一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)圓柱型吊桿增加擾流板來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明可以顯著提高吊桿的抗風(fēng)性能，減小吊桿所受渦激力，設(shè)計(jì)方便，施工簡單，效果明顯，對(duì)抑制吊桿渦激振動(dòng)具有良好的作用。
【專利說明】一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)抑振措施，特別涉及一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣 動(dòng)結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] 圓柱形結(jié)構(gòu)物在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用，如拱橋的吊桿、斜拉橋的拉索、橋墩、海 洋石油工程中的開采平臺(tái)、鉆桿、水下輸油管道等。研究表明流體繞過圓柱體表面會(huì)發(fā)生 邊界層分離，在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生規(guī)則的旋渦脫落，旋渦會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生順來流方向 和垂直來流方向的周期性變化的流體作用力，誘發(fā)結(jié)構(gòu)物發(fā)生振動(dòng)、疲勞甚至損壞，如斜拉 橋的拉索在風(fēng)與雨的共同作用下會(huì)發(fā)生風(fēng)雨激振，拱橋的吊桿在風(fēng)的作用下會(huì)發(fā)生渦激共 振，振動(dòng)嚴(yán)重時(shí)有可能會(huì)影響結(jié)構(gòu)物的可靠性和安全性。
[0003] 現(xiàn)有的橋梁抑振措施主要有機(jī)械措施、結(jié)構(gòu)措施和氣動(dòng)措施三大類，機(jī)械措施和 結(jié)構(gòu)措施往往設(shè)計(jì)復(fù)雜，造價(jià)高昂，所以常采用氣動(dòng)措施，目前橋梁拉索或吊桿上常采用纏 繞螺旋線、壓制凹坑或表面做凸點(diǎn)的方法來抑制拉索或吊桿的振動(dòng)。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)圓柱表 面壓制凹坑后，經(jīng)過一段時(shí)間由于灰塵及雨水的作用，有些凹坑會(huì)被填平，抑制振動(dòng)的效果 會(huì)減弱。纏繞螺旋線和表面做凸點(diǎn)的方法使拉索或吊桿加工制作比較麻煩，而且會(huì)增大拉 索或吊桿的風(fēng)阻系數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0006] 包括設(shè)置于圓柱型吊桿圓周上的或者設(shè)置于圓柱型吊桿圓周外的擾流板，所述擾 流板為平板狀，擾流板所在平面與圓柱型吊桿中軸線所在平面中的某一個(gè)平面重合。
[0007] 當(dāng)擾流板設(shè)置于圓柱型吊桿圓周外時(shí)，所述擾流板與設(shè)置于圓柱型吊桿上的懸臂 相連。
[0008] -個(gè)圓柱型吊桿對(duì)應(yīng)布置一至兩個(gè)擾流板。
[0009] 當(dāng)一個(gè)圓柱型吊桿對(duì)應(yīng)布置兩個(gè)擾流板時(shí)，兩個(gè)擾流板對(duì)稱布置于圓柱型吊桿中 軸線的兩側(cè)。
[0010] 當(dāng)一個(gè)圓柱型吊桿對(duì)應(yīng)布置一個(gè)擾流板時(shí)，擾流板朝向橋梁內(nèi)。
[0011] 所述擾流板與圓柱型吊桿的長度相等。
[0012] 所述圓柱型吊桿與擾流板之間的距離為圓柱型吊桿直徑的0?1. 0倍。
[0013] 所述擾流板的寬度為圓柱型吊桿直徑的0. 5?1. 5倍。
[0014] 所述圓柱型吊桿與擾流板之間的距離為圓柱型吊桿直徑的1. 0倍，擾流板的寬度 為圓柱型吊桿直徑的1.5倍。
[0015] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0016] 本發(fā)明加工制作方便，施工簡單，效果明顯，對(duì)抑制橋梁圓柱型吊桿渦激振動(dòng)具有 良好的作用，可以提高圓柱型吊桿的抗風(fēng)穩(wěn)定性。
[0017] 本發(fā)明通過設(shè)置擾流板，使吊桿的阻力系數(shù)減小達(dá)20%左右，升力系數(shù)幅值減小 達(dá)85%左右，很好的抑制了圓柱型吊桿表面的渦脫力。
[0018] 本發(fā)明擾流板的設(shè)置寬度和位置可以有多種形式，結(jié)構(gòu)靈活，適用范圍廣，且均可 大幅度降低圓柱型吊桿表面的渦脫力。
[0019] 本發(fā)明中，當(dāng)擾流板位于來流下游時(shí)，不僅可以降低結(jié)構(gòu)表面的渦脫力，而且可以 減小吊桿的風(fēng)阻系數(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖（圓柱與擾流板之間的距離為0,即圓柱與擾流板接 觸）；
[0021] 圖2為單側(cè)設(shè)置直接接觸的擾流板的示意圖；
[0022] 圖3為單側(cè)設(shè)置擾流板的示意圖；
[0023] 圖4為流場渦量圖,其中，（a)為無擾流板，（b)為有擾流板；
[0024] 圖5為流場跡線圖,其中，（a)為無擾流板，（b)為有擾流板；
[0025] 圖6為擾流板單側(cè)布置示意（a)及流場圖（b);
[0026] 圖7為擾流板上、下游對(duì)稱布置示意圖（a)及流場圖（b);
[0027] 圖8為擾流板與圓柱型吊桿間存在間距時(shí)擾流板的安裝示意圖；
[0028] 圖中：1表不線段HE, 2表不圓柱型吊桿，3表不擾流板，4表不懸臂，D表不圓柱直 徑，W表示擾流板寬度，S表示擾流板與圓柱的間距，L表示擾流板長度。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0030] 本發(fā)明針對(duì)圓柱型吊桿渦激振動(dòng)問題，采用擾流板減小圓柱型吊桿（或其他圓柱 型結(jié)構(gòu)，如拉索）表面的渦激力，抑制渦振。具體包括設(shè)置于圓柱型吊桿圓周上的或者設(shè)置 于圓柱型吊桿圓周外的擾流板，所述擾流板為平板狀，擾流板所在平面與圓柱型吊桿中軸 線所在平面中的某一個(gè)平面重合。擾流板與圓柱型吊桿的長度相等，參見圖1。
[0031] 單側(cè)設(shè)置擾流板且擾流板位于來流下游（來流方向?yàn)閺腍到E)的數(shù)值模擬例子 如表1所述，工況編號(hào)2-8對(duì)應(yīng)圖2-圖3。根據(jù)Gerrar的圓柱繞流理論，旋渦脫落是由于 圓柱壁面上下分離的剪切層相互作用形成的。圓柱上表面脫落的渦和下表面脫落的渦會(huì)向 圓柱徑向截面上過中心的線段的尾部附近（即E點(diǎn)外側(cè)HE的延長線上）運(yùn)動(dòng)。在所述 尾部附近存在一個(gè)上下交界區(qū)，在交界區(qū)上、下表面脫落的渦會(huì)相互作用并保持慣性向下 游運(yùn)動(dòng)形成一個(gè)完整的下游渦。該下游渦中有一分界線，分界線上、下流體來源于圓柱上、 下表面的渦脫。為了阻隔圓柱上下表面的渦脫在交界區(qū)的相互作用，消除或延緩渦脫的形 成，可在所述尾部附近不同位置處放置不同寬度的擾流板，從而抑制橋梁圓柱型吊桿的渦 激振動(dòng)。
[0032] 表1不同擾流板計(jì)算結(jié)果（擾流板長度與圓柱長度相等）
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)置于圓柱型吊 桿（2)圓周上的或者設(shè)置于圓柱型吊桿（2)圓周外的擾流板（3)，所述擾流板（3)為平板 狀，擾流板（3)所在平面與圓柱型吊桿（2)中軸線所在平面中的某一個(gè)平面重合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 當(dāng)擾流板（3)設(shè)置于圓柱型吊桿（2)圓周外時(shí)，所述擾流板（3)與設(shè)置于圓柱型吊桿（2) 上的懸臂⑷相連。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 一個(gè)圓柱型吊桿（2)對(duì)應(yīng)布置一至兩個(gè)擾流板（3)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 當(dāng)布置兩個(gè)擾流板（3)時(shí)，兩個(gè)擾流板（3)對(duì)稱布置于圓柱型吊桿（2)中軸線的兩側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 當(dāng)布置一個(gè)擾流板（3)時(shí)，擾流板（3)朝向橋梁內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述擾流板（3)與圓柱型吊桿（2)的長度相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述圓柱型吊桿（2)與擾流板（3)之間的距離為圓柱型吊桿直徑的0?1. 0倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述擾流板（3)的寬度為圓柱型吊桿直徑的0. 5?1. 5倍。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種抑制橋梁圓柱型吊桿渦激共振的氣動(dòng)結(jié)構(gòu)，其特征在于： 所述圓柱型吊桿（2)與擾流板（3)之間的距離為圓柱型吊桿直徑的1.0倍，擾流板（3)的 寬度為圓柱型吊桿直徑的1. 5倍。
【文檔編號(hào)】E01D19/00GK104233946SQ201410487963
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】白樺, 王峰, 薛曉鋒, 趙國輝, 李宇, 李加武, 車艷陽, 王森 申請(qǐng)人:長安大學(xué)