本實用新型涉及橋梁領域，尤其涉及一種利用垂直軸風機進行渦振控制的大跨度橋梁。

背景技術：

處于地球大氣邊界層內的橋梁不可避免地會受到自然風的作用，而現代橋梁結構正向著跨度更大、更柔、更纖細的方向發展，這必然導致其對風的敏感性增加，橋梁結構的風致振動問題已成為控制大跨度橋梁設計的關鍵因素之一，特別是對于目前國內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構連續梁橋，其主梁斷面的渦激共振問題已經成為抗風研究的重點。渦激共振，簡稱渦振，是一種具有強迫和自激雙重特性的自限幅風致振動現象，由氣流繞經結構表面時所產生的以某一固定時間間隔有規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破壞，但是，較大振幅的渦振會對橋梁結構的安全和行車舒適性等服務性能產生較大的危害，影響正常使用。此外，渦激共振是大跨度橋梁在低風速下很容易出現的一種風致振動現象，其易發性和振幅之大會對橋梁結構的強度和疲勞性能產生很大的影響。因此各國橋梁工程規范或橋梁抗風規范均要求對渦激共振的發生風速和振動幅值進行控制，在低風速下盡量避免其發生或限制其振動幅值。

渦激共振控制措施主要有結構措施，機械措施及氣動措施。前兩者力學機理明了，但代價昂貴，后者卻因代價小實施方便而得到廣泛應用。氣動措施通過改變截面的氣動外形來改變流體對結構的荷載，除了常規的梁高、梁寬、橋梁基本斷面的選擇外，常用的還有導流板、抑流板、風嘴、整流板、擾流板、分流板、穩定板、中央擋板以及設置通風導流的格子。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，并需后續維護。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種利用垂直軸風機進行渦振控制的大跨度橋梁，解決現有技術結構復雜、一次性投入與后續維護投入高等問題。

為了實現上述的目的，采用如下的技術方案。一種利用垂直軸風機進行渦振控制的大跨度橋梁，包括主梁，所述主梁底部轉角處設置有垂直軸風機。利用垂直軸風機在來流風作用旋轉后產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。垂直軸風機作為三種主要類型的風力發電機之一，具有良好的旋轉效果，其尾流呈水平向擴散，尾流影響方向為順風向和橫風向，影響范圍較廣。垂直軸風機用于大跨度橋梁渦激共振控制時，其順風向和橫風向擴散的尾流可以大范圍內地、有效地打亂漩渦脫落，避免漩渦出現明顯的卓越頻率，從產生機理上控制渦激共振的發生。

所述垂直軸風機在橋梁橫向上設置在所述主梁斷面底部轉角處，在橋梁縱向上等間距設置。垂直風扇作為大跨度橋梁渦激共振氣動控制措施應用時，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，但是垂直風扇布置數量對渦振控制效果和經濟效益有決定性影響，布置數量太少可能渦振控制效果不能滿足要求，布置數量過大會導致造價上升。垂直軸風機一般設置在主梁容易產生渦振的部位，經研究，垂直風機在順風向（橋梁橫向）最佳安裝位置是主梁斷面底部的兩側前緣處，在橫風向（橋梁縱向）可以按照一定的間距布置若干個即可，具體的數量和布置位置可根據實際情況和事先風洞實驗檢驗等確定。

所述主梁上設置有蓄電池組和供電系統，所述垂直軸風機、蓄電池組和供電系統依次連接。無論渦激共振是否發生，垂直軸風機的風力發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備等提供電能，減少橋梁運營投入。

所述垂直軸風機包括風葉，所述風葉上設置有彩色LED燈。彩色LED燈可以由所在的垂直軸風機直接供電，或通過橋梁的供電系統供電，在自然風作用下旋轉的彩色LED燈光效果具有改變大跨度橋梁景觀的功能。

與現有技術相比，本實用新型結構科學合理，具有以下優點：

1、垂直軸風機旋轉產生的尾流具有橫風向和順風向水平擴散的特點，用于渦振控制措施時只需等間距地布置一定的數量，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、垂直軸風機用于渦振控制措施的原理是利用風葉旋轉產生的尾流打亂橋梁主梁斷面規則漩渦脫落，由于其尾流影響區域大，蘊含能量大，對規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、垂直軸風機作為渦振控制措施的同時還可以利用風葉的旋轉發電，收集的風能可用于大跨度橋梁日常運營的用電需求，具有可持續性、節能環保和減少投資的優點；

4、垂直軸風機的風葉上可以安裝不同顏色的LED燈，其供電可由風機自身提供，在自然風作用下旋轉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為實施例一的結構示意圖；

圖2為實施例二的結構示意圖；

圖3為實施例三的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步的描述。

本實用新型的結構如圖1、圖2、圖3所示，包括主梁1，主梁1底部轉角處設置有垂直軸風機2。利用垂直軸風機2在來流風作用旋轉后產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。垂直軸風機2在橋梁橫向上可以設置在主梁1斷面底部轉角處，在橋梁縱向上可以等間距設置。

主梁1上設置有蓄電池組和供電系統，垂直軸風機2、蓄電池組和供電系統依次連接。無論渦激共振是否發生，垂直軸風機的風力發電功能均可用于橋梁供電。垂直軸風機2包括風葉，風葉上設置有彩色LED燈，在自然風作用下旋轉的彩色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，應用本實用新型只是在安裝垂直軸風機的位置處局部加固，無需進行大改造。實施例一，垂直軸風機安裝于閉口扁平箱型主梁的結構，如圖1所示。實施例二，垂直軸風機安裝于雙邊肋主梁的結構，如圖2所示。實施例三，垂直軸風機安裝于開口扁平箱型主梁的結構，如圖3所示。經研究和試驗，垂直軸風機尾流影響區域大，蘊含能量大，對規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。