一种抑制涡激共振的板式吊杆论文和设计-徐昕宇

全文摘要

本实用新型公开了一种抑制涡激共振的板式吊杆，包含横截面为矩形的平板和连接于所述平板上的两个扰流柱，两个所述扰流柱相对设置，每个所述扰流柱通过至少两个连接部件连接于所述平板对应的短边侧面，每个所述扰流柱与平板对应的短边侧面间具有间隙，每个所述扰流柱包含至少三个侧面，相邻两个侧面之间的连接处为外凸的尖角，每个所述扰流柱所有侧面中距离平板对应的短边侧面最远的为挡风面一，所述挡风面一在所述平板对应的短边侧面上的正投影覆盖平板对应的短边侧面。采用本装置有效改善板式吊杆的气动外形，扰乱了旋涡的规律性脱落，减小板式吊杆的涡激共振振幅减小，提高了吊杆自身的稳定性和抗风性能，降低桥梁结构的安全风险。

主设计要求

1.一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，包含横截面为矩形的平板(1)和连接于所述平板(1)上的两个扰流柱(2)，两个所述扰流柱(2)相对设置，每个所述扰流柱(2)通过至少两个连接部件(3)连接于所述平板(1)对应的短边侧面(11)，每个所述扰流柱(2)与平板(1)对应的短边侧面(11)间具有间隙，每个所述扰流柱(2)包含至少三个侧面，相邻两个侧面之间的连接处为外凸的尖角，每个所述扰流柱(2)所有侧面中距离平板(1)对应的短边侧面(11)最远的为挡风面一(21)，所述挡风面一(21)在所述平板(1)对应的短边侧面(11)上的正投影覆盖平板(1)对应的短边侧面(11)。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，每个所述扰流柱(2)的横截面均为三角形，每个所述扰流柱(2)的其中一个角朝向对应的短边侧面(11)。

3.根据权利要求2所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，每个所述连接部件(3)连接于同侧扰流柱(2)的对应角上，每个所述连接部件(3)的中轴线与平板(1)的中轴线重合。

4.根据权利要求3所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，所述三角形为等边三角形。

5.根据权利要求4所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，所述等边三角形的边长为所述平板(1)厚度的1.2-2倍。

6.根据权利要求1所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，每个所述扰流柱(2)与平板(1)对应的短边侧面(11)的间距为所述平板(1)厚度的1 -2.5倍。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，两个所述扰流柱(2)的形状、尺寸均相同，两个所述扰流柱(2)与平板(1)的间隙距离相等。

8.根据权利要求1-6任一所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，两个所述扰流柱(2)的长度均与平板(1)的长度相同。

9.根据权利要求1-6任一所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，每个所述扰流柱(2)与同侧的所有所述连接部件(3)为一体成型结构，所述扰流柱(2)和连接部件(3)均为铝质构件或钢质构件。

10.根据权利要求1-6任一所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其特征在于，在安装时，每个所述扰流柱(2)的上下两端具有缝隙。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及桥梁板式吊杆气动结构技术领域，特别涉及一种抑制涡激共振的板式吊杆。

背景技术

吊杆是中、下承式拱桥的主要传力构件，其安全性能直接关系到桥梁结构的安全性和耐久性，随着现代桥梁逐渐向着超大跨度的方向发展，吊杆的长细比进一步变大，而其质量轻、阻尼比小、气动稳定性差，因此容易发生多种有害振动，影响桥梁使用寿命甚至危及整体桥梁的结构安全。例如，美国的Commodore Barry桥在经历两天风暴后，9根吊杆几乎完全断裂，而后通过设置阻尼器抑制了风致振动，但为此花费了近130万美元；九江公铁两用大桥吊杆在设计时已作了开孔处理，但在主拱肋合龙后，仍出现大幅涡激振动，最后通过设置TMD抑制了吊杆涡振。

目前，吊杆的防风措施一般采用粘弹性调质阻尼器（TMD），但是，该粘弹性调质阻尼器结构本身耐久性差、工程造价高、维修保养费用高，难以得到推广和应用；同时由于板式吊杆横截面的高宽比一般在1:4~1:8，两个特征长度尺寸差异较大，因此，不同来流风向导致板式吊杆的涡激振动形态有显著差异，而风向的改变不会改变圆形吊杆的涡振形态，因此，现有圆形吊杆的设计无法有效适用于板式吊杆。

因此，急需设计一种具有良好抗风性能的板式减振吊杆。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有的桥梁板式吊杆容易受涡激共振的影响，增加桥梁结构不安全因素，但现有解决措施经济性较差等上述不足，提供一种抑制涡激共振的板式吊杆。

为了实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

一种抑制涡激共振的板式吊杆，包含横截面为矩形的平板和连接于所述平板上的两个扰流柱，两个所述扰流柱相对设置，每个所述扰流柱通过至少两个连接部件连接于所述平板对应的短边侧面，每个所述扰流柱与平板对应的短边侧面间具有间隙，每个所述扰流柱包含至少三个侧面，相邻两个侧面之间的连接处为外凸的尖角，每个所述扰流柱所有侧面中距离平板对应的短边侧面最远的为挡风面一，所述挡风面一在所述平板对应的短边侧面上的正投影覆盖平板对应的短边侧面。

采用本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，包含横截面为矩形的平板和连接于所述平板上的两个扰流柱，两个所述扰流柱分别位于所述平板的两个短边侧面的两侧，可采用固定连接也可采用可拆卸连接，所述平板的两个短边侧面各连接有一个扰流柱，有效改善板式吊杆的气动外形，所述扰流柱上均为外凸的尖角，提高分流效果，抑制风振，板式吊杆在安装时，长边沿顺桥向安装，能够使所述平板的长边方向迎风时，有效增大了迎风的范围，提高了吊杆自身的稳定性和抗风性能，避免平板发生扭转损坏，每个所述扰流柱所有侧面中距离平板对应的短边侧面最远的为挡风面一，所述挡风面一在所述平板对应的短边侧面上的正投影覆盖平板对应的短边侧面，因此在短边方向迎风时，风流受到了扰流柱的阻挡产生分离，所述平板的整个短边不会直面风流，减少风流在吊杆上的附着，每个所述扰流柱与平板对应的短边侧面间具有间隙，能够有效打乱吊杆附近的涡流，避免形成漩涡，抑制涡激共振，有效延长构件的使用寿命，降低桥梁结构的安全风险，经济性优良，安装方便。

优选的，每个所述扰流柱的横截面均为三角形，每个所述扰流柱的其中一个角朝向对应的短边侧面。

进一步优选的，每个所述连接部件连接于同侧扰流柱的对应角上，每个所述连接部件的中轴线与平板的中轴线重合。

采用上述设置方式，即使所述扰流柱的一个尖角对准所述平板的中轴线，平面作为迎风面，两侧呈斜面向内收，能够使扰流柱周边的风流发生碰撞，有效增大干扰，进一步提高扰乱气流的效果。

进一步优选的，所述三角形为等边三角形。

采用上述设置方式，能够方便加工生产，便于安装。

进一步优选的，所述等边三角形的边长为所述平板厚度的1.2-2倍。

优选的，每个所述扰流柱与平板对应的短边侧面的间距为所述平板厚度的1 -2.5倍。

采用上述设置方式，避免间隙过小，使得长边迎风的扰流效果不佳；也避免间隙过大，在短边迎风时，气流在扰流柱分离后，会在平板长边上再次附着，效果不佳。

优选的，两个所述扰流柱的形状、尺寸均相同，两个所述扰流柱与平板的间隙距离相等。

优选的，两个所述扰流柱的长度均与平板的长度相同。

优选的，每个所述扰流柱与同侧的所有所述连接部件为一体成型结构，所述扰流柱和连接部件均为铝质构件或钢质构件。

优选的，在安装时，每个所述扰流柱的上下两端具有缝隙。

采用上述设置方式，即尽管每个所述扰流柱沿所述平板通长设置，但无需与拱梁和桥面梁相连接并保留缝隙，避免扰流柱参与结构受力，并且能够使平板安装端部的气流分离效果更好。

综上所述，与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、采用本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，有效改善板式吊杆的气动外形，打乱吊杆附近的涡流，扰乱了旋涡的规律性脱落，减小了板式吊杆的升力振动幅值，使得板式吊杆的涡激共振振幅减小，提高了吊杆自身的稳定性和抗风性能，避免吊杆发生扭转损坏，减少风流在吊杆上的附着，有效延长构件的使用寿命，降低桥梁结构的安全风险，经济性优良，安装方便。

2、采用本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，能够使扰流柱周边的风流发生碰撞，有效增大干扰，进一步提高扰流的效果，兼顾抑制平板两个方向的涡激共振。

附图说明：

图1为本实用新型中所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆的结构示意图；

图2为图1中的A处的横截面示意图；

图3为图1中的B处的横截面示意图；

图4为实施例1的板式吊杆短边迎风时的流场涡量图；

图5为实施例1的板式吊杆长边迎风时的流场涡量图；

图6为实施例2中的一种抑制涡激共振的板式吊杆的结构剖视图；

图7为实施例3中的一种抑制涡激共振的板式吊杆的结构示意图；

图8为实施例4中的一种抑制涡激共振的板式吊杆的结构示意图。

图中标记：1-平板，11-短边侧面，2-扰流柱，21-挡风面一，3-连接部件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。

实施例1

如图1-3所示，本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，包含横截面为矩形的平板1和连接于所述平板1上的两个扰流柱2，两个所述扰流柱2对称设置，两个所述扰流柱2的形状、尺寸均相同，每个所述扰流柱2通过若干个连接部件3连接于所述平板1的对应的短边侧面11，所有所述杆件的尺寸、形状均相同，每个所述扰流柱2与平板1对应的短边侧面11间具有间隙，两个所述扰流柱2与平板1的间隙距离相等，每个所述扰流柱2与平板1对应的短边侧面11的间距为所述平板1厚度D的1 -2.5倍，如间隙为1.5D，两个所述扰流柱2的长度均与平板1的长度相同，每个扰流柱2的长度方向与平板1的长度方向平行，每个所述扰流柱2与同侧的所有所述连接部件3为一体成型结构，所述扰流柱2和所有连接部件3均采用铝质构件或钢质构件。

本实施例中，每个所述扰流柱2包含三个侧面，每个所述扰流柱2的横截面均为等边三角形，所述等边三角形的边长优选采用平板1厚度D的1.2-2倍，最小可设置为1D，每个所述扰流柱2的其中一个角朝向对应的短边侧面11，每个所述连接部件3连接于同侧扰流柱2的对应角上，即朝向所述短边侧面11的角，每个所述连接部件3的中轴线与平板1的中轴线重合，即两个所述扰流柱2正对所述平板1的厚度的中心，每个所述连接部件3为水平的杆件，上下相邻的两个所述连接部件3的间距需保证扰流柱能够安全、可靠地与平板1相连接，间距宜小于或等于等边三角形边长的30倍，每个所述扰流柱2所有侧面中距离平板1对应的短边侧面11最远的为挡风面一21，即图2中两个所述扰流柱2最外侧的两个侧面均为挡风面一21，所述挡风面一21与短边侧面11平行，所述挡风面一21在所述平板1对应的短边侧面11上的正投影覆盖平板1对应的短边侧面11，有效使扰流柱2周边的风流发生碰撞，进一步提高扰乱气流的效果。

采用本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，在短边迎风时，如图4中气流从左向右流动，来流受到前方扰流柱2的阻挡而发生分离，而后再附于平板1的中后部，尾流平稳，由于扰流柱的遮蔽，旋涡脱落现象不明显；而在长边迎风时，如图5中气流从左向右流动，气流从扰流柱2与平板1之间的间隙中穿过后向外流动，扰流柱打乱了原本在平板上、下段因气流分离会形成的涡流，而此时平板1后方很大区域内都形成空腔，旋涡在离平板1较远的地方才发生脱落，本结构有效改善板式吊杆的气动外形，有效打乱吊杆附近的涡流，扰乱了旋涡的规律性脱落，减小了板式吊杆的升力振动幅值，使得板式吊杆的涡激共振振幅减小，提高了吊杆自身的稳定性和抗风性能，避免吊杆发生扭转损坏，减少风流在吊杆上的附着，有效延长构件的使用寿命，降低桥梁结构的安全风险，经济性优良，安装方便。

在安装时，所述平板1的上端连接拱桥梁，所述平板1的下端连接桥面梁，而两侧的两个所述扰流柱2的上下两端分别与拱桥梁和桥面梁均不连接，保留缝隙，避免扰流柱参与结构受力，施工更为方便，同时还避免局部受力复杂而产生的破坏，以及便于后期养护维修，并且能够使平板1安装端部的气流分离效果更好。

实施例2

如图6所示，本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，每个扰流柱2的横截面为矩形，所述扰流柱2的挡风面一21的宽度仍为为1.2D，所述横截面还可采用梯形，较窄的侧面靠近所述平板1的短边侧面11，较宽的侧面为挡风面一21。

实施例3

如图7所示，本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，当平板1的长度较短时，如平板1的长度小于5~7m，其两侧的扰流柱2并非通长设置，即扰流柱2长度均小于所述平板1的长度，优选的，所述扰流柱2的上端预留的缝隙小于或等于等边三角形边长的15倍，所述扰流柱2的下端预留的缝隙也小于或等于等边三角形边长的15倍，避免影响分流效果。

实施例4

如图8所示，本实用新型所述的一种抑制涡激共振的板式吊杆，其结构与实施例1大致相同，其不同之处在于，应用于大跨度拱桥中，当平板1的长度大于30m时，若设置一条整体通长的扰流柱2，其长细比将会很大，加工制造、连接施工的难度均较大。为构件加工以及方便施工，可将扰流柱2断开，分成若干段，如采用5~10m为一段，上下两段之间考虑扰流柱2本身端部的气流分离作用，其相邻两段扰流柱2的间距可设置为小于或等于等边三角形边长的30倍。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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