基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法，当检测到的风速达到产生涡振的风速时，确定产生涡振的阶数，根据涡振的阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构、第二吸气机构工作，第一吸风装置、第二吸风装置开始吸收来流风，通过对来流风的吸收在迎风侧或背风侧形成吸气流，从而在箱梁展向方向形成展向干扰，干扰了桥梁表面的风场，避免了涡流脱落的形成，在桥梁上下缘、下腹板处形成流向涡，进而破坏尾流旋涡的展向相关性，激发涡振过程中的尾流三维不稳定特性，削弱了涡振响应，减小了对桥梁的影响，使桥梁构件不会发生疲劳破坏，以致对舒适性不会产生影响。

权利要求

1.一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，其特征在于：包括第一吸气机构、第二吸气机构、第一排气管道、第二排气管道、第一吸风装置、第二吸风装置、风速风向传感器以及控制装置；在桥梁两侧的上腹板与顶板连接处均设有第一吸气机构，在所述第一吸气机构上设有多个第一吸气孔；在桥梁两侧的下腹板与底板连接处均设有第二吸气机构，在所述第二吸气机构上设有多个第二吸气孔；在桥梁两侧且沿桥梁展向均设有第一排气管道和第二排气管道，第一排气管与第一吸气机构连通，第二排气管与第二吸气机构连通；所述第一吸风装置设于第一吸气机构内，第二吸风装置设于第二吸气机构内；

所述第一吸气机构、第二吸气机构均包括多个，多个所述第一吸气机构、第二吸气机构分别设于桥梁的 跨度处，其中，i＝1,2,…,n‑1，n为正整数，mi＝{m|mi≤n‑i,mi为奇数}；所述第一吸气机构与第二吸气机构一一对应；所述第一吸风装置、第二吸风装置、风速风向传感器分别与所述控制装置电性连接；

所述控制装置，用于根据所述风速风向传感器采集的来流风的方向确定迎风侧和背风侧；根据所述风速风向传感器采集的实时风速判断是否达到桥梁产生涡振的风速，如果否，则控制第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置均处于非工作状态；如果是，则根据所述实时风速确定产生涡振的阶数；

还用于根据所述涡振的阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态，实现来流风的吸收控制涡振；

当为一阶涡振时，控制迎风侧 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为二阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为三阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为四阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为五阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为六阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为七阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态。

2.如权利要求1所述的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，其特征在于：所述第一吸气机构和第二吸气机构均包括吸气管道和设于所述吸气管道内的加热装置，所述加热装置与所述控制装置电性连接，所述吸气管道由形状记忆合金制成；

当需要吸收来流风时，加热装置工作使吸气管道处于展开状态；

当不需要吸收来流风时，加热装置不工作使吸气管道处于扁平状态。

3.如权利要求2所述的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，其特征在于：所述加热装置为加热线圈。

4.如权利要求1‑3中任一项所述的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，其特征在于：所述第一排气管道设于桥梁两侧的栏杆基石内，所述第二排气管道设于桥梁两侧下腹板与底板连接处的梁体内。

5.一种利用如权利要求1‑4中任一项所述的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统进行多阶涡振智能控制的方法，其特征在于，包括：步骤1：获取来流风的方向和实时风速；

步骤2：根据来流风的方向确定迎风侧和背风侧；

根据所述实时风速判断是否达到桥梁产生涡振的风速，如果否，则第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置均处于非工作状态；如果是，则转入步骤3；

步骤3：根据所述实时风速确定产生涡振的阶数；

步骤4：根据所述涡振的阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态，实现来流风的吸收控制涡振；

当为一阶涡振时，控制迎风侧 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为二阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为三阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为四阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为五阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为六阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

当为七阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态。

6.如权利要求5所述的大跨度桥梁多阶涡振智能控制方法，其特征在于：所述步骤4中，控制处于工作状态的第一吸风装置和第二吸风装置的吸气速度与所述实时风速相等。

说明书

基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于桥梁抗风技术领域，尤其涉及一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法。

背景技术

[0002] 近年来，国内外建成许多跨江渡海的大跨度桥梁，其结构形式主要以悬索桥、斜拉桥为主，如明石海峡大桥、中国舟山西堠门大桥、苏通大桥、润扬大桥等。对于这些大跨度缆
索支承桥梁来说，随着跨径的增加，结构刚度大幅下降，使得风荷载常常成为控制荷载，同
时风致振动也成为威胁桥梁安全的主要因素。风对桥梁造成的病害是多方面的，其中涡激
振动(简称涡振)是气流流经钝体结构时产生漩涡脱落，使结构两侧表面受到交替变化的正
负压力而激励起结构横风向限幅振动。尽管涡振不像颤振、驰振一样是发散性的毁灭性的
振动，但由于它发生风速低、频率高且振幅之大足以影响行车安全，有可能导致交通中断或
行人丧失安全感，导致桥梁构件过早的疲劳破坏。

[0003] 国内外许多桥梁也受到了涡振的影响。巴西的Rio‑Niteroi Bridge在使用过程中多次发生强烈的一阶竖向模态的大振幅涡激共振现象，使桥上人员弃车而逃。日本的
Trans‑Tokyo Bay Bridge在风速达到16m/s～17m/s时，桥面就发生明显的以一阶竖向模态
为主的涡激振动，跨中单边振动峰值达50cm。我国江苏省崇启大跨度连续梁桥在方案设计
阶段的风洞试验发现，主梁在实桥17‑19m/s的风速区间内发生振幅近50cm的大幅竖向涡激
共振。

[0004] 目前工程中常用的对大跨度桥梁风致振动的被动控制措施可分为外加机械阻尼控制措施和气动控制措施。外加机械阻尼控制方式是利用桥梁风致振动对结构阻尼敏感性
的特点，通过增设外加阻尼器(如调谐质量阻尼器TMD等)提高桥梁结构自身阻尼来降低涡
振响应，提升颤振临界风速。这种措施虽然可以有效降低大跨度桥梁箱梁的风荷载敏感性，
但其造价相对较高，需要定期维护等问题，同样给实际工程带来诸多不便。气动控制措施则
是针对箱梁结构与来流之间相互作用的方面加以控制，通过修改结构气动外形来减弱由于
流固耦合而带来的风致振动的响应。常用的气动控制方式包括增加箱梁横截面流线型减弱
边界层分离的装置，如风嘴、整流罩等；通过控制破坏尾流涡结构的装置，如导流板等；通过
改变结构表面气压分布进而提高结构颤振临界风速的措施，如中央开槽、增设中央稳定板
等。这些被动控制措施具有不需要能量输入，合理设计下能够很好的提高大跨桥梁箱梁气
动稳定性的优点，然而流固耦合现象是一个非常复杂的过程，传统被动控制措施并不能起
到非常高的控制效果。针对这一问题，研究人员把注意力不断转移到主动控制方式，很好的
弥补了控制效果差的不足。主动控制措施将控制系统的输出量与结构反应联系起来，提供
了一个具有信息反馈特点的闭合系统，能够随着响应不断改变输出量，进而起到大幅度提
高控制效果的目的，十分有效地解决外界激励下的结构振动问题，因此得到了工程上的广
泛应用。同时主动控制方法也作为结构振动控制热点问题研究至今并不断发展。

[0005] 目前已有的桥梁振动主动抑制措施并没有专门针对多阶涡振的有效措施，例如授权公告号为CN105388926B，名称为一种大跨度桥梁钢箱梁涡振控制的吹气方法的发明专
利，公开了采用吹气方法进行涡振抑制的技术手段，但并未对吹气装置的分布位置进行限
定，采用该方法进行多阶涡振抑制，抑制效果不佳；同时，吹气装置的设置会影响桥梁断面
形式，改变桥梁的气动特性。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法，以解决多阶涡振抑制效果不佳，以及影响桥梁断面特性等问题。

[0007] 本发明独立权利要求的技术方案解决了上述发明目的中的一个或多个。

[0008] 本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，包括第一吸气机构、第二吸气机构、第一排气管道、第二排
气管道、第一吸风装置、第二吸风装置、风速风向传感器以及控制装置；在桥梁两侧的上腹
板与顶板连接处均设有第一吸气机构，在所述第一吸气机构上设有多个第一吸气孔；在桥
梁两侧的下腹板与底板连接处均设有第二吸气机构，在所述第二吸气机构上设有多个第二
吸气孔；在桥梁两侧且沿桥梁展向均设有第一排气管道和第二排气管道，第一排气管与第
一吸气机构连通，第二排气管与第二吸气机构连通；所述第一吸风装置设于第一吸气机构
内，第二吸风装置设于第二吸气机构内；

[0009] 所述第一吸气机构、第二吸气机构均包括多个，多个所述第一吸气机构、第二吸气机构分别设于桥梁的 跨度处，其中，i＝1,2,…,n‑1，n为正整数，mi＝{m|mi≤n‑i,mi
为奇数}；所述第一吸气机构与第二吸气机构一一对应；所述第一吸风装置、第二吸风装置、
风速风向传感器分别与所述控制装置电性连接。

[0010] 本发明的多阶涡振智能控制系统，当风速风向传感器检测到的实时风速达到产生涡振的风速时，确定产生涡振的阶数，根据涡振的阶数控制迎风侧(根据风速方向确定哪侧
是迎风侧)对应位置的第一吸气机构、第二吸气机构工作，第一吸风装置、第二吸风装置开
始吸收来流风，所吸收的来流风分别通过第一排气管道、第二排气管道排至桥梁展向的两
侧，通过对来流风的吸收在迎风侧或背风侧形成吸气流，从而在箱梁展向形成展向干扰，干
扰了桥梁表面的风场，避免了涡流脱落的形成，在桥梁上下缘、下腹板处形成流向涡，进而
破坏尾流旋涡的展向相关性，激发涡振过程中的尾流三维不稳定特性，削弱了涡振响应，减
小了对桥梁的影响，使桥梁构件不会发生疲劳破坏，以致对舒适性不会产生影响；不同阶数
的涡振，开启不同位置的第一吸气机构、第二吸气机构、第一吸风装置和第二吸风装置工
作，能够实现多阶涡振的抑制，且抑制效果好。上腹板与顶板连接处、下腹板与底板连接处
均为产生涡振的敏感区域，将第一吸气机构和第二吸气机构分别设于此处，大大提高了吸
气效果和涡振抑制效果。

[0011] 进一步地，所述第一吸气机构和第二吸气机构均包括吸气管道和设于所述吸气管道内的加热装置，所述加热装置与所述控制装置电性连接，所述吸气管道由形状记忆合金
制成；

[0012] 当需要吸收来流风时，加热装置工作使吸气管道处于展开状态；

[0013] 当不需要吸收来流风时，加热装置不工作使吸气管道处于扁平状态。

[0014] 由形状记忆合金制成的吸气管道具有形状记忆效应，在无需吸收来流风(即不发生涡振)时，吸气管道冷却使吸气管道处于扁平状态(即低温相形状)，即与桥梁贴合，减小
了对桥梁断面特性的影响，尽可能地不改变桥梁的气动特性；在需要吸收来流风时，才通过
加热装置的加热工作使吸气管道处于撑开状态(即高温相形状)。

[0015] 进一步地，所述加热装置为加热线圈，避免了加热装置撑起吸气管道，在常温时使吸气管道更加贴合而更趋于扁平状态。

[0016] 进一步地，所述第一排气管道设于桥梁两侧的栏杆基石内，所述第二排气管道设于桥梁两侧下腹板与底板连接处的梁体内，对第一排气管道、第二排气管道起到保护作用，
同时美观。

[0017] 本发明还提供一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制方法，包括：

[0018] 步骤1：获取来流风的方向和实时风速；

[0019] 步骤2：根据来流风的方向确定迎风侧和背风侧；

[0020] 根据所述实时风速判断是否达到桥梁产生涡振的风速，如果否，则第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置均处于非工作状态；如果是，
则转入步骤3；

[0021] 步骤3：根据所述实时风速确定产生涡振的阶数；

[0022] 步骤4：根据所述涡振的阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态，实现来流风的吸收控制涡
振。

[0023] 进一步地，所述步骤4中，控制处于工作状态的第一吸风装置和第二吸风装置的吸气速度与所述实时风速相等，即有多少来流风就吸收多少来流风，所吸收的来流风通过第
一排气管道和第二排气管道排出，使桥面的实际风速接近于零，使来流风几乎对桥梁无影
响。

[0024] 进一步地，所述步骤4中，当为一阶涡振时，控制迎风侧 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0025] 当为二阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0026] 当为三阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0027] 当为四阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0028] 当为五阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0029] 当为六阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0030] 当为七阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处、两个 跨度处和跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于
工作状态。

[0031] 有益效果

[0032] 与现有技术相比，本发明所提供的基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统及方法，当检测到的风速达到产生涡振的风速时，确定产生涡振的阶数，根据涡振的阶
数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构、第二吸气机构工作，第一吸风装置、第二吸风装置
开始吸收来流风，通过对来流风的吸收在迎风侧或背风侧形成吸气流，从而在箱梁展向方
向形成展向干扰，干扰了桥梁表面的风场，避免了涡流脱落的形成，在桥梁上下缘、下腹板
处形成流向涡，进而破坏尾流旋涡的展向相关性，激发涡振过程中的尾流三维不稳定特性，
削弱了涡振响应，减小了对桥梁的影响，使桥梁构件不会发生疲劳破坏，以致对舒适性不会
产生影响；上腹板与顶板连接处、下腹板与底板连接处均为产生涡振的敏感区域，将第一吸
气机构和第二吸气机构分别设于此处，大大提高了吸气效果和干扰效果。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普
通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0034] 图1是本发明实施例中大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统的整体效果图；

[0035] 图2是本发明实施例中大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统的侧面效果图；

[0036] 图3是本发明实施例中第一吸气机构的结构和安装示意图；

[0037] 图4是本发明实施例中第一吸气机构和第二吸气机构的结构和安装示意图；

[0038] 图5是本发明实施例中桥梁 跨度处的分析图；

[0039] 图6是本发明实施例中大跨度桥梁多阶涡振智能控制方法的流程图；

[0040] 图7是本发明实施例中不同阶数涡振波形图，其中，图7a为一阶涡振振型图，图7b为二阶涡振振型图，图7c为三阶涡振振型图，图7d为四阶涡振振型图，图7e为五阶涡振振型
图，图7f为六阶涡振振型图；

[0041] 其中，1‑桥梁，101‑顶板，102‑底板，103‑上腹板，104‑下腹板，105‑栏杆基石，2‑第一吸气机构，201‑第一吸气孔，3‑第二吸气机构，301‑第二吸气孔，4‑第一排气管道，5‑第二
排气管道。

具体实施方式

[0042] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，
都属于本发明保护的范围。

[0043] 如图1‑4所示，本发明所提供的一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制系统，包括第一吸气机构2、第二吸气机构3、第一排气管道4、第二排气管道5、第一吸风装
置、第二吸风装置、风速风向传感器以及控制装置；在桥梁1(横向)两侧的上腹板103与顶板
101连接处均设有第一吸气机构2，在第一吸气机构2上设有多个第一吸气孔201；在桥梁1
(横向)两侧的下腹板104与底板102连接处均设有第二吸气机构3，在第二吸气机构3上设有
多个第二吸气孔301；在桥梁1(横向)两侧且沿桥梁1展向均设有第一排气管道4和第二排气
管道5，第一排气管与第一吸气机构2连通，第二排气管与第二吸气机构3连通；第一吸风装
置设于第一吸气机构2内，第二吸风装置设于第二吸气机构3内。第一吸气机构2、第二吸气
机构3均包括多个，多个第一吸气机构2、第二吸气机构3分别设于桥梁1的 跨度处，
其中，i＝0,1,2,…,n‑1，n为正整数，mi＝{m|mi≤n‑i,mi为奇数}；第一吸气机构2与第二吸
气机构3一一对应；第一吸风装置、第二吸风装置、风速风向传感器分别与所述控制装置电
性连接。

[0044] 本实施例中，桥梁1展向是指沿桥梁1长度方向(或纵向)， 跨度处是指将桥梁1沿长度方向(或纵向)等分为2(n‑i)份，与桥梁1纵向两端的距离分别为 的位置，其
中L为桥梁1的总长度。如图5所示，设n＝4，当i＝0时，m0的取值为n‑i中的奇数，即m0取值为1和
3，则在 处均设置第一吸气机构2和第二吸气机构3；当i＝1时，m1的取值为n‑i
中的奇数，即m1取值为1和3，则在 处均设置第一吸气机构2和第二吸气机构3；
当i＝2时，m2的取值为n‑i中的奇数，即m1取值为1，则在 处均设置第一吸气机构2和第二
吸气机构3；当i＝3时，m3的取值为n‑i中的奇数，即m1取值为1，则在 处均设置第一吸气
机构2和第二吸气机构3，因此，当n＝4时，在 (
重复节点只设置一套)处均设置第一吸气机构2和第二吸气机构3，n为桥梁1产生涡
振的最大阶数。当涡振阶数为小于或等于n时，均可以通过控制迎风侧对应位置的第一吸气
机构2、第二吸气机构3工作，第一吸风装置、第二吸风装置开始吸收来流风。当涡振阶数为j
(j＝1,2,3,..,n)时，控制迎风侧i＝0位置的第一吸气机构2、第二吸气机构3工作，第一吸
风装置、第二吸风装置开始吸收来流风。

[0045] 第一吸气机构2和第二吸气机构3均为吸气管道，且在吸气管道上分别设置一排吸气孔(第一吸气机构2对应第一吸气孔201，第二吸气机构3对应第二吸气孔301)，第一吸气
机构2和第二吸气机构3的存在势必会影响桥梁1的断面形式，进而改变桥梁1的气动特性。
为了尽可能地减小对桥梁1断面形式的影响，本发明中第一吸气机构2和第二吸气机构3均
包括吸气管道和设于吸气管道内的加热装置，加热装置与控制装置电性连接，吸气管道由
形状记忆合金制成。当需要吸收来流风时(即第一吸气机构2和第二吸气机构3处于工作状
态)，加热装置加热使吸气管道处于展开状态或撑开状态；当不需要吸收来流风时(即第一
吸气机构2和第二吸气机构3处于非工作状态)，加热装置不工作使吸气管道处于扁平状态，
吸气管道贴合桥梁1，减小了对桥梁1断面形式的影响。第一吸气孔201和第二吸气孔301的
数量根据桥梁1常年风速大小来确定，如果常年风速较大，则吸气孔的数量和孔径相对较
大，如果常年风速较小，则吸气孔的数量和孔径相对较小。

[0046] 形状记忆合金的特点：1.弯曲量大，塑性高；2.在记忆温度以上恢复以前形状；3.物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致了外形的变
化。

[0047] 例如：镍‑钛合金在40℃以上和40℃以下的晶体结构是不同的，温度在40℃以上时，合金膨胀，温度在40℃以下时，合金就会收缩，不同的温度发生不同的形态变化。40℃就
是镍‑钛记忆合金的“变态温度”。形状记忆合金一种双程记忆合金，某些合金加热时恢复高
温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应。

[0048] 采用形状记忆合金后多阶涡振智能控制系统的工作原理：

[0049] 在未达到涡振风速时，第一吸气机构和第二吸气机构处于常温状态，此时第一吸气机构和第二吸气机构呈扁平状贴合在桥体表面，在未达到涡振风速时最大程度地减小第
一吸气机构和第二吸气机构对于桥面断面特性的影响，因此不会影响涡振的临界风速。

[0050] 当风速达到涡振区间，第一吸气机构和第二吸气机构通过加热膨胀恢复形状，然后进行吸气。当风速减小，不需要再进行吸气时，停止加热，恢复至常温状态，第一吸气机构
和第二吸气机构又会变成扁平状贴合于桥梁表面以待再次工作。

[0051] 本实施例中，加热装置为加热线圈，避免了加热装置撑起吸气管道影响桥梁1的断面形式，在常温时使吸气管道更加贴合而更趋于扁平状态。第一排气管道4设于桥梁1横向
两侧的栏杆基石105内，第二排气管道5设于桥梁1横向两侧下腹板104与底板102连接处的
梁体内，对第一排气管道4、第二排气管道5起到保护作用，同时避免了排气管道对桥梁1断
面形式的影响，且美观；通过第一排气管道4和第二排气管道5分别将第一吸气机构2和第二
吸气机构3吸收的来流风排至桥梁1的纵向两端，避免了来流风对桥梁1的影响。

[0052] 如图6所示，本发明还提供一种基于主动吸气的大跨度桥梁多阶涡振智能控制方法，包括：

[0053] 步骤1：获取来流风的方向和实时风速。风速风向传感器设于跨中(即 跨度处)，通过风速风向传感器采集来流风的方向和实时风速。也可以设置多个风速风向传感器来进
行来流风的采集。

[0054] 步骤2：根据来流风的方向确定迎风侧和背风侧；根据实时风速判断是否达到桥梁产生涡振的风速，如果否，则第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和
第二吸风装置均处于非工作状态；如果是，则转入步骤3。

[0055] 根据风速风向传感器采集到的来流风方向可以确定桥梁的哪一侧为迎风侧，哪一侧为背风侧，在来流风吸收时，只需要控制迎风侧的第一吸气机构和第二吸气机构工作。根
据风速判断桥梁是否产生涡振为现有技术。如果未达到涡振，无需吸收来流风，则第一吸气
机构和第二吸气机构内的加热装置不工作，吸气管道处于扁平状态，第一吸风装置和第二
吸风装置均不工作。

[0056] 步骤3：根据实时风速确定产生涡振的阶数。

[0057] 不同的桥梁，其涡振风速区间不同，桥梁设计方通过试验模拟(涡脱频率达到桥梁的一阶自振频率将产生一阶涡振)可以给出不同阶数涡振的参考数值，根据给出的不同阶
数涡振的参考数值和实时风速可以判断出该实时风速对应能产生几阶风速，在桥梁的抗风
设计书中记载有桥梁抗风试验数据和CFD模拟数据(Computational Fluid Dynamics，计算
流体动力学)。

[0058] 步骤4：根据涡振的阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态，实现来流风的吸收控制涡振。

[0059] 控制处于工作状态的第一吸风装置和第二吸风装置的吸气速度与实时风速相等，即有多少来流风就吸收多少来流风，所吸收的来流风通过第一排气管道和第二排气管道排
出，使桥面的实际风速接近于零，使来流风几乎对桥梁无影响。

[0060] 根据桥梁所在地常年风速，确定桥梁可能产生涡振的最大阶数n，根据最大阶数n在桥梁的 跨度处均设置第一吸气机构、第二吸气机构、第一吸风装置和第二吸风装
置；再根据实时风速得到的涡振阶数控制迎风侧对应位置的第一吸气机构和第二吸气机构
内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态，实现来流风的吸收控制涡振。

[0061] 如图7所示，当为一阶涡振时，控制迎风侧 跨度处(即跨中)的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0062] 当为二阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处(即与桥梁纵向两端的距离分别为处)的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工
作状态；

[0063] 当为三阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0064] 当为四阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0065] 当为五阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0066] 当为六阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处和两个 跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于工作状态；

[0067] 当为七阶涡振时，控制迎风侧两个 跨度处、两个 跨度处、两个 跨度处和跨度处的第一吸气机构和第二吸气机构内的加热装置、第一吸风装置和第二吸风装置处于
工作状态。

[0068] 根据图7可知，产生几阶涡振，则需要开启几处的第一吸气机构、第二吸气机构、第一吸风装置和第二吸风装置，处于工作状态的第一吸气机构、第二吸气机构、第一吸风装置
和第二吸风装置的位置与不同阶数涡振波形的波峰和波谷对应，在产生不同阶数涡振时，
通过涡振波峰波谷处的第一吸气机构、第二吸气机构、第一吸风装置和第二吸风装置来进
行来流风的吸收，在最大位移形变处控制桥梁的涡振变形，控制效率最高且合理，能够有效
地控制多阶涡振。

[0069] 以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都
应涵盖在本发明的保护范围之内。