一种用于缆索承重桥的桥梁抗风系统及使用方法 |
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| 申请号 | CN201910025687.7 | 申请日 | 2019-01-11 | 公开(公告)号 | CN109653081A | 公开(公告)日 | 2019-04-19 |
| 申请人 | 河海大学; | 发明人 | 许辉; 马麟; 周树成; 张宇航; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于缆索承重桥的 桥梁 抗 风 系统及使用方法，包括桥梁，桥梁下方设有桥墩，桥梁上方设有桥塔，若干拉索斜拉在桥塔和桥梁之间；还包括气体 压缩机 、储气罐、空气炮、监测模 块 ；若干空气炮排成两排分别设在桥梁两侧，空气炮下方连有 气体压缩机 ，气体压缩机与储气罐通过管道连接；监测模块包括相互连接的风向风速 传感器 和计算机，风向风速传感器设在桥塔的顶部，气体压缩机、空气炮与计算机连接。通过空气炮竖直向上喷射空气，使得在桥梁迎风的一侧形成气 幕墙 ，气幕墙向上喷射的空气能够改变风的风向和 风 力 ，从而降低整个桥梁所受到的侧向风的风力，提高桥梁的抗 风能 力。空气炮和气体压缩机均由计算机控制。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于缆索承重桥的桥梁抗风系统，包括桥梁，所述桥梁下方设有桥墩，所述桥梁上方设有桥塔，若干拉索斜拉在桥塔和桥梁之间；其特征在于，还包括气体压缩机、储气罐、空气炮、监测模块；若干所述空气炮排成两排分别设在所述桥梁两侧，所述空气炮下方连有所述气体压缩机，所述气体压缩机与所述储气罐通过管道连接；所述监测模块包括相互连接的风向风速传感器和计算机，所述风向风速传感器设在所述桥塔的顶部，所述气体压缩机、空气炮与所述计算机连接。 |
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| 说明书全文 | 一种用于缆索承重桥的桥梁抗风系统及使用方法技术领域[0001] 本发明属于桥梁抗风技术领域，特别是一种用于缆索承重桥的桥梁抗风系统及使用方法。 背景技术[0002] 缆索承重桥(斜拉桥、悬索桥等)是采用斜拉索或悬索代替桥墩来支撑桥面主梁的一种桥梁，具有桥梁跨度大、结构形式合理、总体质量轻、造价较低、外形美观等特点。斜拉索桥梁已成为当今桥梁形式的重要组成部分，得到世界各国的广泛研究与采用。拉索虽然能承重起到很好的作用，但是风荷载会影响拉索的振动，当自然风给桥梁输入的能量大于桥梁本身的的阻尼在振动中所能耗散的能量，导致振幅逐步增大直至最后结构破坏。 [0003] 现有技术中，拉索减振主要依靠在拉索端处设置减振器，虽然能抑制振动，但随着时间的增长和长期的使用，减震器缓冲性能会降低，减振效果会下降，进而影响桥梁的安全使用；部分桥梁还会设置风屏障，但风屏障需要经常更换且会影响桥梁的美观。例如专利号为201810526014.5的专利“一种隔音桥梁”，通过设置可伸缩折叠的抗风罩抵抗侧向风；又例如专利号为201721663090.8的专利“斜拉索桥梁斜拉索抗风减振结构”，通过在斜拉索附近增设辅助索，并对斜拉索与辅助锁的连接方式进行创新优化，实现一定的抗风效果。 发明内容[0004] 本专利的目的在于采用与现有技术完全不同的技术原理和技术方案，发明一种全新的缆索承重桥的抗风系统，通过改变该缆索区域的侧向风的风向进而降低该区域风荷载的大小，起到很好的抗风效果，具体技术方案如下。 [0005] 一种用于缆索承重桥的桥梁抗风系统，包括桥梁，所述桥梁下方设有桥墩，所述桥梁上方设有桥塔，若干拉索斜拉在桥塔和桥梁之间；其特征在于，还包括气体压缩机、储气罐、空气炮、监测模块；若干所述空气炮排成两排分别设在所述桥梁两侧，所述空气炮下方连有所述气体压缩机，所述气体压缩机与所述储气罐通过管道连接；所述监测模块包括相互连接的风向风速传感器和计算机，所述风向风速传感器设在所述桥塔的顶部，所述气体压缩机、空气炮与所述计算机连接。 [0006] 上述桥梁抗风系统，气体压缩机将储气罐内的空气加压后通过空气炮竖直向上喷射，使得在桥梁迎风的一侧形成气幕墙，气幕墙向上喷射的空气能够改变风的风向和风力，从而降低整个桥梁所受到的侧向风的风力，提高桥梁的抗风能力。空气炮和气体压缩机均由计算机控制。 [0007] 更优选地，所述空气炮与气体压缩机之间设有方向调节机构，所述方向调节机构通过电机调节空气炮的空气喷射方向。由于侧向风并非永远完全垂直吹向桥梁，可能存在一定角度，因此，通过计算机调节万向调节机构，能够根据监测到的方向调整空气炮喷射空气的角度，从而以最合适的角度抵抗侧向风，这种方式也能够最大程度地节省能源。万向调节机构可以是通过齿条将若干空气炮连接起来，然后在通过电机和齿轮组带动空气炮空气炮转动；万向调节机构还可以是对空气炮的喷射口的角度进行调节，例如利用可以旋转的导向板，导向板由电机和计算机控制。 [0008] 优选地，所述桥梁下方等距离设有若干加强支撑梁或加强筋，所述加强支撑梁或加强筋垂直于桥梁方向。由于空气炮在向上喷射空气时，同样会对桥梁施加向下的巨大压力，这种压力通过在桥梁下方增设若干加强支撑梁或加强筋抵消，避免影响桥梁寿命。 [0009] 优选地，在所述桥梁的分两侧另外各设有1个风向风速传感器。此时，桥梁系统总共有3个风向风速传感器对侧向风的风向和风速进行监测。 [0010] 当桥梁抗风系统只在桥塔顶部设有风向风速传感器时，该系统的使用方法，包括以下步骤： [0011] S1、在计算机中设置风速阈值Vmax，利用风向风速传感器监测桥梁所受风的实时风向和风速V，并对实时风向和风速V进行连续存储和处理； [0012] S2、当风速V＜Vmax时，空气炮待机；当风速V≥Vmax时，根据所测的实时风向启动桥梁对应一侧的空气炮，竖直向上喷出空气形成空气幕墙； [0013] S3、根据实时风速V的变化相应调节空气炮的工作功率和空气幕墙高度； [0014] S4、随着空气幕墙高度的变化，当风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，维持空气炮工作功率运行； [0015] S5、在S4的基础上，当空气炮维持运行一段时间T，且在该时间T内风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，缓慢降低空气炮的工作功率，直至再次实时风速V≥Vmax或空气炮关闭。 [0016] 上述使用方法适用于只在桥塔顶部设有风向风速传感器的情况，在保持空气炮启动一段时间后，由于空气炮对侧向风的风向、风速的改变，使桥塔顶部监测到的风速会产生变化。而侧向风的实际风速可能产生变化，当此时监测到的风速变大且依然大于Vmax时，增大空气炮的功率即可；当侧向风的风速变小时，则采用缓慢降低空气炮的工作功率，即降低气幕墙高度，进而能够适应变小风速变小后的侧向风，当没有侧向风时，空气炮则在启动一段时间后缓慢关闭。这样能够在达到桥梁系统抗风目的的同时，更节省能源。 [0017] 当桥梁抗风系统的桥梁任意一侧另外设有1个风向风速传感器时，该系统的使用方法，包括以下步骤： [0018] S1、在计算机中设置风速阈值Vmax，利用桥塔顶部、桥梁两侧的3个风向风速传感器监测桥梁所受风的实时风向和风速V，并对实时风向和风速V进行连续存储和处理； [0019] S2、当所有3个风向风速传感器的风速V＜Vmax时，空气炮不启动；当任意一个风向风速传感器的风速V≥Vmax时，根据所测的实时风向启动桥梁对应一侧的空气炮，竖直向上喷出空气形成空气幕墙； [0020] S3、根据实时风速V的大小相应调节空气炮的工作功率和空气幕墙高度； [0021] S4、随着空气幕墙高度的变化，当桥塔顶部的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，维持空气炮工作功率运行； [0022] S5、当桥塔顶部的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax，而桥梁一侧的风向风速传感器监测的实时风速V≥Vmax时，则对应一侧的空气炮仍维持工作；当桥梁一侧的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，则对应一侧的空气炮关闭。 [0023] 上述使用方法通过在桥梁的2个侧面各设1个风向风速传感器来调节空气炮的启停运转。以从桥梁右侧受到侧向风为例，若3个风向风速传感器监测的风速V＜Vmax时，空气炮为待命状态；若3个风向风速传感器之中任意一个监测到风速V≥Vmax时，右侧空气炮启动，由于桥梁两侧的风向风速传感器不受空气炮的气幕墙影响，因此仍然监测的侧向风的真实的风向和风速，因此，当右侧的风向风速传感器监测到风速V逐渐＜Vmax后，空气炮即可直接关闭。这样的方式相比上述前一种桥梁抗风系统，更节省能源。 [0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0025] 1、本发明构思新颖，巧妙地利用空气动力学原理，并通过风向风速传感器和计算机控制空气炮的工作，空气炮瞬间将空气压力能转变成空气射流动力能，在垂直方向产生强大的冲击力形成气幕墙，改变缆索区域的风向，降低冲击缆索的风荷载大小，实现减振效果； [0027] 图1为实施例1所述用于缆索承重桥的桥梁抗风系统的结构示意图； [0028] 图2为实施例1所述用于缆索承重桥的桥梁抗风系统的侧视图； [0029] 图3为实施例1所述用于缆索承重桥的桥梁抗风系统的空气炮的俯视图； [0030] 图4为实施例1所述用于缆索承重桥的桥梁抗风系统的流程示意图； [0031] 图5为实施例2所述用于缆索承重桥的桥梁抗风系统的侧视图。 [0032] 图中标号如下： [0033] 1、桥梁；2、桥墩；3、桥塔；4、拉索；5、气体压缩机；6、储气罐；7、空气炮；8、风向风速传感器；9、计算机；10、数据采集器；11、存储器；12、信号处理器；13、空气炮电路控制器。 具体实施方式[0034] 以下将结合附图对本专利中实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利所保护的范围。 [0035] 实施例1 [0036] 如图1～4所示，本实施例所提供的用于缆索承重桥的桥梁抗风系统，包括桥梁1，所述桥梁1下方设有桥墩2，所述桥梁1上方设有桥塔3，若干拉索4斜拉在桥塔3和桥梁1之间；还包括气体压缩机5、储气罐6、空气炮7、监测模块；若干所述空气炮7排成两排分别设在所述桥梁1两侧，所述空气炮1下方连有所述气体压缩机5，所述气体压缩机5与所述储气罐6通过管道连接；所述监测模块包括相互连接的风向风速传感器8和计算机9，所述风向风速传感器8设在所述桥塔3的顶部，所述气体压缩机5、空气炮7与所述计算机9连接。 [0038] 本实施例的桥梁抗风系统的使用方法为： [0039] S1、在计算机中设置风速阈值Vmax，利用风向风速传感器监测桥梁所受风的实时风向和风速V，并对实时风向和风速V进行连续存储和处理； [0040] S2、当风速V＜Vmax时，空气炮待机；当风速V≥Vmax时，根据所测的实时风向启动桥梁对应一侧的空气炮，竖直向上喷出空气形成空气幕墙； [0041] S3、根据实时风速V的变化相应调节空气炮的工作功率和空气幕墙高度； [0042] S4、随着空气幕墙高度的变化，当风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，维持空气炮工作功率运行； [0043] S5、在S4的基础上，当空气炮维持运行一段时间T，且在该时间T内风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，缓慢降低空气炮的工作功率，直至再次实时风速V≥Vmax或空气炮关闭。 [0044] 上述系统利用风向风速传感器监测风向和风速，通过计算机中的数据采集器对产生的电信号进行采集，存储器存储记录这些电信号，信号处理器对电信号进行处理，最后再发送指令，由空气炮电路控制器对空气炮的工作功率进行控制。通过空气炮竖直向上喷射空气，使得在桥梁迎风的一侧形成气幕墙，气幕墙向上喷射的空气能够改变风的风向和风力，从而降低整个桥梁所受到的侧向风的风力，提高桥梁的抗风能力。空气炮和气体压缩机均由计算机控制。 [0045] 该系统在保持空气炮启动一段时间后，由于空气炮对侧向风的风向、风速的改变，使桥塔顶部监测到的风速会产生变化。而侧向风的实际风速可能产生变化，当此时监测到的风速变大且依然大于Vmax时，增大空气炮的功率即可；当侧向风的风速变小时，则采用缓慢降低空气炮的工作功率，即降低气幕墙高度，进而能够适应变小风速变小后的侧向风，当没有侧向风时，空气炮则在启动一段时间后缓慢关闭。这样能够在达到桥梁系统抗风目的的同时，更节省能源。 [0046] 实施例2 [0047] 如图5所示，本实施例所提供的用于缆索承重桥的桥梁抗风系统，在实施例1的基础上进行了优化，在所述桥梁1的两侧另外各设有1个风向风速传感器8。 [0048] 经过优化，本实施例的桥梁抗风系统的使用方法为： [0049] S1、在计算机中设置风速阈值Vmax，利用桥塔顶部、桥梁两侧的3个风向风速传感器监测桥梁所受风的实时风向和风速V，并对实时风向和风速V进行连续存储和处理； [0050] S2、当所有3个风向风速传感器的风速V＜Vmax时，空气炮不启动；当任意一个风向风速传感器的风速V≥Vmax时，根据所测的实时风向启动桥梁对应一侧的空气炮，竖直向上喷出空气形成空气幕墙； [0051] S3、根据实时风速V的大小相应调节空气炮的工作功率和空气幕墙高度； [0052] S4、随着空气幕墙高度的变化，当桥塔顶部的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，维持空气炮工作功率运行； [0053] S5、当桥塔顶部的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax，而桥梁一侧的风向风速传感器监测的实时风速V≥Vmax时，则对应一侧的空气炮仍维持工作；当桥梁一侧的风向风速传感器监测的实时风速V＜Vmax时，则对应一侧的空气炮关闭。 [0054] 上述使用方法通过在桥梁的2个侧面各设1个风向风速传感器来调节空气炮的启停运转。以从桥梁右侧受到侧向风为例，若3个风向风速传感器监测的风速V＜Vmax时，空气炮为待命状态；若3个风向风速传感器之中任意一个监测到风速V≥Vmax时，右侧空气炮启动，由于桥梁两侧的风向风速传感器不受空气炮的气幕墙影响，因此仍然监测的侧向风的真实的风向和风速，因此，当右侧的风向风速传感器监测到风速V逐渐＜Vmax后，空气炮即可直接关闭。这样的方式相实施例1的桥梁抗风系统，更节省能源。 |
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