[发明专利]一种抑制桥梁圆柱型吊杆涡激共振的气动结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动抑振措施，特别涉及一种抑制桥梁圆柱型吊杆涡激共振的气动结构。

背景技术

圆柱形结构物在实际生活中被广泛应用，如拱桥的吊杆、斜拉桥的拉索、桥墩、海洋石油工程中的开采平台、钻杆、水下输油管道等。研究表明流体绕过圆柱体表面会发生边界层分离，在一定的雷诺数范围内产生规则的旋涡脱落，旋涡会对物体产生顺来流方向和垂直来流方向的周期性变化的流体作用力，诱发结构物发生振动、疲劳甚至损坏，如斜拉桥的拉索在风与雨的共同作用下会发生风雨激振，拱桥的吊杆在风的作用下会发生涡激共振，振动严重时有可能会影响结构物的可靠性和安全性。

现有的桥梁抑振措施主要有机械措施、结构措施和气动措施三大类，机械措施和结构措施往往设计复杂，造价高昂，所以常采用气动措施，目前桥梁拉索或吊杆上常采用缠绕螺旋线、压制凹坑或表面做凸点的方法来抑制拉索或吊杆的振动。实践应用发现圆柱表面压制凹坑后，经过一段时间由于灰尘及雨水的作用，有些凹坑会被填平，抑制振动的效果会减弱。缠绕螺旋线和表面做凸点的方法使拉索或吊杆加工制作比较麻烦，而且会增大拉索或吊杆的风阻系数。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制桥梁圆柱型吊杆涡激共振的气动结构。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

包括设置于圆柱型吊杆圆周上的或者设置于圆柱型吊杆圆周外的扰流板，所述扰流板为平板状，扰流板所在平面与圆柱型吊杆中轴线所在平面中的某一个平面重合。

当扰流板设置于圆柱型吊杆圆周外时，所述扰流板与设置于圆柱型吊杆上的悬臂相连。

一个圆柱型吊杆对应布置一至两个扰流板。

当一个圆柱型吊杆对应布置两个扰流板时，两个扰流板对称布置于圆柱型吊杆中轴线的两侧。

当一个圆柱型吊杆对应布置一个扰流板时，扰流板朝向桥梁内。

所述扰流板与圆柱型吊杆的长度相等。

所述圆柱型吊杆与扰流板之间的距离为圆柱型吊杆直径的0～1.0倍。

所述扰流板的宽度为圆柱型吊杆直径的0.5～1.5倍。

所述圆柱型吊杆与扰流板之间的距离为圆柱型吊杆直径的1.0倍，扰流板的宽度为圆柱型吊杆直径的1.5倍。

本发明的有益效果体现在：

本发明加工制作方便，施工简单，效果明显，对抑制桥梁圆柱型吊杆涡激振动具有良好的作用，可以提高圆柱型吊杆的抗风稳定性。

本发明通过设置扰流板，使吊杆的阻力系数减小达20％左右，升力系数幅值减小达85％左右，很好的抑制了圆柱型吊杆表面的涡脱力。

本发明扰流板的设置宽度和位置可以有多种形式，结构灵活，适用范围广，且均可大幅度降低圆柱型吊杆表面的涡脱力。

本发明中，当扰流板位于来流下游时，不仅可以降低结构表面的涡脱力，而且可以减小吊杆的风阻系数。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(圆柱与扰流板之间的距离为0，即圆柱与扰流板接触)；

图2为单侧设置直接接触的扰流板的示意图；

图3为单侧设置扰流板的示意图；

图4为流场涡量图，其中，(a)为无扰流板，(b)为有扰流板；

图5为流场迹线图，其中，(a)为无扰流板，(b)为有扰流板；

图6为扰流板单侧布置示意(a)及流场图(b)；

图7为扰流板上、下游对称布置示意图(a)及流场图(b)；

图8为扰流板与圆柱型吊杆间存在间距时扰流板的安装示意图；

图中：1表示线段HE，2表示圆柱型吊杆，3表示扰流板，4表示悬臂，D表示圆柱直径，W表示扰流板宽度，S表示扰流板与圆柱的间距，L表示扰流板长度。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明针对圆柱型吊杆涡激振动问题，采用扰流板减小圆柱型吊杆(或其他圆柱型结构，如拉索)表面的涡激力，抑制涡振。具体包括设置于圆柱型吊杆圆周上的或者设置于圆柱型吊杆圆周外的扰流板，所述扰流板为平板状，扰流板所在平面与圆柱型吊杆中轴线所在平面中的某一个平面重合。扰流板与圆柱型吊杆的长度相等，参见图1。