用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统及桥梁

本技术属于桥梁部件和桥梁抗风设计，尤其涉及一种用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统及桥梁。

背景技术：

1、π型叠合梁是指两侧设有工字梁的叠合梁，其断面形状呈π形，因而被称为π型叠合梁。π型叠合梁通常采用钢梁和混凝土桥面板结合的方式，其可以充分发挥混凝土抗压性能和钢结构抗拉性能强的优势，可显著降低梁高，减小自重，因此在中等跨度桥梁中应用广泛。但由于π型叠合梁为薄壁开口断面，扭转刚度远小于闭口箱梁，气体绕流和分离现象复杂，容易发生各种风致振动，例如涡激振动（简称涡振）。

2、目前通常采用优化π型叠合梁外形的方式来抑制其涡振。例如，通过在工字梁的外侧加装倾斜导流板的方式来抑制涡振的竖向振幅；或者通过在工字梁的下翼缘下方加装倾斜导流板的方式来抑制涡振。然而，目前针对π型叠合梁所采取的抑振措施的抑振效果十分有限，且抑振效果受环境因素影响较大，难以实时发挥抑振作用。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统及桥梁，以实时抑制π型叠合梁的涡振。

2、本技术是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统，应用于含有π型叠合梁的桥梁，包括：伸缩板装置、采集设备和控制器；所述伸缩板装置包括两个伸缩板和伺服机构；其中，两个伸缩板分别位于所述π型叠合梁的工字梁的腹板两侧，并贴合设置在所述工字梁的下翼缘上方，两个伸缩板在所述下翼缘的宽度方向上与所述下翼缘滑动连接；两个伸缩板通过沿所述下翼缘的宽度方向的水平移动来改变所述下翼缘的宽度；所述采集设备，用于采集所述桥梁的桥面外侧的实测风攻角，并将所述实测风攻角发送至所述控制器；所述控制器，用于基于所述实测风攻角，确定所述下翼缘的目标宽度，并控制所述伺服机构将两个伸缩板调节至各自的目标位置，所述各自的目标位置是当所述下翼缘的宽度为所述目标宽度时两个伸缩板的各自位置。

4、结合第一方面，在一些实施例中，所述控制器具体用于：

5、当所述实测风攻角小于或等于预设阈值时，以减小竖弯涡振的振幅为目标，基于所述实测风攻角和第一风洞试验数据，确定目标宽高比，并基于所述目标宽高比和所述π型叠合梁的主梁的高度，确定所述目标宽度；其中，所述目标宽高比为所述下翼缘的目标宽度与所述π型叠合梁的主梁的高度的比值，所述第一风洞试验数据为在不同的下翼缘的宽度与主梁的高度的比值下竖弯涡振的振幅随风攻角变化的试验数据。

6、当所述实测风攻角大于所述预设阈值时，以减小扭转涡振的振幅为目标，基于所述实测风攻角和第二风洞试验数据，确定所述目标宽高比，并基于所述目标宽高比和所述π型叠合梁的主梁的高度，确定所述目标宽度；其中，所述第二风洞试验数据为在不同的下翼缘的宽度与主梁的高度的比值下扭转涡振的振幅随风攻角变化的试验数据。

7、结合第一方面，在一些实施例中，所述控制器具体用于：基于预先获取的抑振效果评估曲线和所述实测风攻角，确定目标宽高比，并基于所述目标宽高比和所述π型叠合梁的主梁的高度，确定所述目标宽度；其中，所述目标宽高比为所述下翼缘的目标宽度与所述π型叠合梁的主梁的高度的比值，所述抑振效果评估曲线包括在不同比值下的第一百分比与第二百分比之和随风攻角变化的曲线，所述比值为下翼缘的宽度与主梁的高度的比值，第一百分比与第二百分比之和随风攻角变化的曲线，所述第一百分比为竖弯涡振的振幅减小的百分比，所述第二百分比为扭转涡振的振幅减小的百分比。

8、结合第一方面，在一些实施例中，所述控制器具体用于：

9、基于第一位移、所述下翼缘自身的宽度和所述目标宽度，确定第二位移；其中，所述第一位移为在控制所述伺服机构将某个伸缩板调节至其目标位置之前，该伸缩板靠近所述腹板的一侧与所述腹板之间的距离；所述第二位移为每个伸缩板的目标位置与该伸缩板被调节之前的位置之间的距离。

10、基于所述第二位移，控制所述伺服机构将两个伸缩板调节至各自的目标位置。

11、结合第一方面，在一些实施例中，所述控制器具体用于：计算所述目标宽度与所述下翼缘自身的宽度的差，得到第三位移；计算所述第三位移和所述第一位移的差，得到所述第二位移；若所述第二位移大于0，则控制所述伺服机构将两个伸缩板向远离所述腹板的方向移动至各自的目标位置，以使两个伸缩板将所述下翼缘的宽度延伸至所述目标宽度；若所述第二位移小于0，则控制所述伺服机构将两个伸缩板向靠近所述腹板的方向移动至各自的目标位置，以使两个伸缩板将所述下翼缘的宽度缩短至所述目标宽度。

12、结合第一方面，在一些实施例中，每个伸缩板为单层板，每个伸缩板的宽度小于或等于所述下翼缘自身的宽度的二分之一。

13、结合第一方面，在一些实施例中，每个伸缩板通过一组限位滑轨与所述下翼缘滑动连接，每组限位滑轨包括两个滑块和两个导轨；每组限位滑轨中的两个滑块分别固定于对应伸缩板的底面的第一位置和第二位置，每个伸缩板的底面的第一位置与该伸缩板的长度方向的一端之间相距预设距离，每个伸缩板的底面的第二位置与该伸缩板的长度方向的另一端之间相距所述预设距离；每组限位滑轨中的两个导轨分别固定于所述下翼缘的顶面上与该组限位滑轨中的两个滑块对应的位置，每个滑块和其对应的导轨滑动限位配合。

14、结合第一方面，在一些实施例中，每个伸缩板的底面上设有间隔相同的多个沿其宽度方向通长的底面凹槽；所述下翼缘上设有间隔相同的多个通孔，且各个通孔与各个底面凹槽一一对应；所述伺服机构包括多个齿条、多个齿轮和多个电机；所述多个齿条，分别安装于每个伸缩板的多个底面凹槽中；所述多个电机，分别安装于所述下翼缘的多个通孔中，且每个电机连接一个齿轮；每个通孔中的电机所连接的齿轮与该通孔对应的底面凹槽中的齿条啮合。

15、结合第一方面，在一些实施例中，所述控制器具体用于：基于所述目标宽度，控制所述多个电机驱动所述多个齿轮带动两个伸缩板沿所述下翼缘的宽度方向水平移动至各自的目标位置。

16、第二方面，本技术实施例提供了一种桥梁，包括π型叠合梁，所述π型叠合梁上设有如上述第一方面任一项所述的用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统。

17、本技术实施例第一方面与相关技术相比存在的有益效果是：

18、本技术实施例提供一种用于改善π型叠合梁涡振性能的自适应系统，应用于含有π型叠合梁的桥梁，π型叠合梁包括工字梁；上述自适应系统包括伸缩板装置、采集设备和控制器；其中，伸缩板装置包括两个伸缩板和伺服机构，两个伸缩板分别位于π型叠合梁的工字梁的腹板两侧，并在工字梁的下翼缘的宽度方向上与下翼缘滑动连接，且通过沿下翼缘的宽度方向的水平移动来改变下翼缘的宽度；本技术通过采集设备采集桥梁的实测风攻角，通过控制器基于实测风攻角确定下翼缘的目标宽度，并控制伸缩板装置中的伺服机构对两个伸缩板进行调节，以将下翼缘的宽度调节至目标宽度。该自适应系统能够根据实测风攻角对伸缩板装置进行灵活地控制调节，使π型叠合梁的工字梁的下翼缘一直处于能够抑制涡振的宽度，且抑振效果与实测风攻角相适应，进而实现实时减小π型叠合梁的涡振振幅的效果。

19、可以理解，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。