来源:河南省崇振建设工程有限公司|发表日期:2025-08-20
钢箱梁风嘴的位置选择和布置方式直接决定气流疏导效率,其核心作用是通过优化气动性能改善箱梁内外空气流通。以下从位置选择、角度控制、间距优化三个维度展开分析:
一、位置选择:决定气流路径的核心要素
外侧迎风面:将风嘴设置在箱梁两侧翼缘外侧(如黄茅海跨海通道主桥),可直接拦截主流风,通过导流作用将高速气流引向箱梁底部或顶部,形成贯穿式通风通道。这种布局能有效降低箱梁内部负压,减少空气滞留。
顶部导流区:在箱梁顶板边缘设置上翘式风嘴,可利用气流爬升效应加速顶部空气排出,尤其适用于高温环境下的散热需求。但需注意风嘴高度不宜超过箱梁高度的 1/10,避免产生额外涡激力。
底部进风口:在箱梁底板两侧开设低位风嘴,可引入新鲜空气形成对流。但需配合排水设计,防止雨水倒灌。深中通道试验表明,底部风嘴与外侧风嘴联合使用时,箱梁内部换气效率提升 30%。
二、角度控制:影响气流导向的关键参数
入射角度:风嘴轴线与箱梁纵向夹角宜控制在 15°-30° 之间。当夹角小于 15° 时,气流易在风嘴根部形成涡流;超过 30° 则可能导致气流分散,降低通风效率。黄茅海跨海通道采用 22° 倾角风嘴,有效平衡了导流效果与结构稳定性。
出口扩张角:风嘴出口截面宜采用 5°-8° 扩张设计,可通过康达效应(Coanda Effect)引导气流沿箱梁表面附着流动,减少气流分离造成的能量损失。例如,扁平式风嘴通过扩大冲击面,使气流覆盖范围增加 25%。
三、间距优化:确保气流连续性的重要基础
横向间距:相邻风嘴中心距应控制在 1.5-2 倍风嘴高度范围内。间距过密(如小于 1 倍高度)会导致气流相互干扰,形成紊流;过疏(超过 2.5 倍高度)则会出现通风盲区。某实桥测试显示,当间距为 1.8 倍风嘴高度时,箱梁表面风压分布均匀性最佳。
纵向间距:对于长联大跨钢箱梁,宜采用渐变式布置,在跨中区域适当加密风嘴(间距缩短至 1.2 倍高度),以应对跨中挠度引起的气流扰动。而在支点附近可适当放宽间距至 2 倍高度,降低局部应力集中。
四、协同设计:提升整体效能的必要手段
与导流板配合:在风嘴后方设置水平隔涡板(如黄茅海通道中央隔涡板),可阻断箱梁顶部与底部气流的交叉干扰,使通风路径更趋稳定。
与排水系统联动:低位风嘴需与箱梁内部排水沟结合,通过坡度设计(不小于 2%)将带入的雨水导向集水井,避免积水影响通风。
与监测系统整合:在风嘴附近安装风速传感器,实时监测气流参数。当风速超过设计阈值(如 15m/s)时,可通过调节风嘴角度或启动辅助风机增强通风。
实际工程中,需通过风洞试验模拟不同工况下的气流场,重点监测箱梁内部静压分布、温度梯度及湿度变化。例如,某长江大桥通过优化风嘴位置与角度,使箱梁内部平均湿度从 78% 降至 65%,有效延缓了钢构件锈蚀。这种基于实证的精细化设计,是提升钢箱梁通风效能的核心路径。
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