[發明專利]一種桁架梁橋斷面抖振力同步測量方法

在審

• 申請號: 201610112927.3
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105758602A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 王凱;廖海黎;李明水;馬存明;林思源
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明屬于橋梁抗風設計和研究領域，具體涉及一種桁架梁斷面抖振力的同步測量方法。

背景技術

目前，抖振分析是大跨度橋梁抗風研究的一項重要內容，抖振的精細化分析是一個重要研究方向。大跨度橋梁的抖振分析方法一般建立在準定常假設和片條假設的基礎上。在紊流積分尺度較小且頻率較高的紊流中，其脈動成分不再具有時間和空間上的定常特性，基于準定常理論的抖振分析不能準確地描述結構的受力特征。因此現有的抖振分析方法中引入氣動導納函數并考慮空間相關函數以反映作用在橋梁斷面上脈動風的非定常特性和不完全相關性。氣動導納函數以及空間相關函數的選取直接影響抖振計算的精度。

氣動導納函數的獲取有理論計算和試驗測量兩種方法。通過勢流理論可以推導出機翼斷面的氣動導納函數，即Sears函數。而橋梁斷面的氣動導納通常依賴于二維剛性模型試驗，通過表面測壓或高頻動態天平測力等方法獲取紊流條件下的抖振力，而后通過計算得到氣動導納函數。

空間相關函數用來表征氣動力的跨向相關性。試驗時進行表面測壓積分后可以獲得每個斷面受到的抖振力，而后通過計算可以獲得空間相關函數。

對于箱梁斷面，通過對表面測得的脈動壓力進行積分可以得到抖振力，將抖振力時程數據傅里葉變換后可得到抖振力譜，與主動或被動模擬的紊流場中測得的紊流強度、紊流積分尺度、脈動風速譜以及紊流的空間相關函數等結合可以確定箱型斷面的氣動導納函數。對箱型斷面積分得到的每個截面抖振力數據進行計算，可以得到抖振力的空間相關函數。箱型斷面所受的抖振力時程也可以通過高頻動態天平測量得到。

對于桁架梁斷面，由于幾何構造不閉合，在表面不能布置測壓點，因此用傳統的測壓方法無法獲取各截面的抖振力時程，因此也不能得出氣動導納函數和空間相關函數。

近年來，尤其在我國西部山區的橋梁建設中，采用鋼桁截面的大跨度橋梁日益增多。不論是公路橋還是鐵路橋，準確計算出橋梁的抖振響應對于確保結構安全、防止構件局部疲勞以及保證行車舒適性意義重大。而鋼桁梁的氣動導納和空間相關函數是進行抖振精細化分析的關鍵參數。

因此，需要一種桁架梁斷面抖振力同步測量方法來解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種鋼桁梁斷面抖振力同步測量方法，測量各段桁架的抖振力時程，用于計算空間相關函數和氣動導納函數。

本發明的技術方案是：

一種桁架梁橋斷面抖振力同步測量方法，包括以下步驟:

1)首先根據所研究的桁架梁橋斷面，按選定的縮尺比制作出多個節段；

2)制作好的各節段模型用一根橫梁連接后，放置于風洞試驗段內,其中每個節段與橫梁由一個支座聯接；在需要進行抖振力測量的節段則用多軸力傳感器的支座進行連接；

3)將安裝好的模型放置于主動方法或被動方法生成的紊流場中進行試驗，用抖振力同步測量采集多個節段所受到的抖振力。

進一步地,在步驟3)測量不同間距下每個桁架梁節段的抖振力時，通過改變安裝有多軸力傳感器的支座的位置來實現。

這樣，在風洞試驗中，桁架梁剛性節段模型放置于由被動方法或主動方法模擬的紊流場中，每一片桁架都受到脈動風的作用，放置于桁架底部的多軸力傳感器將測量到的抖振力轉換為電信號，信號轉換器將電信號轉換為力信號，最后數據采集卡將力信號傳送到數據采集軟件上。本方法能夠同步測量到多個桁架節段模型所受的抖振力，便于計算桁架梁節段模型的抖振力空間相關性。

所述多軸力傳感器區別于傳統的五分量高頻動態天平，能夠測量三個方向的軸力和扭矩，量程與精度依據選用的傳感器型號而定。傳感器體積小、采樣頻率高達到7200Hz。

所述的信號轉換器與每個多軸力傳感器一一對應，將對感器獲得的電信號轉換為力信號傳輸到數據采集卡上。

所述的數據采集卡與多個信號轉換器相連接，將每個多軸力傳感器測量的抖振力時程傳輸到數據采集軟件中。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

由于本發明采用的多軸力傳感器測量桁架梁節段模型的抖振力，克服了測壓法無法在桁架梁斷面上使用的缺點，同步測量出不同間距梁段間的抖振力，為計算桁架梁的空間相關函數和氣動導納函數提供了參數。

本發明可以適應具有各種幾何外形的桁架梁節段模型進行抖振力時程數據的同步測量，其適用范圍廣。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的說明。

附圖說明

圖1為本發明組實施例的示意圖；