專利名稱：橋梁的穩定結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及橋梁的穩定結構，該橋梁包括由抗拉支承件支承的橋面板，另外本發明提供一種穩定的橋梁結構和使現有橋梁保持穩定的方法。
背景技術：
許多種橋梁具有由抗拉支承件支承于修建在橋梁的中間部或端部處的塔、類似結構上的橋面板。在懸索橋的場合，抗拉支承件一般為豎向索、桿或鏈，它們將橋面板的每個縱向側邊與懸吊于塔之間的相應的懸索相互連接。一種斜拉橋也包括由抗拉支承件支承的橋面板，該抗拉支承件一般由桿或索形成，它們從橋面板的縱向側邊直接延伸至塔處。
經歷1940年的Tacoma橋梁災難，下述的情況已為人們公知，該情況指由于持續的中等風載的顫振性非穩定性的作用，懸索橋可遭受劇烈的結構破壞，而上述風載會使橋面板產生共振，該共振會逐漸累積，直至發生破壞。隨著橋面板的跨度的增加，上述懸索橋，實際上是包括由抗拉支承件支承的橋面板的所有的橋梁中的與風載有關的問題變得更加嚴重。對于很大的跨度，比如針對the Straights of theMessina而提出的跨度，沿該跨度的風載會產生很大變化，并且會使橋面板產生很大的非對稱的縱向振動和隆起。由于Tacoma橋梁災難，人們提出了各種方案來解決上述問題。比如，在EP233528號歐洲專利文件中提出了下述方案，即下述的懸索橋可由空氣動力性部件保持穩定，該懸索橋包括由懸索、豎向拉桿形成的懸索結構，以及懸吊于該懸索結構上的基本為剛性的平面式橋面板結構，該空氣動力性部件的形狀呈翼型，且其與橋梁結構剛性連接，從而對作用于結構上的風載進行控制，該空氣動力性部件包含翼控制表面，該翼控制表面呈對稱的構型，產生空氣動力性的正或負上浮作用力，并且具有顫振速度，該速度大大高于適合于橋梁結構的顫振速度，上述翼控制表面剛好固定于橋梁中的橋面板結構的側邊緣下面，它們的對稱平面相對水平面傾斜，上述橋梁結構和翼控制表面以動力學方式相互作用，以便使整體的顫振速度至少高于上述橋梁區域中所預計的風的最高速度。
為了代替采用與橋梁結構剛性固定的翼的方式，國際專利申請號為PCT/GB93/01862(公開號為WO94/0562)提出通過采用襟翼或副翼，可使所形成的橋面板的剛度小于現有橋梁的橋面板的剛度，上述襟翼或副翼設置于橋面板的側邊，其與橋面板鉸接以便在伸出和回縮位置之間產生旋轉，其通過計算機進行控制以便根據風載，調節作用于橋面板上的力。
國際專利申請號為PCT/DK93/00058(公開號為WO93/16232)提出了一種抵消由較長的索支承的橋梁中的梁體因風而產生的振動的系統，在該系統中，相對橋梁的縱向軸線，基本以對稱方式設置有多個控制表面，該表面根據梁體的運動，利用風能，以便減小上述運動，上述控制表面沿橋梁的縱向分成多個部分，還設置有多個檢測器以便測定梁體的運動，每個控制表面部分帶有局部的控制單元，該控制單元用于根據一個或多個檢測器給出的信息，對該控制表面部分進行控制。這些檢測器這樣設置，以便對所涉及點處的橋梁的運動或加速度進行測定，并且將信號傳遞給控制單元，比如計算機，該控制單元采用對伺服泵施加信號的算法，該伺服泵對液壓缸進行控制，以便使相應的控制表面部分產生旋轉。按照上述方式，可根據通過由以加速度計形式的檢測器測定的上述點處的梁體的運動，對每個控制表面部分進行連續地調節。該發明特別要求提供一種復雜的電子系統，該系統帶有許多個加速度計，這些加速度計通過沿梁體延伸的導線與計算機連接，另外該發明要求提供驅動上述控制表面的相應的液壓系統。
因此，根據這些已有技術的文獻，下述的橋梁已為人們所知，該橋梁包括由抗拉支承件支承的橋面板，繞基本上沿橋面板的縱向的相應的軸線鉸接的翼形穩定件，以便使該穩定件相對改善橋面板的穩定性的位置旋轉。
根據這些文獻，下述的方法也為人們所知，該方法用于使下述橋梁保持穩定，該橋梁具有由抗拉支承件支承的橋面板，該方法包括相對基本沿橋面板的縱向的相應軸線安裝翼形穩定件。
本發明概述本發明的目的在于在不采用大的電子傳感和控制系統的情況下，可使橋梁保持穩定。
按照本發明的一個方面，每個穩定件通過機構連接驅動，該機構可通過相對橋梁的縱向軸線橋面板與相鄰抗拉支承件之間的轉矩進行操縱，而每個機構設置成當在橋面板的一部分和相鄰的抗拉支承件之間產生轉矩時，相關的穩定件會相對這樣的位置轉動，該位置在橫向風載的條件下，產生作用于上述橋面板部分上的力。按照上述方式，可通過使橋面板的轉動和豎直運動之間的力偶達到最小的方式，使橋梁保持穩定，從而使上述結構產生顫振的任何趨向衰減。
最好，每個機構包括杠桿，該杠桿與相關的抗拉支承件連接，并且與橋面板上的軸鉸接，該軸基本與相關的穩定件的鉸接軸保持平行。每個機構設置成使相對轉矩相關的穩定件的旋轉程度加大。
至少一些穩定件可與直接固定于橋面板上的相應軸鉸接，并且設置成通過與相應的杠桿鉸接的相應的連桿產生轉動。
至少一些穩定件與直接固定于橋面板上的相應軸鉸接，并且設置成改變橋面板的空氣動力學特性。作為替換方式，至少一些穩定件可與抗拉支承件或其相應的杠桿上的相應軸鉸接。在此場合，每個穩定件最好設置成通過與橋面板鉸接的連桿產生轉動。
至少一個穩定件可設置有可單獨調節的控制表面。按照上述方式，可相對穩定件調節該控制表面，從而改變穩定件產生并且施加于橋面板上的作用力。
最好穩定件設置為成對地安裝于橋面板的相對側邊，并通過互連桿保持平衡。在此場合，互連桿最好設置成在工作時位于成對的穩定件的機構之間。
本發明的另一方面在于提供一種使橋梁保持穩定的方法，該橋梁包括由抗拉支承件支承的橋面板，和翼形穩定件，該翼形穩定件相對基本沿橋面板的縱向的相應軸安裝，該方法采用相對橋梁的縱向軸線橋面板和抗拉支承件之間的轉矩，使穩定件繞這樣的位置轉動，該位置在橫向風載條件下產生力，從而使橋面板的空氣動力性上浮總量減小。
附圖的簡要說明下面參照附圖，僅僅通過實施例對本發明進行描述，其中

圖1為按照本發明實現穩定的橋面板的橫截面示意圖；圖2與圖1類似，但是該圖表示在橋面板和相鄰的抗拉支承件之間沿一個方向，繞橋的縱向軸線的轉矩的過程中，一對穩定件的運動；
圖3與圖2類似，但是該圖表示在橋面板和相鄰的抗拉支承件之間沿相反方向轉矩的過程中，一對穩定件的運動；圖4為圖2中的左手部的放大圖，該圖表示可通過橋面板和相鄰的抗拉支承件之間的轉矩可操縱的機構一種形式；圖5與圖4類似，但是該圖表示翼形穩定件的改進形式；圖6與圖1類似，但是該圖表示一對穩定件保持平衡狀態；和圖7與圖1類似，但是該圖表示在不同的橋面板上安裝的另一種形式的穩定件。
實施例描述眾所周知，大跨度的懸索橋具有在很大的風的條件下承受類似顫振的不穩定的趨向。解決該問題的一種方案一直是增加橋面板的抗扭剛性，從而減弱產生不穩定性的風速。該方案是通過普通的結構技術措施來實現的，該技術措施不可避免地使橋面板的重量增加，從而使懸索和其支承結構的重量增加。另一種方案是通過主動控制翼來增加橋面板的穩定性。這種主動的穩定結構基本上是按照已在飛機控制系統中采用的作法，在該系統中，對應于車輛的感應運動，通過液壓、氣壓或電驅動器，適當地使翼或其它的控制裝置(services)偏轉，在這種情況下，上述控制裝置構成進行穩定的柔性橋面板結構的局部。
本發明提供按照下述方式提供另一種主動的穩定結構，該方式為通過與橋面板懸臂部件相連接的連桿，以機械方式對翼進行控制。按照上述方式，穩定結構可在不采用多個加速度計和相應的導線、計算機控制和服務系統來實現，而它們是針對通過液壓、氣壓或電驅動器使翼產生偏轉而提出的。
參照圖1、2和3，懸索橋包括由兩排抗拉支承件11和12，支承于一對圖中未示出的懸索上的橋面板10，該抗拉支承件11和12按照普通方式由桿或索形成。上述橋面板可為本領域公知的任何普通結構，并作為典型實例，其包括箱型梁13，該箱型梁形成由路緣石16、17和18分隔開的車道14、15。在與其具體的橫截面形狀無關的情況下，當曝露于橫向風載的條件下，該橋面板10有空氣動力學特性，該橋面板的穩定性由沿橋面板10的每個縱向邊緣設置的兩排翼形穩定件19和20來控制。每個穩定件通過鉸接件21與橋面板10連接，從而該鉸接件繞基本沿橋面板的縱向的軸線轉動，以便在橫向風載的條件下使穩定件19、20相對于產生力的位置轉動，這樣便使橋面板10中的相關部分的空氣動力性上浮總量減小。
上述抗拉支承件11、12的底端非常牢固地與杠桿22的端部連接，該杠桿也通過相應的鉸接件23與橋面板10連接，從而相對鉸接件23的軸線使每個抗拉支承件11或12和橋面板10之間產生轉矩，該鉸接件23基本與相關的穩定件的軸21保持平行。
從圖4清楚看到，連桿24通過鉸接件25在與鉸接件21間隔開的點處與穩定件19連接，該連桿24還通過鉸接件26，在與鉸接件23間隔開的點處與杠桿22連接，鉸接件21、23、25和26保持平行。按照上述方式，橋面板10和抗拉支承件11之間的任何轉矩使杠桿22相對于其鉸接件23產生轉矩，從而使連桿24將上述運動傳遞給穩定件19，該穩定件19沿相同方向繞鉸接件21產生轉動。應注意到，鉸接件23和26之間的有效的杠桿臂大于鉸接件21和25之間的相應的臂，從而杠桿22的相對的轉矩使穩定件19產生更大的運動。還應注意到，杠桿22和連桿24與它們的相應的鉸接件21、23、25和26一起構成下述機構，該機構可通過上述橋面板10和相鄰的抗拉支承件11之間的轉矩來操縱。
按照上述方式，橋面板10相對于抗拉支承件11或12中的任何一個的任何扭轉運動會使相鄰的穩定件19或20轉動，從而使橋面板10的空氣動力學特性得以改善。因此，在圖2中，橋面板10的一部分的沿逆時針方向的旋轉同時使左手側的穩定件19抬起，同時右手側的穩定件20下降。按照上述方式，在橫向風載是來自左側，還是來自右側無關聯的情況下，穩定件19和20對橋面板10施加恢復性力偶。
在圖3中，橋面板10沿順時針方向旋轉，應注意到，穩定件19和20的運動類似，但是相反，從而它們再次對橋面板10施加恢復性力偶。
特別應注意到，與風是從左側，還是從右側吹來的情況都無太大關系，穩定件19和20的偏轉始終會增加橋面板10的穩定性。
鉸接件23和26與鉸接件21和25之間的距離比值取決于橋面板10和其懸吊桿11、12的動力特性，其可通過風洞試驗和/或理論計算來確定。對于某些橋梁結構，上述比值將取決于特定穩定件19或20沿跨徑方向的位置。
在圖5中，多數部件與圖4中的相同，當它們具有相同的功能時，采用相同的標號表示。唯一的改進在于穩定件19的外端設置有可單獨調節的控制表面126，該表面通過與鉸接件21的軸線保持平行的鉸接件27與穩定件19連接。該控制表面126可通過動力驅動器28相對穩定件19繞其鉸接件27轉動，該動力驅動器設置于在圖中示出的穩定件19的內部，并且通過連桿29而驅動該控制表面126。上述動力驅動器可以機械方式操縱，以便使控制表面126固定就位，從而為穩定件19提供對于與其相連接的橋面板10的部分來說所需的特性，或者上述動力驅動器可以電動方式、氣壓方式或液壓方式操縱，從而可連續地對穩定件19的特性進行調節。
以機械方式連接的穩定件結構，比如參照圖1～4所描述的形式的優點在于沒有任何較大的動力驅動器，甚至在颶風的情況下，而該動力驅動器顯然需要連續的可獲得的能量源，此外沒有計算機和加速度計。但是，由于可以較方便地改變控制系統，可按照需要提供功能復雜性，這樣與可比較的飛機系統相同，主動控制方法具有很大的靈活性。
圖5所示的組合結構的特點在于可包括兩種方法的最佳特征。按照上述方式，可獲得較大的以機械方式驅動的穩定件19、20的優點，可按照與飛機起落架上的調節片類似的方式，由較小的主動控制表面126使其作用增加。
按照上述方式，上述穩定結構主體通過較大的以機械方式操縱的穩定件19和20實現，同時較小的主動控制的表面126最終使性能改變，并且與獨立的主動控制系統相比較，在尺寸、成本、動力要求和整體性方面的要求是不高的。
圖6表示下述結構，該結構基本與已參照圖1～4而進行描述的結構相同，因此采用相同的標號表示相應的部件。它們的區別在于穩定件19和20的主體由互連桿30保持平衡，該桿30的外端通過相應的鉸接件32與所安裝的穩定件的延伸部31連接，該鉸接件32的軸線與鉸接件21和23保持平行。上述連桿30的內端通過共同的鉸接件33與連桿34連接，該連桿34繞由橋面板10支承的鉸接件35轉動。按照上述方式，沿橫向對齊的成對的穩定件19和20的主體在與其轉動無關的情況下保持平衡。
在圖7中，當杠桿22安裝于位于橋面板10的外側縱向邊緣的內側的鉸接件23上時，橋面板10具有稍有不同的結構，從而形成人行道36和37。翼形穩定件19和20也已產生運動，從而它們繞鉸接件38實現鉸接，該鉸接件38沿橋面板10的縱向延伸并且通過相應的杠桿22支承。上述穩定件19和20由相應的連桿39鉸接，如圖所示，該連桿鉸接于橋面板10和穩定件19與20之間。應注意到，連桿39跨過杠桿22以便確保橋面板10與相鄰的抗拉支承件11和12之間的轉矩使穩定件19和20沿適合的方向旋轉。對于上述結構，可知道，未對橋面板10的空氣動力學特性進行改進，穩定件19和20通過其相應的杠桿22對橋面板10施加補償力。如果需要，穩定件19和20可按照另一種方式直接安裝于抗拉支承件11和12上。
在抗拉支承件由懸吊桿形成的場合，該桿本身與接納上述鉸接件23的適合的軸頸連接，從而抗拉支承件11或12代替杠桿22的上臂，上述軸頸用于安裝鉸接件26。
根據需要，圖4和7所示的機構可由驅動穩定件19和20的任何其它的普通的機構或齒輪代替。
如果需要，橋面板10可配裝圖4和7中的穩定件19和20。
除了設置具有新型的穩定結構的橋梁結構以外，應注意到，在這里所給出的結構可用于改進現有的橋梁，該橋梁具有由抗拉支承件支承的橋面板，另外應注意到，可在無需完全拆除橋梁的情況下，實現上述結構。
權利要求
1．一種橋梁，其包括由抗拉支承件(11、12)支承的橋面板(10)，和翼形穩定件(19、20)，其與基本沿上述橋面板(10)的縱向的相應軸(21,38)鉸接，以便使該穩定件繞改善橋面板(10)的穩定性的位置轉動，其特征在于，每個穩定件(19、20)通過下述機構連接驅動，該機構可通過相對橋梁的縱向軸線，在橋面板(10)和相鄰的抗拉支承件(11、12)之間的轉矩來操縱，每個機構是這樣布置的，從而當在一部分橋面板(10)和相鄰的抗拉支承件(11、12)之間產生轉矩時，相應的穩定件(19、20)繞下述位置轉動，在橫向風載的條件下，該位置對其橋面板部分(10)產生力。
2．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，每個機構包括杠桿(22)，該杠桿與相應的抗拉支承件(11、12)連接，并且與橋面板(10)上的軸(23)鉸接，該軸(23)基本與相關的穩定件(19、20)的鉸接軸(21、38)保持平行。
3．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，每個機構設置成相對轉矩其相關的穩定件(19、20)的轉動程度加大。
4．根據權利要求2所述的橋梁，其特征在于至少一些穩定件(19、20)與直接固定于橋面板(10)上的相應軸(21)鉸接，并且設置成通過與相應的杠桿(22)鉸接件(25、26)鉸接的相應的連桿(24)產生轉動。
5．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，至少一些穩定件(19、20)與直接固定于橋面板(10)上的相應軸(21)鉸接，并且設置成改變橋面板(10)的空氣動力學特性。
6．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，至少一些穩定件(19、20)與抗拉支承件(11、12)上的相應軸(38)鉸接。
7．根據權利要求2所述的橋梁，其特征在于，至少部分穩定件(19、20)與相應的杠桿(22)上的相應軸(38)鉸接。
8．根據權利要求7所述的橋梁，其特征在于，每個穩定件(19、20)設置成通過與橋面板(10)鉸接的連桿(39)產生轉動。
9．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，至少一個穩定件(19、20)設置有可單獨調節的控制表面(126)。
10．根據權利要求1所述的橋梁，其特征在于，一對穩定件(19、20)安裝于橋面板(10)的相對側邊，并通過互連桿(30、34)保持平衡。
11．根據權利要求10所述的橋梁，其特征在于，互連桿(30、34)在工作時位于成對的穩定件(19、20)的機構之間。
12．一種使橋梁保持穩定的方法，該橋梁包括由抗拉支承件(11、12)支承的橋面板(10)，和翼形穩定件(19、20)，該翼形穩定件相對基本沿橋面板(10)的縱向的相應軸(21、38)安裝，其特征在于，采用相對橋梁的縱向軸線橋面板(10)和抗拉支承件(11、12)之間的轉矩，使穩定件(19、20)繞這樣的位置轉動，該位置在橫向風載條件下產生力，使橋面板(10)的空氣動力性上浮總量減小。
全文摘要
一種橋面板(10),其由抗拉支承件(11和12)支承,通過添加翼形穩定件(19和20)使該橋面板(10)保持穩定,以便使橋面板(10)的空氣動力性上浮總量減小,該穩定件與基本沿橋面板(10)的縱向的相應軸(21)鉸接。穩定件(19和20)由機構(21～26)驅動,該機構可通過橋面板(10)和抗拉支承件(11和12)之間的轉矩來操縱,從而使穩定件(19和20)繞這樣的位置轉動,該位置在風載條件下產生力,使橋面板(10)的空氣動力性上浮總量減小。
文檔編號E01D11/00GK1226946SQ9719691
公開日1999年8月25日 申請日期1997年5月27日 優先權日1996年5月29日
發明者J·M·科尼 申請人:通用電器馬可尼有限公司