本发明涉及一种风屏障，特别涉及一种可升降调节风屏障。
背景技术：
随着我国桥梁建设的不断推进与创新，强风地区包括沿海地区桥梁建设数目和跨度不断地在增加，风力对桥上行车甚至对桥梁结构产生的影响越来越明显。在强风环境下，行驶的车辆会显著受到竖直方向的升力与顺风向的推力以及行车方向的阻力作用，同时桥梁也会因抖振、涡振等振动现象对桥上行车产生进一步的影响。对于斜拉桥、悬索桥等特殊桥型，塔梁相交部分风场极为复杂，若不采取合适的防风措施，势必会对行驶车辆构成重大且无法预估的威胁。
为了降低车辆在侧向风作用下所受的影响，安装风屏障是提升行车安全性与舒适度的重要手段，然而现有风屏障多以屏障实体开孔为主，截面透风率早已固定，透风小时增加桥梁本身所受的风压力，透风率大时不能很好地保证行驶车辆的安全性，这类风屏障无法在不同风速下都高效工作，也就无法使不同风荷载作用下车、桥系统的气动性能达到最优。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、安全可靠的可升降调节风屏障。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种可升降调节风屏障，包括用于实现风屏障升降的升降结构柱、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱，所述升降结构柱、嵌入结构柱沿桥梁行车方向相间布置在桥梁道路两侧，相邻的升降结构柱、嵌入结构柱之间通过连结杆连接，防风屏障固定于连结杆上，防风屏障上按一定高度间隔依次横向布置防风障条，防风障条上均匀排列通风孔。
上述可升降调节风屏障，所述升降结构柱、嵌入结构柱均包括固定部分和活动部分，活动部分活动安装在固定部分上，固定部分位于桥梁道路内侧，用于支撑和承受来自活动部分的重力和由风荷载产生的作用力；活动部分位于桥梁道路外侧，起到改变风屏障透风率的作用。
上述可升降调节风屏障，所述升降结构柱固定部分的顶端设置有一个电动机和齿轮，电动机带动齿轮转动，升降结构柱活动部分设有齿条，通过齿轮与齿条的咬合实现升降传动。
上述可升降调节风屏障，所述升降结构柱固定部分面向活动部分一侧下端设置有定向支撑齿块，定向支撑齿块与安装在升降结构柱固定部分内的弹簧结构连接，定向支撑齿块呈倒三角状，活动部分上升到某一定向支撑齿块正好露出时，弹簧结构将自动弹出该定向支撑齿块，齿块竖直方向不可活动，所以承受来自上方活动部分产生的重力及风荷载向下作用的分力，相应的，当下降活动部分时，收起所有定向支撑齿块。
上述可升降调节风屏障，所述嵌入结构柱的固定部分竖向设有凹槽，凹槽横断面为梯形截面，嵌入结构柱的活动部分相应地设有凸起，凸起结构横断面为形状大小与凹槽横断面相同的梯形截面，通过凹槽和凸起的嵌入配合，嵌入结构柱的活动部分与固定部分可滑动连接，同时限制风屏障发生纵向与横向位移。
上述可升降调节风屏障，升降结构柱固定部分与嵌入结构柱固定部分之间的连结杆直径大于升降结构柱活动部分与嵌入结构柱活动部分之间的连结杆直径。
上述可升降调节风屏障，所述防风屏障为钢材板状结构。
上述可升降调节风屏障，所述防风障条为板状，采用不透明的轻质金属材料或者透明的高强树脂性材料制作而成。
上述可升降调节风屏障，所述通风孔为圆形。
本发明的有益效果在于：本发明采用两种不同功能的结构柱交替排置：使风屏障实现升降的升降结构柱、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱，结合两种结构柱实现调节屏障透风率、控制桥上横风作用的目的，从而使车辆与车辆、车辆与桥梁结构的抗风性能最优，且安全高效，经济效益明显，适合推广。
附图说明
图1是本发明实施例的升降结构柱和嵌入结构柱的内侧视图。
图2是本发明实施例的升降结构柱和嵌入结构柱的外侧视图。
图3是本发明实施例的结构柱安装连结杆之后的内侧视图。
图4是本发明实施例的结构柱安装连结杆之后的外侧视图。
图5是本发明实施例的防风屏障主视图。
图6是本发明实施例的某一节段风屏障内侧视图。
图7是本发明实施例的某一节段风屏障外侧视图。
图8是大型集装箱车不同透风率侧翻力矩系数实验结果图。
图9是大型集装箱车不同透风率侧向力系数实验结果图。
图10是厢式货车不同透风率侧翻力矩系数实验结果图。
图11是厢式货车不同透风率侧向力系数实验结果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图7所示，一种可升降调节风屏障，包括用于实现风屏障升降的升降结构柱1、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱2，所述升降结构柱1、嵌入结构柱2沿桥梁行车方向相间布置在桥梁道路两侧，相邻的升降结构柱1、嵌入结构柱2之间通过连结杆5连接，防风屏障固定于连结杆5上，防风屏障上按一定高度间隔依次横向布置防风障条7，防风障条7上均匀排列通风孔10。
所述升降结构柱1、嵌入结构柱2均包括固定部分和活动部分，活动部分活动安装在固定部分上，固定部分位于桥梁道路内侧，并采用钢材焊接于桥上，用于支撑和承受来自活动部分的重力和由风荷载产生的作用力；活动部分位于桥梁道路外侧，采用轻质高强合金材料，起到改变风屏障透风率的作用。
所述升降结构柱1固定部分的顶端设置有一个电动机4和齿轮，电动机4带动齿轮转动，升降结构柱1活动部分设有齿条3，通过齿轮与齿条3的咬合实现升降传动。
所述升降结构柱1固定部分面向活动部分一侧下端设置有定向支撑齿块，每5cm布置两个定向支撑齿块8，定向支撑齿块8与安装在升降结构柱1固定部分内的弹簧结构连接，定向支撑齿块8呈倒直角三角状，一个直角边紧贴升降结构柱1，另一个直角边垂直升降结构柱1，斜边与升降结构柱1呈40度夹角。活动部分上升到某一定向支撑齿块8正好露出时，弹簧结构将自动弹出该定向支撑齿块8，齿块竖直方向不可活动，所以承受来自上方活动部分产生的重力及风荷载向下作用的分力，相应的，当下降活动部分时，收起所有定向支撑齿块8。所述弹簧结构可采用弹簧，弹簧一端位于升降结构柱1的柱体内，弹簧另一端连接定向支撑齿块8，在压力的作用下定向支撑齿块8可压缩弹簧并内置于柱体中。
所述嵌入结构柱2的固定部分竖向设有凹槽9，凹槽9横断面为梯形截面，嵌入结构柱2的活动部分相应地设有凸起6，凸起6结构横断面为形状大小与凹槽9横断面相同的梯形截面，通过凹槽9和凸起6的嵌入配合，嵌入结构柱2的活动部分与固定部分可滑动连接，同时限制风屏障发生纵向与横向位移。
相邻的升降结构柱1、嵌入结构柱2之间通过连结杆5连接，连结杆5传递结构柱的升降效果，同时也作为防风障条7的固定装置，考虑到风屏障的重力因素，升降结构柱1固定部分与嵌入结构柱2固定部分之间的连结杆5直径大于升降结构柱1活动部分与嵌入结构柱2活动部分之间的连结杆5直径。
所述防风屏障为钢材板状结构，所述防风障条7为板状，采用不透明的轻质金属材料或者透明的高强树脂性材料制作而成。
在大风强风天气使用时，正转电动机4，电动机应为慢速转动，通过电动机上齿轮的转动带动齿条3，与其相连的钢连结杆5随之上升，风屏障整体上升，从而达到改变透风率的目的；当需要下降风屏障高度时，先收起各定向支撑齿块8，再由电动机4反转提供动力，缓慢下降风屏障，整个过程中，嵌入结构柱2上下两个部分始终咬合在一起，由于截面是梯形的特性，克服了风力作用下横向脱空的可能性，同时也保证该结构只能在竖直方向发生位移。这样，风屏障的实际透风率就变得容易计算，根据通风孔10及间隙的有效总面积与挡风板工作的总面积之比就可以得出实际透风率，根据实际要求确定透风率从而使风屏障以最优最高效的方式工作，不同风荷载作用下车、桥耦合系统气动性能达到最优的同时，也很好的保证了行驶车辆运行安全性。
实验桥段模型采用1：40的几何缩尺比，模型总长2.4m，总宽0.685m，总高0.07m，由迎风侧往背风侧方向依次将桥面划分为车道1～车道6。横风作用由湖南科技大学风洞实验室进行模拟提供，风屏障模型也采用1：40的几何缩尺比。按照本发明的设计，实际风屏障透风率在0.4～0.571连续可调，实际风屏障高度在3.0m～4.2m之间连续可调，不同工况风屏障高度与透风率对应表如表1。
表1
风洞实验根据测量车的侧投影面积as和重心高度hv(车辆重心至桥面的距离)可定义其气动力系数表达式：
上式中，cs为侧向力系数，fs为侧向力，mr为侧翻力矩，
车辆模型缩尺比定为1：40。厢式货车和大型集装箱车的试验模型重心高度hv(车辆重心至桥面的距离)分别为35.05mm、42.49mm，车辆的侧投影面积as分别为12068.12mm2、26934.80mm2。侧向力fs，侧翻力矩mr由六分量测力天平(ati-mini40)测量所得。
本发明依次在无风屏障、有可升降调节风屏障的情况下，对同一辆厢式货车或大型集装箱车，共计6条车道分别进行了风洞实验，针对侧向力系数cs、侧翻力矩系数
进过处理实验数据、分析实验结果可以看出：无风屏障时，桥上模型最大侧向力系数cs(1车道)大约在0.9～1.0之间，最大侧翻力矩系数
技术特征：
1.一种可升降调节风屏障，其特征在于：包括用于实现风屏障升降的升降结构柱、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱，所述升降结构柱、嵌入结构柱沿桥梁行车方向相间布置在桥梁道路两侧，相邻的升降结构柱、嵌入结构柱之间通过连结杆连接，防风屏障固定于连结杆上，防风屏障上按一定高度间隔依次横向布置防风障条，防风障条上均匀排列通风孔。
2.根据权利要求1所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述升降结构柱、嵌入结构柱均包括固定部分和活动部分，活动部分活动安装在固定部分上，固定部分位于桥梁道路内侧，用于支撑和承受来自活动部分的重力和由风荷载产生的作用力；活动部分位于桥梁道路外侧，起到改变风屏障透风率的作用。
3.根据权利要求2所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述升降结构柱固定部分的顶端设置有一个电动机和齿轮，电动机带动齿轮转动，升降结构柱活动部分设有齿条，通过齿轮与齿条的咬合实现升降传动。
4.根据权利要求3所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述升降结构柱固定部分面向活动部分一侧下端设置有定向支撑齿块，定向支撑齿块与安装在升降结构柱固定部分内的弹簧结构连接，活动部分上升到某一定向支撑齿块正好露出时，弹簧结构将自动弹出该定向支撑齿块，齿块竖直方向不可活动，所以承受来自上方活动部分产生的重力及风荷载向下作用的分力，相应的，当下降活动部分时，收起所有定向支撑齿块。
5.根据权利要求2所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述嵌入结构柱的固定部分竖向设有凹槽，凹槽横断面为梯形截面，嵌入结构柱的活动部分相应地设有凸起，凸起结构横断面为形状大小与凹槽横断面相同的梯形截面，通过凹槽和凸起的嵌入配合，嵌入结构柱的活动部分与固定部分可滑动连接，同时限制风屏障发生纵向与横向位移。
6.根据权利要求2所述的可升降调节风屏障，其特征在于：升降结构柱固定部分与嵌入结构柱固定部分之间的连结杆直径大于升降结构柱活动部分与嵌入结构柱活动部分之间的连结杆直径。
7.根据权利要求2所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述防风屏障为钢材板状结构。
8.根据权利要求1所述的可升降调节风屏障，其特征在于：所述防风障条为板状，采用不透明的轻质金属材料或者透明的高强树脂性材料制作而成。
9.根据权利要求1所述的可纵向伸缩调节风屏障，其特征在于：所述通风孔为圆形。
技术总结
本发明公开了一种可升降调节风屏障，包括用于实现风屏障升降的升降结构柱、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱，所述升降结构柱、嵌入结构柱沿桥梁行车方向相间布置在桥梁道路两侧，相邻的升降结构柱、嵌入结构柱之间通过连结杆连接，防风屏障固定于连结杆上，防风屏障上按一定高度间隔依次横向布置防风障条，防风障条上均匀排列通风孔。本发明采用两种不同功能的结构柱交替排置：使风屏障实现升降的升降结构柱、约束风屏障的纵向和横向位移的嵌入结构柱，结合两种结构柱实现调节屏障透风率、控制桥上横风作用的目的，从而使车辆与车辆、车辆与桥梁结构的抗风性能最优，且安全高效，经济效益明显，适合推广。
技术研发人员：陈宁;王修勇;骆书延;孙洪鑫
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：.12.13
技术公布日：.02.18
