用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的制作方法
【专利摘要】本发明为一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，包括至少两根立柱，立柱之间留有间距，立柱底部固定在地面上或者底座上，相邻两根立柱之间设有至少一块可沿叶片中轴线转动并用以阻挡横风的挡风叶片，相邻的两块挡风叶片的转动轨迹之间留有间距。挡风叶片根据横风的风力大小改变旋转角度，面对小风量横风时，通过旋转小角度的挡风叶片进行透风的同时改变横风流动方向；面对大风量横风时，挡风叶片旋转至与来风方向持平的状态，横风直接通过挡风叶片之间的间隙透过，减少大风量横风对于百叶窗式风屏障的风荷载作用力，从而减小百叶窗式风屏障传递给下部桥梁的作用，保障桥梁正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。
【专利说明】用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路桥梁装置【技术领域】，具体涉及一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障。
【背景技术】
[0002]随着高速铁路的迅速发展，随之而来的高速列车安全问题也一一体现出来。横风是高速列车的威胁之一，列车在横风下运行受到横风造成的侧向力的作用，容易发生倾覆、脱轨等威胁，强风作用严重限制了列车运行速度。为维持列车运行稳定性，采用在线路两侧设置风屏障的方式为大风区列车提供低风速运行环境。
[0003]目前的风屏障均采用固定式结构，通过减小透风率和增加屏障高度来保证列车挡风效果。但是这样就造成强风下风屏障受到的横风气动力过大，给风屏障带来了疲劳问题。与此同时，风屏障固定在桥梁上，作用在屏障上的风荷载传递到桥梁结构，使得桥梁承受巨大的风荷载，给桥梁设计和运营带来了很大问题。
[0004]因此，研究一种新型的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，已成为亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]为了弥补现有技术的缺陷，本发明专利提供了一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，以解决现有固定式风屏障在持续横风作用下产生的疲劳破坏；风屏障将受到的高强风荷载传递到桥梁，从而造成桥梁破坏的技术问题。
[0006]为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是:一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，包括至少两根立柱，立柱之间留有间距，立柱底部固定在地面上或者底座上，其特征在于，相邻两根立柱之间设有至少一块可沿叶片中轴线转动并用以阻挡横风的挡风叶片，相邻的两块挡风叶片的转动轨迹之间留有间距。
[0007]优选地，挡风叶片两端通过转动轴分别与端部的立柱活动连接。
[0008]优选地，挡风叶片的中部贯穿有一根通长的转动轴，转动轴的两端分别固接在端部的立柱上，挡风叶片可转动的套设于转动轴上。
[0009]优选地，转动轴和/或挡风叶片上设有用以保持挡风叶片端部与立柱之间间隔距离的限位机构。
[0010]优选地，挡风叶片均沿垂直于立柱的方向布设；或者挡风叶片均与立柱斜交。
[0011]优选地，风屏障还包括有控制器；至少一块挡风叶片上设置有用以感应风力的风力传感器；挡风叶片上连有用以限制挡风叶片(2)旋转角度的角度定位机构；风力传感器连接控制器，控制器连接并控制角度定位机构。
[0012]优选地，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。
[0013]优选地，立柱沿直线排列，并且立柱的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。[0014]优选地，立柱包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱。
[0015]优选地,第一立柱与第二立柱间隔排布。
[0016]本发明的有益效果在于:
[0017]本发明用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，通过在相邻两立柱之间设置挡风叶片的方式，利用挡风叶片的旋转角度调节百叶窗式风屏障与横风的接触面形态以及透风率。挡风叶片根据横风的风力大小改变旋转角度，面对小风量横风时，通过旋转小角度的挡风叶片进行透风的同时改变横风流动方向；面对大风量横风时，挡风叶片旋转至与来风方向持平的状态，横风直接通过挡风叶片之间的间隙透过，减少大风量横风对于百叶窗式风屏障的风荷载作用力，从而减小百叶窗式风屏障传递给下部桥梁的作用，保障桥梁正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。相邻的两块挡风叶片的转动轨迹之间留有间距，可以防止相邻两片挡风叶片之间构成转动阻碍，同时，利用转动轨迹间的间距，在一块挡风叶片转动时利用旋转产生的风力带动相邻挡风叶片旋转，从而产生连锁的旋转运动。
[0018]下面结合附图对本发明专利作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明实施例的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；
[0020]图2是本发明实施例的处于初始状态的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；
[0021]图3是本发明实施例的挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；
[0022]图4是本发明实施例的安装在铁路桥梁上的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；
[0023]图5为图4的俯视图；
[0024]图6是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的压力云图；
[0025]图7是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的速度矢量图；
[0026]图8是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转150°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的压力云图；
[0027]图9是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转150°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的速度矢量图。
[0028]其中I为立柱,2为挡风叶片,3为转动轴,4、地面上或者底座。
【具体实施方式】
[0029]下面对本发明专利技术内容的进一步说明，但并非对本发明专利实质内容的限制。
[0030]图1是本发明实施例的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；图2是本发明实施例的处于初始状态的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；图3是本发明实施例的挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；图4是本发明实施例的安装在铁路桥梁上的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的结构示意图；图5为图4的俯视图；图6是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的压力云图；图7是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转30°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的速度矢量图；图8是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转150°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的压力云图；图9是本发明实施例的无车时挡风叶片旋转150°的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障的速度矢量图。
[0031]如图1所示，本发明实施例的一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，包括至少两根立柱1，立柱I之间留有间距，立柱I底部固定在地面上或者底座4上，相邻两根立柱I之间设有至少一块可沿叶片中轴线转动并用以阻挡横风的挡风叶片2，相邻的两块挡风叶片2的转动轨迹之间留有间距。本发明用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，通过在相邻两立柱之间设置挡风叶片的方式，利用挡风叶片的旋转角度调节百叶窗式风屏障与横风的接触面形态以及透风率。挡风叶片根据横风的风力大小改变旋转角度，面对小风量横风时，通过旋转小角度的挡风叶片进行透风的同时改变横风流动方向；面对大风量横风时，挡风叶片旋转至与来风方向持平的状态，横风直接通过挡风叶片之间的间隙透过，减少大风量横风对于百叶窗式风屏障的风荷载作用力，从而减小百叶窗式风屏障传递给下部桥梁c的作用，保障桥梁c正常的设计以及运营，降低抵抗横风造成的额外成本。相邻的两块挡风叶片的转动轨迹之间留有间距，可以防止相邻两片挡风叶片之间构成转动阻碍，同时，利用转动轨迹间的间距，在一块挡风叶片转动时利用旋转产生的风力带动相邻挡风叶片旋转，从而产生连锁的旋转运动。
[0032]如图1、图2、图3和图4所示，其还在于，挡风叶片2两端通过转动轴3分别与端部的立柱I活动连接。挡风叶片2与转动轴3为整体结构，整体结构通过转动轴3在立柱I上进行旋转，从而适应不同风量的横风作用。
[0033]如图1、图2、图3、图4和图5所示，其还在于，挡风叶片2的中部贯穿有一根通长的转动轴3，转动轴3的两端分别固接在端部的立柱I上，挡风叶片2可转动的套设于转动轴3上。通过挡风叶片2在转动轴3上旋转，从而适应不同风量的横风作用。
[0034]其还在于，转动轴3和/或挡风叶片2上设有用以保持挡风叶片2端部与立柱I之间间隔距离的限位机构。
[0035]其还在于，挡风叶片2均沿垂直于立柱I的方向布设；或者挡风叶片2均与立柱I斜交。
[0036]其还在于，风屏障还包括有控制器；至少一块挡风叶片2上设置有用以感应风力的风力传感器；挡风叶片2上连有用以限制挡风叶片2旋转角度的角度定位机构；风力传感器连接控制器，控制器连接并控制角度定位机构。
[0037]其还在于，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。
[0038]其还在于，立柱I沿直线排列，并且立柱I的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。
[0039]其还在于，立柱I包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱。
[0040]其还在于，第一立柱与第二立柱间隔排布。
[0041]图6和图7为小转角(30° )情况下的压力云图和速度矢量图，可以看到小角度的叶片倾角为线路上为列车a运行提供稳定的压力和低风速环境，气流不会直接作用到列车
B ο
[0042]图8和图9为小转角(150° )情况下的压力云图和速度矢量图,可以看到大角度的叶片倾角同样减小了线路上的风速，气流作用在列车a底部，减小了列车a的气动力。同时较小屏障外部的压力，减小横风对屏障的气动力。
[0043]实施时，通过设置挡风叶片2旋转角度来改变阻挡来流的方式和来流通过屏障后的流出角度，研究由此带来的气动性能变化，通过改变叶片2角度来实现改变透风率的目的。其原理如图1、2、3、4、5所示。本发明百叶窗式风屏障通过设在挡风叶片某个位置的旋转轴3的转动来改变挡风叶片2角度，通过旋转角度的变化来改变来流与叶片的交角，同时改变尾流的流出方式。当叶片与竖直方向交角为0°时，假定为初始状态，相当于设置不透风的风屏障，此时透风率为0，阻挡来流效果最大；当交角为90°时相当于设置横栅栏式风屏障，此时透风率最大，绝大部分来流均可透过，有利于强风作用时对风屏障和桥梁c的保护；当交角为180°时，又重新回到不透风屏障形式。在挡风叶片从O?180°变化的一个周期当中，来流经过风屏障后的方向由向上逐渐变为向下，一定的角度还避免了气流对挡风板的垂直剧烈冲击。由于挡风叶片有一定厚度，其端部制作成梭形可以保证完全关闭。整个屏障通过锚固连接在桥面翼缘上，每隔一定距离设置立柱1，两个立柱I之间安装可旋转挡风叶片2。
[0044]本发明百叶窗式风屏障还在于可以通过改变单块挡风叶片2的高度以及挡风叶片2的数量来实现改变风屏障高度的目的。在于改变角度达到改变透风率和气流方向导流的目的。
[0045]本发明百叶窗式风屏障还在于采用主动控制时，通过控制转动轴3的转动来控制挡风叶片2的倾斜角度。采用被动控制时通过板的受力转动带动挡风叶片2的转动。
[0046]另外，在不同来流情况下，通过何种方式来改变挡风叶片2的角度也是一项值得研究的课题。可根据来流的风速和风攻角等改变叶片2的角度，可分为主动式和被动式两种方式。例如，通过在工点处设监测风场装置得到风场数据，或在风屏障上安装传感器，并将数据传输至电子智能系统来控制叶片角度等方式来实现主动控制，称为主动式；或在旋转轴安装弹簧装置形成弹簧铰链，通过来流的风力直接吹顶叶片的方式来改变叶片角度等方式来实现被动旋转，类似于弹簧门的工作原理，称为被动式。
[0047]本发明百叶窗式风屏障改变挡风叶片2的旋转角度时，同时也改变了反射来流的角度和流体作用在屏障上的作用力方向，当旋转角度改变时，来流经过挡风叶片2反射后将水平速度部分转化为竖向分速度，此时相当于在给挡风叶片2—个水平侧力的同时，还给了挡风叶片2 —个竖向气动力。通过改变挡风叶片2的旋转角度与数值方向保持较小旋转角度，在列车a通过时保证列车a气动性能，在无车通过时保持与水平呈较小角度以改善风屏障和桥梁c的气动性能。
[0048]如图4和图5所示，H为风屏障高度，h为挡风板高度，b为挡风板厚度，β为旋转角度，L为立柱间距。这些参数均可依据实际线路结合相关研究进行调整。本发明适用于各类高速铁路桥梁，特别是大跨度桥梁。可以改善运行列车、桥梁及屏障本身在大风中的气动性能，改善桥梁结构及其附属结构、屏障结构的受力状况，提高疲劳寿命，提高整个铁路线路的服务水平。[0049]本发明属于国家自然科学基金项目(51178471、51322808)的重点研究内容之一，为移动列车气动性能以及安全行驶提供更为精确的风洞试验手段，从而为确保高速列车安全运营的提供技术支撑。
[0050]以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的【技术领域】，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【权利要求】
1.一种用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，包括至少两根立柱(1)，立柱(I)之间留有间距，立柱(I)底部固定在地面上或者底座⑷上，其特征在于，相邻两根立柱(I)之间设有至少一块可沿叶片中轴线转动并用以阻挡横风的挡风叶片(2)，相邻的两块挡风叶片(2)的转动轨迹之间留有间距。
2.根据权利要求1所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，挡风叶片(2)两端通过转动轴(3)分别与端部的立柱(I)活动连接。
3.根据权利要求1所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，挡风叶片(2)的中部贯穿有一根通长的转动轴(3)，转动轴(3)的两端分别固接在端部的立柱(I)上，挡风叶片(2)可转动的套设于转动轴(3)上。
4.根据权利要求3所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，转动轴(3)和/或挡风叶片(2)上设有用以保持挡风叶片(2)端部与立柱(I)之间间隔距离的限位机构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，挡风叶片(2)均沿垂直于立柱(I)的方向布设；或者挡风叶片(2)均与立柱(I)斜交。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，风屏障还包括有控制器；至少一块挡风叶片(2)上设置有用以感应风力的风力传感器；挡风叶片(2)上连有用以限制挡风叶片(2)旋转角度的角度定位机构；风力传感器连接控制器，控制器连接并控制角度定位机构。
7.根据权利要求6所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，角度定位机构为定位销、定位夹、定位弹簧、弹簧铰链、定位弹片中的至少一个。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，立柱(I)沿直线排列，并且立柱(I)的排列直线与铁路桥梁上的铁轨平行。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，立柱(I)包括靠近铁轨布置的第一立柱以及远离铁轨布置的第二立柱。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高速铁路桥梁的百叶窗式风屏障，其特征在于，第一立柱与第二立柱间隔排布。
【文档编号】E01F7/02GK104032683SQ201410252295
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月10日 优先权日:2014年6月10日
【发明者】何旭辉, 叶剑, 邹云峰, 王汉封, 史康, 周佳 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室