颤振稳定性是大跨度桥梁抗风设计中首要考虑的因素,安装主动控制翼板能够较大幅度地提高桥梁颤振临界风速,达到被动控制不能达到的效果。主动控制翼板抑制桥梁颤振的概念于1992年由Ostenfeld和Larsen提出[8],此后国内外学者通过风洞试验与数值计算进行了比较系统的研究,关于主动控制翼板的试验与理论研究正逐渐引起桥梁工程界的关注。安装主动控制翼板是提高桥梁颤振稳定性的有效方法,气动翼板根据主梁的运动状况发生偏转,改变作用在主梁上的气动力,从而达到抑制颤振的目的。颤振主动控制气动翼板如图12-35所示。文献[9]和文献[10]运用流固耦合方法对桥梁气动翼板颤振主动控制做了较深入的研究,其中文献[10]运用流固耦合方法对意大利墨西拿海峡大桥三种主梁方案进行了研究,旋涡脱落如图12-36所示,方案三为气动翼板速度反馈控制对桥梁颤振稳定性的影响研究。在0°风攻角时,三种方案的颤振临界风速计算结果见表12-2。
图12-35 颤振主动控制气动翼板
图12-36 意大利墨西拿海峡大桥主梁旋涡脱落图(www.daowen.com)
表12-2 颤振临界风速计算值
由表12-2可知,对于意大利墨西拿海峡大桥来说,采用整体式钢箱梁其颤振临界风速为30~40 m/s,不满足颤振稳定性要求;采用三分体式钢箱梁其颤振临界风速为85~90 m/s,满足颤振稳定性要求;采用整体式钢箱梁同时设置颤振主动控制气动翼板,其颤振临界风速大于100 m/s。可见设置颤振主动控制气动翼板具有良好的颤振控制效果。传感器的精度、能源供给的可靠性、控制的鲁棒性等因素是桥梁颤振主动控制中尚待解决的问题,相信不久的将来,经济实用、性能可靠的颤振主动控制系统将应用于桥梁工程结构。
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