一种用于桥梁涡振控制的流线型栏杆结构

1.本实用新型涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于桥梁涡振控制的流线型栏杆结构。


背景技术：

2.随着我国桥梁建设事业的发展，大跨度的桥梁建造的越来越多。由于这些结构具有刚度小、柔性大、阻尼小和重量轻的特点，因而对风作用的敏感性强，涡振就是一种大跨度桥梁中常见的现象。尽管涡激振动不会像颤振或驰振那样导致发散，但由于是低风速下常易发生的振动，且振幅之大足以影响行车安全，甚至可能诱发拉索共振等其他类型致命的气动不稳定现象，因此桥梁的涡激振动评价与控制已成为桥梁抗风设计研究中日益重要的课题。通过采取适当的气动措施改变桥梁断面的气动外形，从而改变气流在结构表面的流动和分离，破坏漩涡的形成或改变其漂移的速度，在整体上抑制涡振的发生。
3.中国专利cn205821999u公开了一种桥的护栏，包括立柱、连接相邻立柱的横杆组件以及若干个安装在横杆组件上的格挡杆，所述立柱、横杆组件上分别设有便于横杆组件、格挡杆安装的第一安装槽和第二安装槽，所述立柱和横杆组件上还分别设有与第一安装槽和第二安装槽相适配的第一限位块和第二限位块，所述第一限位块和第二限位块分别与立柱和横杆组件可拆卸固定设有第一固定件和第二固定件。该实用新型安装或拆卸均简便快捷，能大大的提高施工效率，该实用新型具有结构简单、连接结构新颖、安装方便的优点，但该护栏的功能有限，不能改变气流的流动和分离，不能够抑制涡振的发生，从而影响行车安全和行车舒适度。
4.因此，如何采用气动措施抑制涡振，从本质上减弱涡激作用，提高行车安全性和舒适性是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为克服现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种用于桥梁涡振控制的流线型栏杆结构，其技术方案如下：
6.一种用于桥梁涡振控制的流线型栏杆结构，包括栏杆主体，所述栏杆主体底端与桥面固定连接，所述栏杆主体包括方形横梁，所述方形横梁的外侧增设一道风嘴结构，所述风嘴结构由薄壁钢箱构成，所述薄壁钢箱的横截面呈三角形状。
7.优选地，所述风嘴结构横截面所呈的三角形状为锐角三角形，三角形一边与方形横梁外侧相连接，该边的边长与方形横梁高度一致，与该边相对的三角形顶角的角度为30
°
～60
°
。
8.优选地，所述薄壁钢箱的竖直面与方形横梁的侧面通过焊接或栓接连接在一起，形成一个整体结构。
9.优选地，所述薄壁钢箱的壁厚为4
‑
8mm。
10.优选地，所述方形横梁设置于栏杆主体的内侧。
11.本实用新型所获得的有益技术效果：
12.(1)本实用新型在现有栏杆方形横梁的外侧增设一道三角形风嘴结构，使其由原先的钝形截面转化为流线型截面。气流经过三角形风嘴结构的导流作用，绕着栏杆表面流动，表现为层流形态，很少有紊流产生，导致栏杆后方桥面板区域气流速度场分布均匀，原有的连续脱落的分离涡消失，因而抑制了涡振的发生。
13.(2)本实用新型涉及的流线型栏杆可显著减弱涡激作用，提高行车安全性和舒适性，延长了桥梁的使用寿命。
14.(3)本实用新型涉及的流线型栏杆结构简单，易于施工，适用于批量生产。
附图说明
15.为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
16.图1为本实用新型的三维断面示意图；
17.图2为实施例1的横截面结构示意图；
18.图3为现有箱梁断面绕流流场形态试验图；
19.图4为实施例2箱梁断面绕流流场形态试验图。
20.在以上附图中：1、栏杆主体；2、桥面；3、方形横梁；4、风嘴结构。
具体实施方式
21.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清除和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
22.此外，本申请可以在不同实施例中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
23.实施例1
24.本实施例主要介绍本实用新型的结构。
25.如附图1所示，其展示了一种用于桥梁涡振控制的流线型栏杆结构的三维断面示意图，包括栏杆主体1，所述栏杆主体1底端与桥面2固定连接，所述栏杆主体1包括方形横梁 3，所述方形横梁3的外侧增设一道风嘴结构4，所述风嘴结构4由薄壁钢箱构成，所述薄壁钢箱的横截面呈三角形状。
26.进一步的，如附图2所示，其展示了本实施例的横截面结构示意图，所述风嘴结构4 横截面所呈的三角形状为锐角三角形，三角形一边与方形横梁3外侧相连接，该边的边长与方形横梁3高度一致，与该边相对的三角形顶角的角度为30
°
～60
°
。
27.进一步的，所述薄壁钢箱的竖直面与方形横梁3的侧面通过焊接或栓接连接在一起，形成一个整体结构。
28.进一步的，所述薄壁钢箱的壁厚为4
‑
8mm。
29.进一步的，所述方形横梁3设置于栏杆主体1的内侧。
30.本实施例涉及的流线型栏杆结构简单，易于施工，适用于批量生产。
31.实施例2
32.本实施例是在实施例1的基础上进行的，与实施例1相同之处不予赘述。
33.本实施例介绍了桥梁的主梁节段模型的涡振试验结果。
34.如附图3所示，其展示了现有箱梁断面绕流流场形态试验图，断面的cfd数值模拟结果显示：气流遭到栏杆与路缘石等钝体的干扰，紊流强度极大，在其后方的桥面板区域气流速度场分布极度不均匀，表明这些区域是涡量的密集区，存在连续的旋涡脱落现象。
35.如附图4所示，其展示了本实施例箱梁断面绕流流场形态试验图，断面的cfd数值模拟结果显示：将栏杆换成改进的流线型栏杆后，气流经过三角形风嘴结构4的导流作用，绕着栏杆表面流动，表现为层流形态，很少有紊流产生，导致栏杆后方桥面板区域气流速度场分布均匀，原有的连续脱落的分离涡消失，因而抑制了涡振的发生。
36.现有断面与本实施例断面的节段模型涡振试验结果如下表所示。现有断面在风攻角为 0
°
、+3
°
时，均发生了剧烈的竖弯涡振现象，但是增设流线型栏杆后，竖弯涡振现象消失，流线型栏杆涡振控制效果非常显著。
[0037][0038]
试验中对应的流线型栏杆的具体参数为：三角形风嘴结构4的长度和宽度均与方形横梁3的长度和宽度相同，分别为b和d，三角形风嘴结构4的宽度所对应的锐角为41.1
°
，壁厚与现有方形横梁3相同，为6mm。事实上，只要满足三角形边长与方形横梁3高度一致，与该边相对的三角形顶角的角度为30
°
～60
°
，薄壁钢箱的壁厚为4
‑
8mm，即可大体上达到如上表所显示的效果。
[0039]
试验结论：根据箱梁的主梁节段模型的涡振试验结果，流线型栏杆可以有效降低涡激振动的竖向位移，抑制涡激振动响应的发生。
[0040]
本实施例所获得的有益技术效果：
[0041]
(1)本实施例在现有栏杆方形横梁的外侧增设一道三角形风嘴结构，使其由原先的钝形截面转化为流线型截面。气流经过三角形风嘴结构的导流作用，绕着栏杆表面流动，表现为层流形态，很少有紊流产生，导致栏杆后方桥面板区域气流速度场分布均匀，原有的连续脱落的分离涡消失，因而抑制了涡振的发生。
[0042]
(2)本实施例涉及的流线型栏杆可显著减弱涡激作用，提高行车安全性和舒适性，延长了桥梁的使用寿命。
[0043]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原
理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。