调整流过箱梁上下表面的气流的速度差，起到调整梁段的升力系数和俯仰力矩系数，也可提高桥梁结构颤振临界风速的作用。传感器系统采集桥址区风向、风速、风压等气象信息，以及桥梁受力状态和桥梁运动状态信息，为控制系统分析、比对，向伺服系统下达动作指令提供基本数据。单片机接收传感器系统采集的基本数据，经分析整理，比对后，向伺服系统下达动作指令，伺服系统调整可动导风板2的角度或开闭等截面或变截面导风管5的导风管盖板 6。通过调整几何尺寸及导风管布置形式，本发明也可安装在钢桁梁的杆件、拱桥的吊杆上，以改善结构气动特性，提高钢桁桥、拱桥的抗风能力。
为验证本发明的效果，本申请人利用计算流体动力学理论，建立流固耦合数值计算模型进行仿真计算，计算网格划分如图10所示。数值仿真计算中采用固定风嘴、可活动风嘴、带导风管固定风嘴、带导风管活动风嘴等四种基本风嘴形式，结合不同风攻角及风嘴动作方式进行六个方案的仿真计算。各计算方案的分析模型见图11。具体分析结果见表1《风速ν = 70m/s时各方案静态绕流时的气动力参数表》，及表2《各方案颤振临界风速仿真计算结果表》。表 1
仿真计算方案风攻角 (。)升力系数俯仰力矩系数涡脱落频率 (Hz)最大值最小值最大值最小值方案101. 391. 160. 15-〇.2812.00+30. 00-0. 60-3.40-4. 2510. 00方案2+33. 302. 58-2. 55-3. 859. 50方案3+31.000. 77- 3. 10-3. 5012. 50方案402. 20-1.256. 601. 501. 25+32. 70-0. 400. 20-4. 501.67方案5+33. 100. 501. 50-1. 701. 56方案6+34. 40-0. 204. 00-4. 001.20 表 2
仿真计算方案风攻角(° )颤振临界风速(m/s)方案1055 60+355 60方案2+355 60方案3+360 邸方案4075 80+365 70方案5+370 75方案6+370 75 从表中可见，本发明可改变箱梁顶、底面的风压差，使升力系数和俯仰力矩系数发生变化，改变旋涡脱落频率，提高箱梁颤振临界风速；能调整结构气动特性，提高桥梁结构的抗风能力。
权利要求
1.钢箱梁自适应风嘴，其特征在于支架安装在钢箱梁侧面，可动导风板的面板内装加劲板，加劲板有转动轴，可动导风板通过转动轴安装在支架端部，上固定导风板，下固定导风板分别安装在支架的上、下部，等截面或变截面导风管的中间管两端有进风口、出风口， 多根中间管共用一个出风口，进风口外有导风管盖板，进风口、出风口分别固定在上固定导风板、下固定导风板上，可动导风板和导风管盖板分别接伺服系统、传感器系统，伺服系统、传感器系统接单片机。
全文摘要
本发明涉及一种钢箱梁自适应风嘴。支架安装在钢箱梁侧面。可动导风板的面板内装加劲板，加劲板有转动轴，可动导风板通过转动轴安装在支架端部。上固定导风板，下固定导风板分别安装在支架的上、下部。等截面或变截面导风管的中间管两端有进风口、出风口。多根中间管共用一个出风口。进风口外有导风管盖板。进风口、出风口分别固定在上固定导风板、下固定导风板上。可动导风板和导风管盖板分别接伺服系统、传感器系统，伺服系统、传感器系统接单片机。本发明可改变箱梁顶、底面的风压差，使升力系数和俯仰力矩系数发生变化，改变旋涡脱落频率，提高箱梁颤振临界风速；能调整结构气动特性，提高桥梁结构的抗风能力。
文档编号E01D19/00GK102191747SQ20111007364
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者刘俊峰, 吴江辉, 宁伯伟, 张成东, 张自荣, 汪胜义, 潘晓民, 罗扣, 胡勇, 詹昊 申请人:中铁大桥勘测设计院有限公司