[實用新型]橋梁風(fēng)浪流耦合場、彈性模型及動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320039772.7
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN203231879U
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉高;張喜剛;劉天成;陳上有;王秀偉;陳漢寶;郭安薪;劉海源
• 申請（專利權(quán)）人: 中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司;中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及橋梁工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種橋梁風(fēng)浪流耦合場、彈性模型模擬及動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)

進入21世紀(jì)后，我國進入跨海橋梁建設(shè)的新時期，相繼建成了東海大橋、杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋等跨海大橋。目前，象山港跨海大橋、港珠澳跨海大橋、泉州灣跨海大橋等正在建設(shè)中。此外，一批外海巨型橋梁工程正在規(guī)劃建設(shè)，如瓊州海峽跨海大橋、渤海海峽跨海大橋等。對于跨海大橋，強風(fēng)、波浪和海流是控制橋梁建設(shè)的重要因素。

在海洋環(huán)境中，風(fēng)浪流場并不是風(fēng)場、波浪場和水流場的簡單疊加，而是一個復(fù)雜的耦合過程。海洋里的波浪主要是風(fēng)浪和涌浪，其中風(fēng)浪是在風(fēng)力的直接作用下形成的波浪；當(dāng)風(fēng)停止或當(dāng)波浪離開風(fēng)區(qū)時，這時的波浪便稱為涌浪。對于瓊州海峽而言，實測波浪資料顯示該海域以風(fēng)浪為主，該海域的最大波浪是由臺風(fēng)產(chǎn)生的。另一方面，由于波浪的運動導(dǎo)致海面上下起伏并隨時間變化，改變了氣液界面的粗糙度，從而影響風(fēng)的運動。因此，風(fēng)和浪之間存在相互耦合特性。此外，浪和流之間也具有耦合性。波浪運動時，水質(zhì)點只做往復(fù)運動，而海流是水質(zhì)點流動產(chǎn)生的，當(dāng)波浪和海流相遇時，它們間的相互作用將影響各自的傳播特性，即波浪要素將發(fā)生變形，同時水流的流速分布也將發(fā)生變化。因此，波-流場并不是波浪場與水流場的簡單疊加，而是一個比較復(fù)雜的耦合過程。

跨海大橋的剛度低、阻尼小，在風(fēng)的作用下，橋梁結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生渦激振動、抖振、馳振，甚至可能發(fā)生氣動失穩(wěn)；在波浪和水流作用下，特別是在波浪卓越周期與橋梁振動周期接近的情況下，將會引起橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅共振。因此，在風(fēng)浪流耦合場中，橋梁結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生大幅振動，甚至可能發(fā)生毀滅性破壞。

橋梁的風(fēng)浪流耦合作用問題是復(fù)雜的氣-固耦合和液-固耦合問題：一方面，橋梁結(jié)構(gòu)及其運動將改變風(fēng)浪流場；另一方面，風(fēng)浪流場的變化將導(dǎo)致其對橋梁結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)發(fā)生改變。因此，傳統(tǒng)采用分別計算風(fēng)、浪、流單因素作用然后進行疊加的方法不能夠準(zhǔn)確反映橋梁在風(fēng)浪流耦合作用下的受力性能。為準(zhǔn)確評估跨海橋梁在風(fēng)、浪和流環(huán)境下的動態(tài)響應(yīng)特征，需要考慮風(fēng)、浪、流和橋梁結(jié)構(gòu)之間的耦合效應(yīng)。

在風(fēng)浪流耦合作用試驗?zāi)M研究方面，目前試驗室對于單獨的風(fēng)、浪、流的模擬技術(shù)比較成熟，對風(fēng)-浪聯(lián)合作用、浪-流耦合作用的研究也具有一定的研究基礎(chǔ)，但對于時間同步、空間相關(guān)的風(fēng)浪流耦合場的試驗室模擬研究很少。

在風(fēng)場中，橋梁結(jié)構(gòu)通常采用彈性模型或剛性模型進行模擬和試驗測試；在浪-流場中，由于橋梁模型節(jié)段間隙防水困難、水下儀器安裝和測試?yán)щy等因素，橋梁結(jié)構(gòu)通常采用剛性模型進行模擬和試驗測試。在風(fēng)浪流耦合場中，橋梁彈性模型模擬及動態(tài)響應(yīng)試驗測試仍處于空白。

實用新型內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

有鑒于此，本實用新型的主要目的是針對橋梁風(fēng)浪流耦合作用模型試驗中不能準(zhǔn)確模擬風(fēng)浪流耦合場、橋梁彈性模型及其測試動態(tài)響應(yīng)等問題，提供一種橋梁風(fēng)浪流耦合場模擬、風(fēng)浪流耦合場中橋梁彈性模型模擬和動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為達到上述目的，本實用新型提供了一種橋梁風(fēng)浪流耦合場、彈性模型模擬及動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括風(fēng)浪流耦合場模擬系統(tǒng)1、風(fēng)浪流耦合場中橋梁彈性模型19和動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)26，其中：風(fēng)浪流耦合場由考慮風(fēng)、浪、流時間同步和空間相關(guān)的風(fēng)浪流耦合場模擬系統(tǒng)1產(chǎn)生；風(fēng)浪流耦合場中橋梁彈性模型19在風(fēng)浪流耦合場模擬系統(tǒng)1產(chǎn)生的風(fēng)浪流耦合場中實現(xiàn)對橋梁彈性結(jié)構(gòu)特性的模擬；動態(tài)響應(yīng)試驗測試系統(tǒng)26對橋梁彈性模型19的動態(tài)響應(yīng)進行測試，得到測試結(jié)果。

上述方案中，該風(fēng)浪流耦合場模擬系統(tǒng)1包括風(fēng)洞2、入風(fēng)口3、造風(fēng)機4、紊流發(fā)生裝置5、裝置工作臺6、風(fēng)速儀7、出風(fēng)口8、水槽9、升降式水槽底板10、造波機11、消波器12、波高儀13、入水口14、導(dǎo)流堤15、造流機16、流速儀17和出水口18，其中：

風(fēng)洞2的長度L為40～80m、寬度B為4～20m、高度H為3～8m；水槽9的長度L1為20～60m、寬度B1為3～19m、深度H1為2～4m；裝置工作臺6的長度L2＝5～15m，其寬度B2與風(fēng)洞寬度B相同，其頂面與水槽9靜水面的垂直高度H2為0.2～0.5m；水槽9靜水面與升降式水槽底板10的垂直高度H3為0.3～3.5m；