利用垂直轴风机进行涡振控制的大跨度桥梁的制作方法

本实用新型涉及桥梁领域，尤其涉及一种利用垂直轴风机进行涡振控制的大跨度桥梁。

背景技术：

处于地球大气边界层内的桥梁不可避免地会受到自然风的作用，而现代桥梁结构正向着跨度更大、更柔、更纤细的方向发展，这必然导致其对风的敏感性增加，桥梁结构的风致振动问题已成为控制大跨度桥梁设计的关键因素之一，特别是对于目前国内正在大量修建的大跨度钢箱梁斜拉桥、钢箱梁悬索桥和钢结构连续梁桥，其主梁断面的涡激共振问题已经成为抗风研究的重点。涡激共振，简称涡振，是一种具有强迫和自激双重特性的自限幅风致振动现象，由气流绕经结构表面时所产生的以某一固定时间间隔有规律地脱落的旋涡所引起。涡激共振虽然不会直接引起桥梁动力失稳破坏，但是，较大振幅的涡振会对桥梁结构的安全和行车舒适性等服务性能产生较大的危害，影响正常使用。此外，涡激共振是大跨度桥梁在低风速下很容易出现的一种风致振动现象，其易发性和振幅之大会对桥梁结构的强度和疲劳性能产生很大的影响。因此各国桥梁工程规范或桥梁抗风规范均要求对涡激共振的发生风速和振动幅值进行控制，在低风速下尽量避免其发生或限制其振动幅值。

涡激共振控制措施主要有结构措施，机械措施及气动措施。前两者力学机理明了，但代价昂贵，后者却因代价小实施方便而得到广泛应用。气动措施通过改变截面的气动外形来改变流体对结构的荷载，除了常规的梁高、梁宽、桥梁基本断面的选择外，常用的还有导流板、抑流板、风嘴、整流板、扰流板、分流板、稳定板、中央挡板以及设置通风导流的格子。但是目前涡激共振控制常用的气动措施均需沿桥梁跨度方向通长布置，并且一次性投入高，并需后续维护。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种利用垂直轴风机进行涡振控制的大跨度桥梁，解决现有技术结构复杂、一次性投入与后续维护投入高等问题。

为了实现上述的目的，采用如下的技术方案。一种利用垂直轴风机进行涡振控制的大跨度桥梁，包括主梁，所述主梁底部转角处设置有垂直轴风机。利用垂直轴风机在来流风作用旋转后产生的水平尾流打乱主梁的漩涡脱落从而起到控制涡激共振的作用。垂直轴风机作为三种主要类型的风力发电机之一，具有良好的旋转效果，其尾流呈水平向扩散，尾流影响方向为顺风向和横风向，影响范围较广。垂直轴风机用于大跨度桥梁涡激共振控制时，其顺风向和横风向扩散的尾流可以大范围内地、有效地打乱漩涡脱落，避免漩涡出现明显的卓越频率，从产生机理上控制涡激共振的发生。

所述垂直轴风机在桥梁横向上设置在所述主梁断面底部转角处，在桥梁纵向上等间距设置。垂直风扇作为大跨度桥梁涡激共振气动控制措施应用时，不需要桥梁跨度方向通长布置，这可以大大降低气动控制措施的造价，但是垂直风扇布置数量对涡振控制效果和经济效益有决定性影响，布置数量太少可能涡振控制效果不能满足要求，布置数量过大会导致造价上升。垂直轴风机一般设置在主梁容易产生涡振的部位，经研究，垂直风机在顺风向（桥梁横向）最佳安装位置是主梁断面底部的两侧前缘处，在横风向（桥梁纵向）可以按照一定的间距布置若干个即可，具体的数量和布置位置可根据实际情况和事先风洞实验检验等确定。

所述主梁上设置有蓄电池组和供电系统，所述垂直轴风机、蓄电池组和供电系统依次连接。无论涡激共振是否发生，垂直轴风机的风力发电功能均可用于桥梁供电，给桥梁的照明灯、观赏灯或其他用电设备等提供电能，减少桥梁运营投入。

所述垂直轴风机包括风叶，所述风叶上设置有彩色LED灯。彩色LED灯可以由所在的垂直轴风机直接供电，或通过桥梁的供电系统供电，在自然风作用下旋转的彩色LED灯光效果具有改变大跨度桥梁景观的功能。

与现有技术相比，本实用新型结构科学合理，具有以下优点：

1、垂直轴风机旋转产生的尾流具有横风向和顺风向水平扩散的特点，用于涡振控制措施时只需等间距地布置一定的数量，而无需像目前常用的气动措施那样沿桥梁跨向通长布置，一次性投资相对较少；

2、垂直轴风机用于涡振控制措施的原理是利用风叶旋转产生的尾流打乱桥梁主梁断面规则漩涡脱落，由于其尾流影响区域大，蕴含能量大，对规则漩涡的打乱效果好，涡振控制效果明显并适用于不同类型桥梁；

3、垂直轴风机作为涡振控制措施的同时还可以利用风叶的旋转发电，收集的风能可用于大跨度桥梁日常运营的用电需求，具有可持续性、节能环保和减少投资的优点；

4、垂直轴风机的风叶上可以安装不同颜色的LED灯，其供电可由风机自身提供，在自然风作用下旋转的灯光效果具有改变大跨度桥梁景观的功效。

附图说明

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例二的结构示意图；

图3为实施例三的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型的结构如图1、图2、图3所示，包括主梁1，主梁1底部转角处设置有垂直轴风机2。利用垂直轴风机2在来流风作用旋转后产生的水平尾流打乱主梁1的漩涡脱落从而起到控制涡激共振的作用。垂直轴风机2在桥梁横向上可以设置在主梁1断面底部转角处，在桥梁纵向上可以等间距设置。

主梁1上设置有蓄电池组和供电系统，垂直轴风机2、蓄电池组和供电系统依次连接。无论涡激共振是否发生，垂直轴风机的风力发电功能均可用于桥梁供电。垂直轴风机2包括风叶，风叶上设置有彩色LED灯，在自然风作用下旋转的彩色LED灯光效果具有改变大跨度桥梁景观的功能。

对于常见典型的主梁类型，应用本实用新型只是在安装垂直轴风机的位置处局部加固，无需进行大改造。实施例一，垂直轴风机安装于闭口扁平箱型主梁的结构，如图1所示。实施例二，垂直轴风机安装于双边肋主梁的结构，如图2所示。实施例三，垂直轴风机安装于开口扁平箱型主梁的结构，如图3所示。经研究和试验，垂直轴风机尾流影响区域大，蕴含能量大，对规则漩涡的打乱效果好，涡振控制效果明显并适用于不同类型桥梁。