Устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием

Авторы патента:

Короткин Александр Ильич (RU)

Пашин Валентин Михайлович (RU)

Роговой Юрий Алексеевич (RU)

Пустошный Александр Владимирович (RU)

Гузеев Андрей Сергеевич (RU)

Соловьев Сергей Юрьевич (RU)

E01D1/00 - Мосты (мосты между зданиями аэровокзала и летательным аппаратом для посадки или высадки пассажиров B64F 1/305)

Владельцы патента RU 2500852:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" (RU)

Изобретение относится к области аэрогидродинамики плохообтекаемых конструкций и касается вопроса поперечных колебаний пролетных строений мостов, вызванных ветровым воздействием, решает задачу уменьшения колебаний пролетного строения моста, вызванных ветровым воздействием при одновременном снижении материалоемкости. Это достигается тем, что устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием, включает разрушители периодических кармановских вихрей, возникающих в аэродинамическом следе над и под пролетным строением моста, по изобретению разрушители выполнены в виде пластин, имеющих треугольную форму в плане, которые размещены вдоль пролета моста с обеих его сторон и установлены горизонтально заподлицо соответственно с верхней и с нижней поверхностями пролетного строения. При этом треугольные разрушители вихрей прикреплены к торцам пролетного строения своими основаниями, а их вершины ориентированы наружу по обе стороны пролетного строения и отстоят от его краев на расстоянии, равном 0,05÷1,5 толщины пролетного строения. Причем угол при вершине разрушителей находится в пределах 30°÷80°. Предлагаемое устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием, разрушает регулярные структуры вихрей Кармана за счет того, что с каждого разрушителя сходят продольные вихри, оси которых перпендикулярны осям кармановских вихрей. В результате, кармановские вихри полностью разрушаются, теряя свою периодическую регулярную структуру, а вызванные ими колебания пролетного строения моста существенно исчезают, что выгодно отличает изобретение прототипа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Известно, что уменьшение колебаний мостов обеспечивается установкой механических или аэродинамических гасителей колебаний (М.И. Казакевич, «Аэродинамика мостов», М., Изд. «Транспорт», 1987 г.). Принципиальная разница между механическими и аэродинамическими гасителями заключается в том, что последние устраняют причину явления ветрового резонанса, существенно изменяя характер обтекания ветром сооружения. Механические гасители представляют собой гидравлические демпферы, устанавливаемые в определенных местах пролетного строения моста. Эти гасители эффективны, но связаны со значительными конструктивными трудностями при их реализации. Аэродинамическое гашение колебаний, идея которого заключается в нарушении регулярного правильного вихреобразования при обтекании конструкции ветровым потоком, позволяет устранить основную причину колебаний.

Под действием ветра колебания мостов могут вызываться различными физическими причинами: галопированием, изгибно-крутильным флаттером, срывным флаттером, бафтингом, ветровым резонансом. Установлено (М.И. Казакевич «Аэроупругая неустойчивость балочных мостов», журнал «Металлические конструкции», т.16, №3, 2010 г., с. 163-170), что для мостов с пролетным строением типа Волгоградского моста причиной колебаний при ветре может быть только ветровой резонанс, когда собственная частота колебаний мостовой конструкции совпадает с частотой срыва вихрей Кармана. Дорожка вихрей Кармана за Волгоградским мостом показана на фиг.1.

Известны устройства для уменьшения интенсивности вихрей Кармана - обтекатели, которые устанавливаются на пролетное строение моста с боковых сторон, прототип - (М.И. Казакевич, «Аэродинамика мостов», М., Изд. «Транспорт», 1987 г., с.167).

Недостатком известных обтекателей является невозможность обеспечить достаточный продольный размер обтекателя, способный сохранить безотрывность течения, которая необходима для отсутствия кармановских вихрей и тем самым уменьшения переменных сил на пролетном строении, приводящих к возникновению поперечных колебаний пролета, а также их большая материалоемкость

Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение колебаний пролетного строения моста, вызванных ветровым воздействием при одновременном снижении материалоемкости.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием, включающем разрушители периодических кармановских вихрей, возникающих в аэродинамическом следе над и под пролетным строением моста, разрушители выполнены в виде пластин, имеющих треугольную форму в плане, которые размещены вдоль пролета моста с обеих его сторон и установлены горизонтально заподлицо соответственно с верхней и с нижней поверхностями пролетного строения. При этом треугольные разрушители вихрей прикреплены к торцам пролетного строения своими основаниями, а их вершины ориентированы наружу по обе стороны пролетного строения и отстоят от его краев на расстоянии равном 0,05÷1,5 толщины пролетного строения. Угол при вершине разрушителей находится в пределах 30°÷80°.

Кроме того, расстояние между основаниями соседних разрушителей вдоль пролета составляет 0÷3 толщины пролетного строения моста.

Наряду с этим треугольные разрушители, расположенные на верхней поверхности пролетного строения моста, отклонены вверх от горизонтали на угол β, изменяющийся в пределах от β=0° до β=90°, а разрушители, расположенные на нижней поверхности пролетного строения, отклонены вниз также на угол 0°≤β≤90°.

Выполнение разрушителей периодических вихрей в виде пластин, имеющих треугольную форму в плане, с углом при вершине 30°÷80° и отстоящих от соответствующего края пролетного строения на расстоянии 0,05÷1,5 толщины пролетного строения, позволяет создать интенсивные продольные вихри, оси которых ориентированы перпендикулярно осям кармановских вихрей и которые разрушают периодические кармановские вихри, устраняя переменное давление на пролетном строении, благодаря этому уменьшают поперечные колебания пролета моста.

Выполнение вихревых разрушителей в виде пластин и их размещение вдоль пролета на расстоянии между основаниями соседних разрушителей 0÷3 толщины пролетного строения моста, позволяет снизить материалоемкость разрушителей.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг.2 приведен вид сверху пролетного моста с установленными разрушителями вихрей, на фиг.3 - вид сбоку пролетного строения моста с установленными разрушителями вихрей, на фиг.4 показано образование продольных вихрей на треугольном разрушителе, на фиг.5 показан вихревой след за мостовым строением с установленными разрушителями вихрей.

Устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов включает разрушители периодических кармановских вихрей 1 (фиг.2, 3), которые выполнены в виде пластин, имеющих треугольную форму в плане (фиг.2, 4), размещены вдоль пролета моста 2 с обеих его сторон и установлены горизонтально заподлицо соответственно с верхней и нижней поверхностями пролетного строения (фиг.2, 3). Треугольные разрушители вихрей 1 прикреплены к торцам пролетного строения 2 своими основаниями 3 (фиг.2, 3, 4), а их вершины 4 ориентированы наружу по обе стороны пролетного строения 2 (фиг.2, 3) и отстоят от его краев на расстоянии равном 0,05÷1,5 толщины пролетного строения. Угол при вершине 4 (фиг.2, 4) разрушителей 1 находится в пределах от 30° до 80°. Вдоль пролетного строения 2 разрушители вихрей 1 размещены друг от друга на расстоянии, равном 0÷3 толщины пролетного строения моста (на фиг.2 упомянутое расстояние равно 0). Треугольные разрушители вихрей 1, расположенные на верхней поверхности пролетного строения моста, могут быть отклоненными вверх от горизонтали на угол β, изменяющийся в пределах от β=0° до β=90°, а разрушители, расположенные на нижней поверхности пролетного строения, отклоненными вниз также на угол 0°≤β≤90°.

Устройство работает следующим образом.

При обтекании воздушным потоком пролетного строения мостов при отсутствии разрушителей вихрей 1 на нем возникают переменные, практически периодические аэродинамические силы в вертикальном (поперечном) направлении. Указанные силы обусловлены периодическим срывом кармановских вихрей с нижней и верхней поверхностей пролетного строения 2 (фиг.1) и возникающими в этой связи пульсациями давления в поперечном направлении поверхности моста 2.

Внешний поток воздуха, набегающий на пролетное строение моста 2 с разрушителями 1, сначала натекает на треугольные разрушители 1, на которых начинают формироваться интенсивные продольные вихри 5 (фиг.4), оси которых перпендикулярны осям кармановских вихрей (на фиг.4 не показаны). Распространяясь вниз по течению, продольные вихри 5 начинают взаимодействовать с кармановскими вихрями, которые в результате полностью разрушаются, теряя свою периодическую регулярную структуру, а вызванные ими колебания пролетного строения моста существенно уменьшаются. В результате действия разрушителей вихрей 1 устраняются периодические срывы кармановских вихрей с нижней и верхней поверхности пролетного строения 2 (фиг.1) и возникающие в этой связи пульсации давления в поперечном направлении, а вызванные ими колебания пролетного строения моста существенно уменьшаются.

На фиг.5 представлена картина следа за пролетным строением 2 модели Волгоградского моста с разрушителями кармановских вихрей 1, на которой отсутствует периодические вихревые структуры, имевшие место за пролетным строением 2 при отсутствии разрушителей 1 (фиг.1).

Предлагаемое устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием, позволяет существенно снизить поперечные колебания пролетного строения моста (в 7-8 раз) и материалоемкость (в 5-6 раз), что его выгодно отличает от прототипа.

1. Устройство для снижения поперечных колебаний пролетного строения мостов, вызванных ветровым воздействием, включающее разрушители периодических кармановских вихрей, возникающих в аэродинамическом следе над и под пролетным строением моста, отличающееся тем, что разрушители выполнены в виде пластин, имеющих треугольную форму в плане, которые размещены вдоль пролета моста с обеих его сторон и установлены горизонтально заподлицо соответственно с верхней и с нижней поверхностями пролетного строения, или разрушители, расположенные на верхней поверхности пролетного строения моста, отклонены вверх от горизонтали на угол β, изменяющийся в пределах от β=0° до β=90°, а разрушители, расположенные на нижней поверхности пролетного строения, отклонены вниз также на угол 0°≤β≤90°, при этом треугольные разрушители вихрей прикреплены к торцам пролетного строения своими основаниями, а их вершины ориентированы наружу по обе стороны пролетного строения и отстоят от его краев на расстоянии, равном 0,05÷1,5 толщины пролетного строения, причем угол при вершине разрушителей находится в пределах 30°÷80°.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между основаниями соседних разрушителей вдоль пролета составляет 0÷3 толщины пролетного строения моста.

Похожие патенты:

Мост // 2485242

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано при сооружении мостов из балочных разрезных пролетных строений, объединенных в температурно-неразрезную плеть.

Пролетное строение железнодорожного моста // 2484196

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано в пролетных строениях железнодорожных мостов. .

Мост // 2471916

Изобретение относится к мостостроению и может быть использовано в пролетных строениях с криволинейным очертанием нижнего пояса, монтаж которых осуществляют способом продольной надвижки.

Мост // 2455417

Изобретение относится к строительству мостов и может использоваться для получения электроэнергии. .

Инвентарный низководный мост на винтовых сваях // 2446244

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при восстановлении мостовых переходов на военно-автомобильных дорогах, в чрезвычайных ситуациях и при ликвидации стихийных бедствий.

Строительная конструкция с использованием композитной конструкции с встроенными датчиками // 2441110

Изобретение относится к строительству и может быть использовано как при новом строительстве, так и ремонте различных зданий и сооружений, в том числе и мостов. .

Устойчивый безбалластный рельсовый путь // 2425920

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, в частности к верхнему строению рельсового пути безбалластного типа. .

Безбалластный путь // 2425188

Безбалластный путь на искусственном сооружении // 2424391

Изобретение относится к укладке и ремонту верхнего строения пути безбалластного типа на мостах, в тоннелях магистральных железных дорог, промышленного транспорта, метрополитенов и трамвайного хозяйства.

Безбалластный рельсовый путь на искусственном сооружении // 2424390

Здание-мост // 2513229

Изобретение относится к области строительства. Здание-мост содержит проезжую часть и помещения. Проезжая часть и помещения находятся внутри главной пролетной несущей конструкции коробчатого сечения, полки и стенки которой являются внешними ограждениями расположенных внутри помещений. При этом в качестве несущего каркаса (остова) стенок используются арки. Внутренний объем здания-моста разделен на два или более уровней, один из которых занимает проезжая часть, а другие уровни занимают помещения различного назначения. Снизу к аркам прикрепляются подвески, а сверху - стойки, служащие опорами для конструкций междуэтажных перекрытий. Монолитные железобетонные плиты междуэтажных перекрытий армируются в поперечном направлении для восприятия поэтажной нагрузки и в продольном направлении - для восприятия распора арки. Плиты перекрытий в местах крепления к аркам имеют канты из металлического профиля, например, швеллера, снабженного арматурными петлями, заливаемыми бетоном при устройстве перекрытия. Отношение высоты здания-моста к пролету составляет не менее 1/2,5. Изобретение позволяет значительно снизить расход строительных материалов за счет создания единой конструкции здания-моста и значительно снизить площадь застройки. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Здание-мост // 2513230

Изобретение относится к области строительства. Здание-мост содержит проезжую часть и помещения. Проезжая часть и помещения находятся внутри главной пролетной несущей конструкции коробчатого сечения, полки и стенки которой выполнены из монолитного железобетона и, выполняя несущую функцию, одновременно являются внешними ограждениями расположенных внутри помещений. Внутренний объем здания-моста разделен на два или более уровней, один из которых занимает проезжая часть, а другие уровни занимают помещения различного назначения. Внутренние стены и перекрытия помещений одновременно являются элементами жесткости главной пролетной конструкции моста. Основная арматура наружных железобетонных стенок главной пролетной конструкции располагается в двух свободных от оконных и дверных проемов полосах, идущих от середин высот торцевых стен к серединам нижнего и верхнего перекрытий. Отношение высоты здания-моста к пролету составляет не менее 1/2,5. Изобретение позволяет значительно снизить расход строительных материалов за счет создания единой конструкции здания-моста и снизить площадь застройки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Здание-мост // 2513231

Изобретение относится к области строительства. Здание-мост содержит проезжую часть и помещения. Проезжая часть и помещения находятся внутри главной пролетной несущей конструкции коробчатого сечения, полки и стенки которой являются внешними ограждениями расположенных внутри помещений. В качестве несущего каркаса (остова) стенок используются многорешетчатые фермы. Внутренний объем здания-моста разделен на два или более уровней, один из которых занимает проезжая часть, а другие уровни занимают помещения различного назначения. Узлы многорешетчатых ферм размещаются на уровнях междуэтажных перекрытий и служат для них опорами. Верхние и нижние пояса ферм имеют арматурные петли, которые заливаются бетоном при устройстве плит перекрытий. Отношение высоты здания-моста к пролету составляет не менее 1/2,5. Изобретение позволяет значительно снизить расход строительных материалов за счет создания единой конструкции здания-моста и снизить площадь застройки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Здание-мост // 2514075

Изобретение относится к области строительства. Здание-мост содержит проезжую часть и помещения. Проезжая часть и помещения находятся внутри главной пролетной несущей конструкции коробчатого сечения, полки и стенки которой являются внешними ограждениями расположенных внутри помещений. В качестве несущего каркаса стенок используются ванты на пилонах. Внутренний объем здания-моста разделен на два или более уровней, один из которых занимает проезжая часть, а другие уровни занимают помещения различного назначения. Снизу к вантам прикрепляются подвески, а сверху - стойки, служащие опорами для конструкций междуэтажных перекрытий. Внутренние стены и перекрытия помещений одновременно являются элементами жесткости главной пролетной конструкции моста. Плиты перекрытий в местах крепления к вантам имеют канты из металлического профиля, например, швеллера, снабженного арматурными петлями, заливаемыми бетоном при устройстве перекрытий. Отношение высоты здания-моста к пролету составляет не менее 1/2,5. Изобретение позволяет значительно снизить расход строительных материалов за счет создания единой конструкции здания-моста и снизить площадь застройки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Здание-мост // 2514081

Изобретение относится к области строительства. Здание-мост содержит проезжую часть и помещения. Проезжая часть и помещения находятся внутри главной пролетной несущей конструкции коробчатого сечения, полки и стенки которой являются внешними ограждениями расположенных внутри помещений. Внутренний объем здания-моста может быть разделен на два и более уровней (этажей), один из которых занимает проезжая часть, а другие уровни занимают помещения. Внутренние стены и перекрытия помещений одновременно являются элементами жесткости главной пролетной конструкции моста. Отношение высоты здания-моста к пролету составляет не менее 1/2,5. Проезжая часть отделяется от несущего ее перекрытия виброшумоизолирующим слоем. Изобретение позволяет значительно снизить расход строительных материалов за счет создания единой конструкции здания-моста и снизить площадь застройки. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Металлическое железнодорожное пролетное строение // 2533566

Металлическое железнодорожное пролетное строение включает главные фермы и прикрепленную к ним проезжую часть, состоящую из решетки в виде продольных и поперечных балок и уложенных на них металлических поперечин с рельсовым путем. Металлические поперечины выполнены составными по длине в виде отдельных поперечных ребер, прикрепленных боковыми сторонами к боковым внутренним стенкам главных ферм и боковым стенкам продольных балок проезжей части. Верхняя кромка поперечных ребер расположена на уровне верхних кромок продольных и поперечных балок проезжей части. К главным фермам, к верхним кромкам продольных и поперечных балок, а также к верхней кромке поперечных ребер по всей длине и ширине пролетного строения прикреплена сплошная металлическая плита. На ней в местах пересечения поперечных ребер и продольных балок проезжей части установлены металлические цоколи с размещенным на них рельсовым путем. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ демонтажа балочного железобетонного пролетного строения моста с использованием вантовой системы // 2534556

Изобретение относится к мостостроению, а именно к способу и устройству демонтажа мостов. Способ демонтажа балочного железобетонного пролетного строения моста с использованием вантовой системы позволяет максимально быстро удалить пролетное строение с места его дислокации и возможность демонтажа пролетного строения на берегу благодаря тому, что устанавливают гидравлические домкраты под нижним поясом для поддомкрачивания, после чего под нижний пояс балок устанавливают швеллеры, затем устанавливают металлическую траверсу, после этого траверсу объединяют со швеллерами, затем на траверсе сооружают пилон, далее подвешивают и натягивают ванты, после этого меняют опорные части балок на подвижное устройство, после чего вытягивают пролетное строение вместе с образованной сборной конструкцией на приемные стапеля, размещенные на берегу, и разбирают пролетное строение. Швеллеры под нижний пояс балок устанавливают в продольном направлении. Траверсу устанавливают вдоль всего пролетного строения моста, подлежащего разборке. Траверсу и швеллеры объединяют посредством вертикальных тяг с последующей сваркой между собой. Пилон сооружают, например, в середине пролетного строения. В качестве подвижного устройства используют катки или фторопластовые прокладки. Изобретение позволяет повысить эффективность демонтажа за счёт максимально быстрого удаления пролетного строения с места его дислокации и возможности его разборки на берегу. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ демонтажа пролетного строения моста с использованием вантовой системы // 2534557

Изобретение относится к мостостроению, а именно к способу демонтажа пролетного строения моста с использованием вантовой системы. Способ демонтажа пролетного строения моста с использованием вантовой системы включает: предварительное сооружение на нижнем поясе в тротуарной зоне пролетного строения Н-образного пилона по типу самомонтируемого башенного крана и превышающего высоту пролетного строения, подвешивание пролетного строения вантами и подтягивание вант, разборку части береговых опор до уровня пролетного строения и установку аванбека с одной стороны пролетного строения, а с другой стороны установку выкатывающего приспособления, далее поддомкрачивание пролетного строения и установку его на катки, после чего выкатывание пролетного строения целиком на берег на заранее подготовленные стапели и последующую разборку пролетного строения. Изобретение позволяет выполнять демонтаж без дополнительных приспособлений, освобождать акваторию в максимально короткие сроки, выполнять разборку моста на берегу за меньшие сроки без привлечения дополнительной техники. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Способ демонтажа аварийной балки пролетного строения моста // 2549664

Способ демонтажа аварийной балки пролетного строения моста состоит в том, что: разрезают аварийную балку на отдельные элементы балки, затем монтируют опорные траверсы, опирая их через опорные элементы на две соседние балки, после чего монтируют подтраверсы, далее сверлят строповочные отверстия в горизонтальной плите аварийной балки, затем тягами через строповочные отверстия объединяют опорные траверсы с элементами балки и подтраверсами, после этого натягивают тяги и поднимают элементы балки, затем транспортируют элементы балки в место демонтажа траверс, после этого демонтируют траверсы и транспортируют элементы балки в место утилизации. Резку аварийной балки на отдельные элементы балки производят алмазным инструментом. Все работы проводят локально, не мешая эксплуатации незатронутого ремонтом участка. Место установки опорных траверс и подтраверс на каждый элемент балки определяют расчетным путем. Подъем элементов балки производят подъемными кранами соответствующей грузоподъемности. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Сейсмостойкий мост // 2550777

Изобретение относится к сейсмозащите мостов. Сейсмостойкий мост включает пролетные строения, опоры и соединенные с ними сейсмоизолирующие устройства, по меньшей мере одно из которых выполнено составным, включающим не менее двух последовательно соединенных элементов. Хотя бы один из элементов выполняется гибким, податливым в горизонтальном направлении и обеспечивает сейсмоизоляцию и сейсмогашение колебаний при относительно частых расчетных землетрясениях, относимых к проектным (ПЗ), а соединение элементов выполнено скользящим и включает фрикционно-подвижные болтовые соединения из пакета стальных листов с овальными отверстиями, через которые пропущены высокопрочные болты. Технический результат - повышение надежности эксплуатации и срока службы строения, а также повышении эффективности гашения колебаний опоры моста, вызванных сейсмическими колебаниями в любом в заданном расчетном диапазоне уровня воздействия. 21 з.п. ф-лы, 12 ил.