一种抑制桥梁涡振的柔性旋涡发生器的制作方法

1.本发明涉及桥梁附属设备技术领域，具体涉及一种抑制桥梁涡振的柔性旋涡发生器。


背景技术：

2.桥梁风致振动现象一直是桥梁工程领域的热点和难点问题，如虎门大桥涡激振动。目前常用于抑制桥梁涡振的控制措施包括主动控制法(需要外部能量输入)和被动控制法(不需要外部能量输入)。主动控制法主要包括：通过产生二次流控制尾流涡脱以抑制涡激振动，通过热效应改变流体动力粘度和密度来影响边界层分离等。被动控制法主要包括：改变表面粗糙度以影响边界层速度剖面分布从而控制边界层分离点，改变局部外形(添加整流罩、壁面开槽、布置风屏障、边角处理等)以影响流动分离再附等。
3.但是，以上这些控制方法，存在很多问题以及弊端。主动控制法，需要外部能量输入，常给工程带来不便，能量供应不足问题层出不穷。被动控制法，仅在某一风速或攻角范围内有效，一旦超出其最佳使用范围，会恶化抗风性能。
4.因此，研究一种新型的抑制涡振的附属设备成为亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于解决现有技术中存在的桥梁抗风性能较差，导致桥梁结构出现较大幅度的振动，产生桥梁涡振现象的问题，提供一种抑制桥梁涡振的柔性旋涡发生器。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种抑制桥梁涡振的柔性旋涡发生器，包括固定基座和设置在固定基座上的卡套，所述卡套上设置有柔性件，所述柔性件一端与卡套可拆卸连接，另一端为自由端。
7.优选地，所述柔性件由柔性材质构成。
8.优选地，所述柔性件为表面平滑的轻质柔性薄膜结构。
9.优选地，所述柔性件为聚乙烯薄膜。
10.优选地，所述柔性件为厚度渐变型。
11.优选地，所述柔性件表面设置有多个透风孔。
12.优选地，所述柔性件的自由端设置有边缘齿，所述边缘齿的齿状结构为城垛形、三角形、外凸圆形或内凹圆形。
13.进一步优选，所述卡套包括两个磁性连接件，所述两个磁性连接件对称设置在固定基座上，所述两个磁性连接件与固定基座磁性连接；所述两个磁性连接件之间磁性连接，所述柔性件一端夹持在两个磁性连接件之间进行固定。
14.进一步优选，所述固定基座为卡箍形、方形或砝码形。
15.当流体流过桥梁结构时，会在结构表面尖锐处发生流动分离，形成剪切层，剪切层脱落后会形成周期性的旋涡脱落。当旋涡脱落频率和桥梁结构某阶模态频率接近时，会导致桥梁结构出现较大幅度的振动，即产生桥梁涡振现象。因此，抑制桥梁结构表面的旋涡脱
落，成为控制桥梁涡振的关键因素。
16.本发明中利用柔性件的柔性薄膜结构的自适应变形，通过柔性结构拍动诱发一系列旋涡，改变桥梁表面流动形态，增强桥梁抗风性能，抑制桥梁涡振现象。柔性旋涡发生器可拆卸的安装在桥梁栏杆或者桥梁面上，柔性旋涡发生器与水平面的安装夹角为0～90度，柔性旋涡发生器上的柔性件为表面平滑的柔性薄膜结构，当流体流过这种柔性薄膜时，根据流体速度的不同，柔性薄膜会产生稳定变形、尖部轻微摆动、中上部大幅摆动、整体剧烈拍动、拍动并撞壁(或内卷)等5种运动形态。当柔性薄膜进入稳定变形阶段时，其自由端只产生剪切层而没有旋涡脱落，相当于把流体分离点往结构外部移动，对流动的干扰作用比较弱。而当柔性薄膜进入摆动或拍动阶段时，会加强桥梁结构外部气流同结构表面气流的动量交换，抑制桥梁结构表面气流的分离，改变原有的旋涡脱落形态，增强桥梁结构的抗风稳定性，抑制桥梁涡振现象。
17.尤其是当薄膜拍动频率与旋涡脱落频率同步时，动量交换效果最好。但是薄膜的影响区域是有限的，靠近薄膜的区域动量交换效果较好，远离薄膜的区域动量交换效果快速衰减，因此最好沿流动方向间隔适当的距离依次放置柔性薄膜，即可以并排布置多列本发明中的柔性旋涡发生器，使得动量交换效果在流向上能够持续加强，弥补单列薄膜的影响区域不足的问题。
18.本发明所具有的有益效果：
19.一)本发明中的柔性旋涡发生器不需要任何外部能量输入，不需要改变现有桥梁装置，仅利用柔性件的自适应变形，通过柔性结构拍动诱发一系列旋涡，改变桥梁表面流动形态，增强桥梁抗风性能，显著抑制桥梁涡振现象；
20.二)本发明中的柔性件采用厚度变化或者在自由端采用不同的边缘齿结构，能够根据不同的风环境产生自适应变形，从而更加精确的发生拍动形态，抑制桥梁涡振现象，其适用范围非常广泛；
21.三)本发明中的柔性旋涡发生器结构简单，更换便捷，易于拆卸，非常方便日常维护，免除各种操作复杂的维修工作，节省人力物力。
附图说明
22.图1为本发明实施例1中柔性旋涡发生器的结构示意图；
23.图2为本发明实施例2中方形固定基座的结构示意图；
24.图3为本发明实施例3中砝码形固定基座的结构示意图；
25.图4为本发明实施例4中三角形边缘齿的结构示意图。
26.图中：1-固定基座，2-磁性连接件，3-柔性件，4-透风孔，5-边缘齿。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
28.实施例1
29.如图1所示，一种抑制桥梁涡振的柔性旋涡发生器，安装在桥梁栏杆上，包括固定基座1和设置在固定基座1上的卡套，本实施例中固定基座1为卡箍形，与桥梁的圆形栏杆卡接，方便拆卸。卡套包括两个磁性连接件2，两个磁性连接件2对称设置在固定基座1上，两个
磁性连接件2与固定基座1磁性连接；两个磁性连接件2之间同样磁性连接，将柔性件3一端夹持在两个磁性连接件2之间进行固定，柔性件3的另一端为自由端，可随风自由摆动。本发明结构简单，更换便捷，易于拆卸，非常方便日常维护，免除各种操作复杂的维修工作，节省人力物力。
30.柔性件3为表面平滑无褶皱的轻质柔性薄膜结构，本实施例中柔性件3为矩形的聚乙烯薄膜，厚度渐变型，长宽比为1.5，在柔性件3表面分散设置有多个透风孔4，同时在柔性件3的自由端设置有边缘齿5，本实施例中边缘齿5的齿状结构为城垛形。这种材质和结构的柔性件3在风环境中能产生自适应变形，通过柔性结构拍动诱发一系列旋涡，改变桥梁表面流动形态，增强桥梁抗风性能，抑制桥梁涡振现象。
31.具体使用时，将柔性旋涡发生器的固定基座1卡接到桥梁的圆形栏杆上，将柔性件3的一端夹持在卡套的两个磁性连接件2之间，调整柔性旋涡发生器与水平面之间的夹角为45度。当气流经过柔性旋涡发生器的柔性件3时，柔性件3进入摆动或拍动阶段，加强桥梁结构外部气流同结构表面气流的动量交换，抑制桥梁结构表面气流的分离，改变原有的旋涡脱落形态，增强桥梁结构的抗风稳定性，从而显著抑制桥梁涡振现象。本实施例中还在固定基座1内设置有加速度传感器，用于检测桥面振动情况，实时反馈抑振效果。
32.实施例2
33.在实施例1的基础上，如图2所示，本实施例的固定基座1为方形，与桥梁的方形栏杆卡接，柔性旋涡发生器可与水平面平行安装。
34.实施例3
35.在实施例1的基础上，如图3所示，本实施例的固定基座1为砝码形，可直接放置在施工桥面上，柔性旋涡发生器与水平面垂直放置。
36.实施例4
37.在实施例1的基础上，如图4所示，本实施例中柔性件3自由端边缘齿5的齿状结构为三角形。
38.本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。