一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置

1.本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置。


背景技术：

2.悬索桥是一种线形简单、造型优美的桥型，许多跨峡谷景区修建的人行桥都选择了悬索桥这种桥型。随着旅游业的蓬勃发展和科学技术的迅速进步，为进一步吸引游客参观，大跨、轻柔成为人行景观悬索桥的两种发展趋势。一方面，人行景观悬索桥跨度越来越长，主缆垂度通常会增大，垂跨比较高；另一方面，人行景观悬索桥的承重结构常用钢结构，结构自身重量小、刚度低。在目前这种大趋势下就会导致结构刚度越来越小，进一步也将改变桥梁结构的整体气动性能，因此还需要密切关注人行景观悬索桥的气动稳定性问题。
3.由于人行景观悬索桥多选址于河流峡谷或深山等自然风场环境比较复杂的地方，在较大的风荷载作用下导致结构风致振动问题突出，容易引发一系列不良后果。为了解决这些人行景观悬索桥复杂的风致振动安全性问题，目前，许多已建成的人行景观悬索桥主梁截面形式都采用双边小箱梁。实践证明，当气流经过主梁时，由于双边小箱梁的结构改变了涡脱形式，因此可以改善桥梁结构的颤振性能。
4.由于颤振影响到的是桥梁的安全性，为了提高大跨度桥梁的颤振性能，桥梁主梁通常会在断面中间开槽，采用分体式箱梁方案。既有试验结果表明，分体式箱梁在低风速下更容易发生涡激振动，影响车辆在桥梁上的行车安全和桥梁结构的疲劳特性。为了提高分体箱梁的涡振性能，降低涡振振幅，最直接有效的方法通过控制槽间透风率来实现，因此采用分体式主梁的大跨度桥梁同时，控制颤振和涡振对于开槽的透风率选择具有密不可分的联系。目前常用的方法是在施工时确定槽间透风率，但是其在后续使用过程中无法根据风力等级进行改变和调整，因此无法使桥梁达到最佳的抗风性能。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，用以解决现有技术中的桥面透风率不能随着风力等级进行调整，导致桥梁的抗风效果难以达到最佳的问题。
6.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，包括设置于两侧的边箱梁，以及设置边箱梁之间的镂空桥面，所述镂空桥面的下表面设有若干沿镂空桥面宽度方向设置的调节板，所述调节板的两端中部转动连接于边箱梁上，所述调节板的两端下方均设有用以控制调节板旋转角度的风力驱动机构；所述风力驱动机构包括若干吊绳，第一开槽空心杆、内部滑杆、第二开槽空心杆、牵引绳和滑动叶片，所述第一开槽空心杆沿镂空桥板的宽度方向设置，且两端固定于边箱梁上，所述内部滑杆滑动设置于第一开槽空心杆内，若干所述吊绳的一端分别固定于若干调节板宽度方向的两边缘上，另一端固定与内部
滑杆连接，同一所述调节板上设置的所述吊绳外侧均设有挡杆，所述挡杆的一端固定于边箱梁上，所述第二开槽空心杆平行设置于第一开槽空心杆的下方，且两端均连接于边箱梁上，所述滑动叶片滑动套接于第二开槽空心杆上，所述牵引绳设置于第一空心杆的两端部，且所述牵引绳的一端固定于内部滑杆的端部，另一端固定于滑动叶片的侧面上。
8.本技术方案的工作原理为：
9.在风力吹动滑动叶片的作用下，带动滑动叶片在第二开槽空心杆上滑动，滑动的同时拉动牵引绳，在牵引绳拉动的作用下，会带动内部滑杆在第一开槽空心杆内移动，内部滑杆的移动会拉动吊绳朝着移动方向倾斜，在倾斜的时候会带动调节板转动，因此相邻调节板之间就会因为倾斜出现间隙，从而使风从间隙进入，进而实现桥面透风率的调节，不难理解的是吊绳应该为弹性绳，同时内部滑杆与风吹方向实现反向运动，因此和挡杆接触的吊绳将会被限位折弯(吊绳折弯改变了拉力的方向，从而实现控制调节板间隙的方向，同时该侧吊绳只有少部分能出现运动倾斜，即该侧吊绳运动相同距离时，形变量需要更大，进而受到的拉力更大)，因此调节板的间隙朝向风力的方向，即实现了透风率的调节。
10.进一步，所述内部滑杆的两端部和第一空心杆的两端部之间均设有复位弹簧，所述牵引绳位于复位弹簧的内部，其有益之处在于，复位弹簧可以在失去风力作用后带动调节板复位，同时还能根据弹簧的形变量，改变内部滑杆在风力作用下的移动距离，实现与风力大小等级与内部滑杆位移的一个大致匹配，即实现调节板间隙的开度和风力等级之间的匹配。
11.进一步，所述第二开槽空心杆内设有内部固定杆，所述内部固定杆上镜像设有若干从内向外弹性模量与风力等级相匹配的弹片，所述弹片的一端与内部固定杆连接，所述弹片的另一端从第二开槽空心杆的开槽处向外延伸，其有益之处在于，当滑动叶片在第二开槽空心杆上滑动时，会与弹片接触，因此通过设置不同弹性模量的弹片，即可实现滑动叶片折弯弹片进而越过该弹片的推力，由于弹片的弹性模量可以通过设计实现，因此通过对弹性模量的设计进而与风力等级进行匹配的精度更高(复位弹簧通过压缩形变量匹配风力等级的精度低)。
12.进一步，所述弹片位于第二开槽空心杆内部的一端两侧面转动连接于内部固定杆上，且该端部靠近第二开槽空心杆中心的一侧设有挡片，所述挡片固定于内部固定杆上，所述弹片和内部固定杆上分别设有相互排斥的永磁体，其有益之处在于，当风向改变的时候，滑动叶片反向运动时，能直接推倒与之接触的弹片，进而快速回到第二开槽空心杆的中部初始位置，然后与另一侧设置的弹片接触，同时被推倒的弹片在磁体的作用下，会向上旋转一定角度，便于下一次与滑动叶片接触，挡片的作用是限制弹片的旋转方向。
13.进一步，所述调节板两端转动连接的部位上设有扭簧，其有益之处在于，提升调节板无风时的复位效果。
14.进一步，所述镂空桥面的上方设有拉绳，所述拉绳的一端固定连接于空心滑杆的一端上，其有益之处在于，拉绳可以直接控制调节板的开度，进而根据需求实现人工控制。
15.进一步，所述第一开槽空心杆的端部上设有定滑轮，所述拉绳缠绕于定滑轮上。
16.进一步，所述滑动叶片包括第一滑环和均布设置于第一滑环上的若干挡风叶片，所述第一滑环滑动套接进一步，所述第一滑环上设有凹槽，所述第二开槽空心杆的长度方向上设有凸棱，所述滑槽滑动套接于凸棱上，其有益之处在于，限制旋转，避免牵引绳缠绕。
17.进一步，所述吊绳与内部滑杆连接的一端上设有滑环，所述滑环套接于内部滑杆上，所述滑环朝向同一调节板中心的侧面外侧设有挡环，所述挡环固定于内部滑杆上，其有益之处在于，风力吹动时，一侧吊绳在滑竿上滑动，一侧在挡环的作用下和内部滑杆一起运动，即会出现一侧拉绳具备力矩，另一侧不具备，因此就会朝向带有力矩一侧旋转，从而在挡杆的配合下，进一步提升调节板的开合效果。
18.进一步，所述第二开槽空心杆的中部设有连接杆，所述连接杆的一端转动连接于第二开槽空心杆的中部，另一端固定于边箱梁上，所述第二开槽空心杆上设有风向标，其有益之处在于，风向标的设置，使叶片能始终正对风的方向，进一步提升与风力等级的匹配效果。
19.本发明的有益效果在于：
20.(1)本装置可通过风力大小，自动改变调节板的开度，进而实现桥面透风率的自调节和改变，提升了桥面的抗风性能；(2)弹片的设置，使弹片的折弯形变所需要的力与风力等级进行匹配，即可根据风力等级的大小对调节板的开度进行准确调节，进一步提升桥面的抗风性能；(3)本装置能根据风向改变调节板的间隙方向，使间隙方向始终朝向风的运动方向，提升对透风率的调节效果；(4)通过设置弹片的方式，可实现中低风速和高风速之间的区间区分，进而对调节板的开度进行控制，进而控制中低风速和高风速时的桥面透风率，使其达到涡振和震颤时的最佳透风率(研究表明涡振低中风速时发生，透风率要小，震颤高风速发生，透风率要大)。
21.本发明的其他优点、目标和特征将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上对本领域技术人员而言是显而易见的，或者本领域技术人员可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
22.为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
23.图1为本发明桥面板抗风装置安装于桥面板下方的立体示意图；
24.图2为本发明桥面板抗风装置安装于桥面板下方另一个视角的立体示意图；
25.图3为本发明桥面板抗风装置安装于桥面板下方正视图的剖视图示意图；
26.图4为本发明桥面板抗风装置的立体示意图；
27.图5为本发明图4中a处的局部放大示意图；
28.图6为本发明图3中b处的局部放大示意图；
29.图7为本发明图3中c处的局部放大示意图；
30.图8为图1中d处的局部放大示意图；
31.图9为本发明桥面板抗风装置中挡杆与吊绳的设置关系示意图；图10为本发明中挡板在风力作用下的开合示意图。
32.附图中标记如下：
33.边箱梁1、镂空桥面2、调节板3、第一转轴4、吊绳5、第一安装架6、第一开槽空心杆7、内部滑杆8、复位弹簧9、牵引绳10、第二安装架11、第二开槽空心杆12、滑动叶片13、内部固定杆14、安装板15、第二转轴16、弹片17、挡片18、第一永磁体19、第二永磁体20、第一通槽
21、第二通槽22、挡杆23。
具体实施方式
34.实施例1
35.如图1～9所示，本发明一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，包括设置于两侧的边箱梁1，以及设置边箱梁1之间的镂空桥面2，镂空桥面2的下表面设有若干沿镂空桥面2宽度方向设置的调节板3，调节板3的两端中部通过第一转轴4转动连接于边箱梁1上，调节板3的两端下方均设有用以控制调节板3旋转角度的风力驱动机构；风力驱动机构包括若干吊绳5，第一开槽空心杆7、内部滑杆、第二开槽空心杆12、牵引绳10和滑动叶片13，第一开槽空心杆7沿镂空桥板的宽度方向设置，且两端固定于边箱梁1上，具体的在本实施例中通过第一安装架6固定于边箱梁1上，内部滑杆8滑动设置于第一开槽空心杆7内，若干吊绳5的一端分别固定于若干调节板3宽度方向的两边缘上，另一端连接于内部滑杆8上，同一调节板3上设置的吊绳5外侧均设有挡杆23，挡杆23的一端固定于边箱梁1上，第二开槽空心杆12平行设置于第一开槽空心杆7的下方，且两端均连接于边箱梁1上，具体的在本实施例中通过第二安装架11固定于边箱梁1上，滑动叶片13滑动套接于第二开槽空心杆12上，牵引绳10设置于第一空心杆的两端部，且牵引绳10的一端固定于内部滑杆8的端部，另一端固定于滑动叶片13的侧面上。
36.本技术方案的工作原理为：
37.在风力吹动滑动叶片13的作用下，带动滑动叶片13在第二开槽空心杆12上滑动，滑动的同时拉动牵引绳10，在牵引绳10拉动的作用下，会带动内部滑杆8在第一开槽空心杆7内移动，内部滑杆8的移动会拉动吊绳5朝着移动方向倾斜，在倾斜的时候会带动调节板3转动，因此相邻调节板3之间就会因为倾斜出现间隙，从而使风从间隙进入，进而实现桥面透风率的调节，不难理解的是吊绳5应该为弹性绳，同时内部滑杆8与风吹方向实现反向运动，因此和挡杆23接触的吊绳5将会被限位折弯(吊绳5折弯改变了拉力的方向，从而实现控制调节板3间隙的打开方向，同时该侧吊绳5只有少部分能出现运动倾斜，即该侧吊绳5运动相同距离时，形变量需要更大，进而受到的拉力更大)，因此调节板3的间隙朝向风力的方向，即实现了透风率的调节。
38.需要说明的是，若本装置设置于开槽处，那么本装置可以设置固定于桥梁的横梁上，同时滑动叶片13设置于第二开槽空心杆12的中部位置，弹片17设置于滑动叶片13的两侧，牵引绳10也优选为弹性绳。第一开槽空心杆7和第二开槽空心杆12上分别设有贯穿外侧面设置的第一通槽21和第二通槽22。
39.内部滑杆8的两端部和第一空心杆的两端部之间均设有复位弹簧9，牵引绳10位于复位弹簧9的内部，复位弹簧9可以在失去风力作用后带动调节板3复位，同时还能根据弹簧受力时的形变量，改变内部滑杆8在风力作用下的移动距离，实现与风力大小等级与内部滑杆8位移的一个大致匹配，即实现调节板3间隙的开度和风力等级之间的匹配。
40.第二开槽空心杆12内设有内部固定杆14，内部固定杆14上镜像设有若干从内向外弹性模量与风力等级相匹配的弹片17，弹片17的一端与内部固定杆14连接，弹片17的另一端从第二开槽空心杆12的开槽处向外延伸，当滑动叶片13在第二开槽空心杆12上滑动时，会与弹片17接触，因此通过设置不同弹性模量的弹片17，即可实现滑动叶片13折弯弹片17
进而越过该弹片17的推力，由于弹片17的弹性模量可以通过设计实现，因此通过对弹性模量的设计进而与风力等级进行匹配的精度更高(复位弹簧9通过压缩形变量匹配风力等级的精度低)。
41.弹片17位于第二开槽空心杆12内部的一端两侧面转动连接于内部固定杆14上，采用第二转轴16转动连接于安装板15上，安装板15固定于内部固定杆14的表面两侧，且该端部靠近第二开槽空心杆12中心的一侧设有挡片18，挡片18固定于内部固定杆14上，弹片17和内部固定杆14上分别设有相互排斥的永磁体，具体的包括设置于内部固定杆14上的第一永磁体19和设置于弹片17上的第二永磁体20，当风向改变的时候，滑动叶片13反向运动时，能直接推倒与之接触的弹片17(风向未改变时一侧已经接触的弹片17)，进而快速回到第二开槽空心杆12的中部初始位置，然后与另一侧设置的弹片17接触，同时被推倒的弹片17在磁体的作用下，会向上旋转一定角度，便于下一次风向改变时与滑动叶片13接触(由于弹片17单向旋转，接触后就需要折弯形变后才能通过)，挡片18的作用是限制弹片17的旋转方向。
42.调节板3两端转动连接的部位上设有扭簧，提升调节板3无风时的复位效果。镂空桥面2的上方设有拉绳，拉绳的一端固定连接于空心滑杆的一端上，拉绳可以直接控制调节板3的开度，进而根据需求实现人工控制。第一开槽空心杆7的端部上设有定滑轮，拉绳缠绕于定滑轮上。
43.滑动叶片13包括第一滑环和均布设置于第一滑环上的若干挡风叶片，第一滑环滑动套接第一滑环上设有凹槽，第二开槽空心杆12的长度方向上设有凸棱，滑槽滑动套接于凸棱上，限制旋转，避免牵引绳10缠绕，需要说明的是，若干挡风叶片布置于同一平面上，且挡风叶片的侧面与第一滑环的侧面平行布置，使其在风力作用下不旋转，只作为迎风面，被风推动。
44.如图10所示，吊绳5与内部滑杆8连接的一端上设有滑环24，滑环24套接于内部滑杆8上，所述滑环24朝向同一调节板3中心的侧面外侧设有挡环25，挡环25固定于内部滑杆8上，风力吹动时，一侧吊绳5在滑竿上滑动，一侧在挡环25的作用下和内部滑杆8一起运动，即会出现一侧吊绳5具备力矩，另一侧不具备，因此就会朝向带有力矩一侧旋转，从而在挡杆23的配合下，进一步提升调节板3的开合效果。
45.实施例2
46.本实施例与实施例1的区别在于，第二开槽空心杆12的连接方式不同，具体的，在本具体实施方式中，第二开槽空心杆12的中部设有连接杆，连接杆的一端转动连接于第二开槽空心杆12的中部，另一端固定于边箱梁1上，第二开槽空心杆12上设有风向标，风向标的设置，使叶片能始终正对风的方向，进一步提升与风力等级的匹配效果，不难理解的是需要设置阻元件对第二开槽空心杆12的转动角度进行控制，避免转圈导致的牵引绳10缠绕。
47.实施例3
48.实施例3和实施1的不同之处在于，与调节板3的连接方式不同，具体为，将吊绳5换位固定于第一转轴4上的齿轮，在齿轮的下方还设有一个调整转动方向的齿轮，两个齿轮啮合设置，将内部滑杆8换为滑动连接于第一开槽空心杆7上的齿条，齿条和调整方向的齿轮啮合设置，同时牵引绳10固定于齿条的两端上。
49.最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通
过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，包括设置于两侧的边箱梁，以及设置边箱梁之间的镂空桥面，其特征在于：所述镂空桥面的下表面设有若干沿镂空桥面宽度方向设置的调节板，所述调节板的两端中部转动连接于边箱梁上，所述调节板的两端下方均设有用以控制调节板旋转角度的风力驱动机构；所述风力驱动机构包括若干吊绳，第一开槽空心杆、内部滑杆、第二开槽空心杆、牵引绳和滑动叶片，所述第一开槽空心杆沿镂空桥板的宽度方向设置，且两端固定于边箱梁上，所述内部滑杆滑动设置于第一开槽空心杆内，若干所述吊绳的一端分别固定于若干调节板宽度方向的两边缘上，另一端固定与内部滑杆连接，同一所述调节板上设置的所述吊绳外侧均设有挡杆，所述挡杆的一端固定于边箱梁上，所述第二开槽空心杆平行设置于第一开槽空心杆的下方，且两端均连接于边箱梁上，所述滑动叶片滑动套接于第二开槽空心杆上，所述牵引绳设置于第一空心杆的两端部，且所述牵引绳的一端固定于内部滑杆的端部，另一端固定于滑动叶片的侧面上。2.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述内部滑杆的两端部和第一空心杆的两端部之间均设有复位弹簧，所述牵引绳位于复位弹簧的内部。3.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述第二开槽空心杆内设有内部固定杆，所述内部固定杆上镜像设有若干从内向外弹性模量与风力等级相匹配的弹片，所述弹片的一端与内部固定杆连接，所述弹片的另一端从第二开槽空心杆的开槽处向外延伸。4.根据权利要求3所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述弹片位于第二开槽空心杆内部的一端两侧面转动连接于内部固定杆上，且该端部靠近第二开槽空心杆中心的一侧设有挡片，所述挡片固定于内部固定杆上，所述弹片和内部固定杆上分别设有相互排斥的永磁体。5.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述调节板两端转动连接的部位上设有扭簧。6.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述镂空桥面的上方设有拉绳，所述拉绳的一端固定连接于空心滑杆的一端上。7.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述第一开槽空心杆的端部上设有定滑轮，所述拉绳缠绕于定滑轮上。8.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述滑动叶片包括第一滑环和均布设置于第一滑环上的若干挡风叶片，所述第一滑环滑动套接于第二开槽空心杆上，所述第一滑环上设有凹槽，所述第二开槽空心杆的长度方向上设有凸棱，所述滑槽滑动套接于凸棱上。9.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述吊绳与内部滑杆连接的一端上设有滑环，所述滑环套接于内部滑杆上，所述滑环朝向同一调节板中心的侧面外侧设有挡环，所述挡环固定于内部滑杆上。10.根据权利要求1所述的一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，其特征在于：所述第二开槽空心杆的中部设有连接杆，所述连接杆的一端转动连接于第二开槽空心杆的中部，另一端固定于边箱梁上，所述第二开槽空心杆上设有风向标。

技术总结
本发明公开了一种用于大跨度人行景观悬索桥的桥面板抗风装置，属于桥梁工程技术领域。所述镂空桥面的下表面设有若干沿镂空桥面宽度方向设置的调节板，所述调节板的两端中部转动连接于边箱梁上，所述调节板的两端下方均设有用以控制调节板旋转角度的风力驱动机构；所述风力驱动机构包括若干吊绳，第一开槽空心杆、内部滑杆、第二开槽空心杆、牵引绳和滑动叶片，所述第一开槽空心杆沿镂空桥板的宽度方向设置，且两端固定于边箱梁上，所述内部滑杆滑动设置于第一开槽空心杆内，若干所述吊绳的一端分别固定于若干调节板宽度方向的两边缘上。本技术方案解决现有技术中的桥面透风率不能随着风力等级进行调整，导致桥梁的抗风效果难以达到最佳的问题。以达到最佳的问题。以达到最佳的问题。


技术研发人员：李宇 冯朴 李琛 肖嘉昕 蔡松 李加武 王峰 白桦 薛晓锋
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/10/6