本實(shí)用新型涉及橋梁領(lǐng)域，尤其涉及一種利用垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行渦振控制的大跨度橋梁。

背景技術(shù)：

處于地球大氣邊界層內(nèi)的橋梁不可避免地會受到自然風(fēng)的作用，而現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)正向著跨度更大、更柔、更纖細(xì)的方向發(fā)展，這必然導(dǎo)致其對風(fēng)的敏感性增加，橋梁結(jié)構(gòu)的風(fēng)致振動問題已成為控制大跨度橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素之一，特別是對于目前國內(nèi)正在大量修建的大跨度鋼箱梁斜拉橋、鋼箱梁懸索橋和鋼結(jié)構(gòu)連續(xù)梁橋，其主梁斷面的渦激共振問題已經(jīng)成為抗風(fēng)研究的重點(diǎn)。渦激共振，簡稱渦振，是一種具有強(qiáng)迫和自激雙重特性的自限幅風(fēng)致振動現(xiàn)象，由氣流繞經(jīng)結(jié)構(gòu)表面時所產(chǎn)生的以某一固定時間間隔有規(guī)律地脫落的旋渦所引起。渦激共振雖然不會直接引起橋梁動力失穩(wěn)破壞，但是，較大振幅的渦振會對橋梁結(jié)構(gòu)的安全和行車舒適性等服務(wù)性能產(chǎn)生較大的危害，影響正常使用。此外，渦激共振是大跨度橋梁在低風(fēng)速下很容易出現(xiàn)的一種風(fēng)致振動現(xiàn)象，其易發(fā)性和振幅之大會對橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和疲勞性能產(chǎn)生很大的影響。因此各國橋梁工程規(guī)范或橋梁抗風(fēng)規(guī)范均要求對渦激共振的發(fā)生風(fēng)速和振動幅值進(jìn)行控制，在低風(fēng)速下盡量避免其發(fā)生或限制其振動幅值。

渦激共振控制措施主要有結(jié)構(gòu)措施，機(jī)械措施及氣動措施。前兩者力學(xué)機(jī)理明了，但代價(jià)昂貴，后者卻因代價(jià)小實(shí)施方便而得到廣泛應(yīng)用。氣動措施通過改變截面的氣動外形來改變流體對結(jié)構(gòu)的荷載，除了常規(guī)的梁高、梁寬、橋梁基本斷面的選擇外，常用的還有導(dǎo)流板、抑流板、風(fēng)嘴、整流板、擾流板、分流板、穩(wěn)定板、中央擋板以及設(shè)置通風(fēng)導(dǎo)流的格子。但是目前渦激共振控制常用的氣動措施均需沿橋梁跨度方向通長布置，并且一次性投入高，并需后續(xù)維護(hù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種利用垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行渦振控制的大跨度橋梁，解決現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、一次性投入與后續(xù)維護(hù)投入高等問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，采用如下的技術(shù)方案。一種利用垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行渦振控制的大跨度橋梁，包括主梁，所述主梁底部轉(zhuǎn)角處設(shè)置有垂直軸風(fēng)機(jī)。利用垂直軸風(fēng)機(jī)在來流風(fēng)作用旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的水平尾流打亂主梁的漩渦脫落從而起到控制渦激共振的作用。垂直軸風(fēng)機(jī)作為三種主要類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)之一，具有良好的旋轉(zhuǎn)效果，其尾流呈水平向擴(kuò)散，尾流影響方向?yàn)轫橈L(fēng)向和橫風(fēng)向，影響范圍較廣。垂直軸風(fēng)機(jī)用于大跨度橋梁渦激共振控制時，其順風(fēng)向和橫風(fēng)向擴(kuò)散的尾流可以大范圍內(nèi)地、有效地打亂漩渦脫落，避免漩渦出現(xiàn)明顯的卓越頻率，從產(chǎn)生機(jī)理上控制渦激共振的發(fā)生。

所述垂直軸風(fēng)機(jī)在橋梁橫向上設(shè)置在所述主梁斷面底部轉(zhuǎn)角處，在橋梁縱向上等間距設(shè)置。垂直風(fēng)扇作為大跨度橋梁渦激共振氣動控制措施應(yīng)用時，不需要橋梁跨度方向通長布置，這可以大大降低氣動控制措施的造價(jià)，但是垂直風(fēng)扇布置數(shù)量對渦振控制效果和經(jīng)濟(jì)效益有決定性影響，布置數(shù)量太少可能渦振控制效果不能滿足要求，布置數(shù)量過大會導(dǎo)致造價(jià)上升。垂直軸風(fēng)機(jī)一般設(shè)置在主梁容易產(chǎn)生渦振的部位，經(jīng)研究，垂直風(fēng)機(jī)在順風(fēng)向（橋梁橫向）最佳安裝位置是主梁斷面底部的兩側(cè)前緣處，在橫風(fēng)向（橋梁縱向）可以按照一定的間距布置若干個即可，具體的數(shù)量和布置位置可根據(jù)實(shí)際情況和事先風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等確定。

所述主梁上設(shè)置有蓄電池組和供電系統(tǒng)，所述垂直軸風(fēng)機(jī)、蓄電池組和供電系統(tǒng)依次連接。無論渦激共振是否發(fā)生，垂直軸風(fēng)機(jī)的風(fēng)力發(fā)電功能均可用于橋梁供電，給橋梁的照明燈、觀賞燈或其他用電設(shè)備等提供電能，減少橋梁運(yùn)營投入。

所述垂直軸風(fēng)機(jī)包括風(fēng)葉，所述風(fēng)葉上設(shè)置有彩色LED燈。彩色LED燈可以由所在的垂直軸風(fēng)機(jī)直接供電，或通過橋梁的供電系統(tǒng)供電，在自然風(fēng)作用下旋轉(zhuǎn)的彩色LED燈光效果具有改變大跨度橋梁景觀的功能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、垂直軸風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的尾流具有橫風(fēng)向和順風(fēng)向水平擴(kuò)散的特點(diǎn)，用于渦振控制措施時只需等間距地布置一定的數(shù)量，而無需像目前常用的氣動措施那樣沿橋梁跨向通長布置，一次性投資相對較少；

2、垂直軸風(fēng)機(jī)用于渦振控制措施的原理是利用風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的尾流打亂橋梁主梁斷面規(guī)則漩渦脫落，由于其尾流影響區(qū)域大，蘊(yùn)含能量大，對規(guī)則漩渦的打亂效果好，渦振控制效果明顯并適用于不同類型橋梁；

3、垂直軸風(fēng)機(jī)作為渦振控制措施的同時還可以利用風(fēng)葉的旋轉(zhuǎn)發(fā)電，收集的風(fēng)能可用于大跨度橋梁日常運(yùn)營的用電需求，具有可持續(xù)性、節(jié)能環(huán)保和減少投資的優(yōu)點(diǎn)；

4、垂直軸風(fēng)機(jī)的風(fēng)葉上可以安裝不同顏色的LED燈，其供電可由風(fēng)機(jī)自身提供，在自然風(fēng)作用下旋轉(zhuǎn)的燈光效果具有改變大跨度橋梁景觀的功效。

附圖說明

圖1為實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，包括主梁1，主梁1底部轉(zhuǎn)角處設(shè)置有垂直軸風(fēng)機(jī)2。利用垂直軸風(fēng)機(jī)2在來流風(fēng)作用旋轉(zhuǎn)后產(chǎn)生的水平尾流打亂主梁1的漩渦脫落從而起到控制渦激共振的作用。垂直軸風(fēng)機(jī)2在橋梁橫向上可以設(shè)置在主梁1斷面底部轉(zhuǎn)角處，在橋梁縱向上可以等間距設(shè)置。

主梁1上設(shè)置有蓄電池組和供電系統(tǒng)，垂直軸風(fēng)機(jī)2、蓄電池組和供電系統(tǒng)依次連接。無論渦激共振是否發(fā)生，垂直軸風(fēng)機(jī)的風(fēng)力發(fā)電功能均可用于橋梁供電。垂直軸風(fēng)機(jī)2包括風(fēng)葉，風(fēng)葉上設(shè)置有彩色LED燈，在自然風(fēng)作用下旋轉(zhuǎn)的彩色LED燈光效果具有改變大跨度橋梁景觀的功能。

對于常見典型的主梁類型，應(yīng)用本實(shí)用新型只是在安裝垂直軸風(fēng)機(jī)的位置處局部加固，無需進(jìn)行大改造。實(shí)施例一，垂直軸風(fēng)機(jī)安裝于閉口扁平箱型主梁的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。實(shí)施例二，垂直軸風(fēng)機(jī)安裝于雙邊肋主梁的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。實(shí)施例三，垂直軸風(fēng)機(jī)安裝于開口扁平箱型主梁的結(jié)構(gòu)，如圖3所示。經(jīng)研究和試驗(yàn)，垂直軸風(fēng)機(jī)尾流影響區(qū)域大，蘊(yùn)含能量大，對規(guī)則漩渦的打亂效果好，渦振控制效果明顯并適用于不同類型橋梁。